حافظه ROM يک نوع مدار مجتمع (IC) است که در زمان ساخت داده هائي در آن ذخيره مي گردد. اين نوع حافظه ها علاوه بر استفاده در کامپيوترهاي شخصي در ساير دستگاههاي الکترونيکي نيز به خدمت گرفته مي شوند. حافظه هاي ROM از لحاظ تکنولوژي استفاده شده، داراي انواع متفاوتي است :
• ROM
• PROM
• EPROM
• EEPROM
• Flash Memory
هر يک از مدل هاي فوق داراي ويژگي هاي منحصربفرد خود مي باشند . حافظه هاي فوق در موارد زيرداراي ويژگي مشابه مي باشند:
• داد ه هاي ذخيره شده در اين نوع تراشته ها " غير فرار " بوده و پس از خاموش شدن منبع تامين انرژي اطلاعات خود را از دست نمي دهند.
• داده هاي ذخيره شده در اين نوع از حافظه ها غير قابل تغيير بوده و يا اعمال تغييرات در آنها مستلزم انجام عمليات خاصي است.

مباني حافظه هاي ROM

حافظه ROM از تراشه هائي شامل شبکه اي از سطر و ستون تشکيل شده است ( نظير حافظه RAM) . هر سطر و ستون در يک نقظه يکديگر را قطع مي نمايند. تراشه هاي ROM داراي تفاوت اساسي با تراشه هاي RAM مي باشند. حافظه RAM از " ترانزيستور " به منظور فعال و يا غيرفعال نمودن دستيابي به يک " خازن " در نقاط برخورد سطر و ستون ، استفاده مي نمايند.در صورتيکه تراشه هاي ROM از يک " ديود" (Diode) استفاده مي نمايد. در صورتيکه خطوط مربوطه "يک" باشند براي اتصال از ديود استفاده شده و اگر مقدار "صفر" باشد خطوط به يکديگر متصل نخواهند شد. ديود، صرفا" امکان حرکت " جريان " را در يک جهت ايجاد کرده و داراي يک نفطه آستانه خاص است . اين نقطه اصطلاحا" (Forward breakover) ناميده مي شود. نقطه فوق ميزان جريان مورد نياز براي عبور توسط ديود را مشخص مي کند. در تراشه اي مبتني بر سيليکون نظير پردازنده ها و حافظه ، ولتاژ Forward breakover تقريبا" معادل شش دهم ولت است .با بهره گيري از ويژگي منحصر بفرد ديود، يک تراشه ROM قادر به ارسال يک شارژ بالاتر از Forward breakover و پايين تر از ستون متناسب با سطر انتخابي ground شده در يک سلول خاص است .در صورتيکه ديود در سلول مورد نظر ارائه گردد، شارژ هدايت شده (از طريق Ground ) و با توجه به سيستم باينري ( صفر و يک )، سلول يک خوانده مي شود ( مقدار آن 1 خواهد بود) در صورتيکه مقدار سلول صفر باشد در محل برخورد سطر و ستون ديودي وجود نداشته و شارژ در ستون ، به سطر مورد نظر منتقل نخواهد شد.
همانطور که اشاره گرديد، تراشه ROM ، مستلزم برنامه نويسي وذخيره داده در زمان ساخت است . يک تراشه استاندارد ROM را نمي توان برنامه ريزي مجدد و اطلاعات جديدي را در آن نوشت . در صورتيکه داده ها درست نبوده و يا مستلزم تغيير و يا ويرايش باشند، مي بايست تراشه را دور انداخت و مجددا" از ابتدا عمليات برنامه ريزي يک تراشه جديد را انجام داد.فرآيند ايجاد تمپليت اوليه براي تراشه هاي ROM دشوار است .اما مزيت حافظه ROM بر برخي معايب آن غلبه مي نمايد. زمانيکه تمپليت تکميل گرديد تراشه آماده شده، مي تواند بصورت انبوه و با قيمت ارزان به فروش رسد.اين نوع از حافظه ها از برق ناچيزي استفاده کرده ، قابل اعتماد بوده و در رابطه با اغلب دستگاههاي الکترونيکي کوچک، شامل تمامي دستورالعمل هاي لازم به منظور کنترل دستگاه مورد نظر خواهند بود.استفاده از اين نوع تراشه ها در برخي از اسباب بازيها براي نواختن موسيقي، آواز و ... متداول است .

حافظه PROM

توليد تراشه هاي ROM مستلزم صرف وقت و هزينه بالائي است .بدين منظور اغلب توليد کنندگان ، نوع خاصي از اين نوع حافظه ها را که PROM )Programmable Read-Only Memory) ناميده مي شوند ، توليد مي کنند.اين نوع از تراشه ها با محتويات خالي با قيمت مناسب عرضه شده و مي تواند توسط هر شخص با استفاده از دستگاههاي خاصي که Programmer ناميده مي شوند ، برنامه ريزي گردند. ساختار اين نوع از تراشه ها مشابه ROM بوده با اين تفاوت که در محل برخورد هر سطر و ستون از يک فيوز( براي اتصال به يکديگر) استفاده مي گردد. يک شارژ که از طريق يک ستون ارسال مي گردد از طريق فيوز به يک سلول پاس داده شده و بدين ترتيب به يک سطر Grounded که نماينگر مقدار "يک" است ، ارسال خواهد شد. با توجه به اينکه تمام سلول ها داراي يک فيوز مي باشند، درحالت اوليه ( خالي )، يک تراشه PROM داراي مقدار اوليه " يک" است . به منظور تغيير مقدار يک سلول به صفر، از يک Programmer براي ارسال يک جريان خاص به سلول مورد نظر، استفاده مي گردد.ولتاژ بالا، باعث قطع اتصال بين سطر و ستون (سوختن فيوز) خواهد کرد. فرآيند فوق را " Burning the PROM " مي گويند. حافظه هاي PROM صرفا" يک بار قابل برنامه ريزي هستند. حافظه هاي فوق نسبت به RAM شکننده تر بوده و يک جريان حاصل از الکتريسيته ساکن، مي تواند باعث سوخته شدن فيور در تراشه شده و مقدار يک را به صفر تغيير نمايد. از طرف ديگر ( مزايا ) حافظه اي PROM داراي قيمت مناسب بوده و براي نمونه سازي داده براي يک ROM ، قبل از برنامه ريزي نهائي کارآئي مطلوبي دارند.

حافظه EPROM

استفاده کاربردي از حافظه هاي ROM و PROM با توجه به نياز به اعمال تغييرات در آنها قابل تامل است ( ضرورت اعمال تغييرات و اصلاحات در اين نوع حافظه ها مي تواند به صرف هزينه بالائي منجر گردد)حافظه هايEPROM)Erasable programmable read-only memory) پاسخي مناسب به نياز هاي مطح شده است ( نياز به اعمال تغييرات ) تراشه هاي EPROM را مي توان چندين مرتبه باز نويسي کرد. پاک نمودن محتويات يک تراشه EPROM مشتلزم استفاده از دستگاه خاصي است که باعث ساطع کردن يک فرکانس خاص ماوراء بنفش باشد.. پيکربندي اين نوع از حافظه ها مستلزم استفاده از يک Programmer از نوع EPROM است که يک ولتاژ را در يک سطح خاص ارائه نمايند ( با توجه به نوع EPROM استفاده شده ) اين نوع حافظه ها ، نيز داراي شبکه اي مشتمل از سطر و ستون مي باشند. در يک EPROM سلول موجود در نقظه برخورد سطر و ستون داراي دو ترانزيستور است .ترانزيستورهاي فوق توسط يک لايه نازک اکسيد از يکديگر جدا شده اند. يکي از ترانزيستورها Floating Gate و ديگري Control Gate ناميده مي شود. Floating gate صرفا" از طريق Control gate به سطر مرتبط است. ماداميکه لينک برقرارباشد سلول داراي مقدار يک خواهد بود. به منظور تغيير مقدار فوق به صفر به فرآيندي با نام Fowler-Nordheim tunneling نياز خواهد بود .Tunneling به منظور تغيير محل الکترون هاي Floating gate استفاده مي گردد.يک شارژ الکتريکي بين 10 تا 13 ولت به floating gate داده مي شود.شارژ از ستون شروع و پس از ورود به floating gate در ground تخليه خواهد گرديد. شارژ فوق باعث مي گردد که ترانزيستور floating gate مشابه يک "پخش کننده الکترون " رفتار نمايد . الکترون هاي مازاد فشرده شده و در سمت ديگر لايه اکسيد به دام افتاد و يک شارژ منفي را باعث مي گردند. الکترون هاي شارژ شده منفي ، بعنوان يک صفحه عايق بين control gate و floating gate رفتار مي نمايند.دستگاه خاصي با نام Cell sensor سطح شارژ پاس داده شده به floating gate را مونيتور خواهد کرد. در صورتيکه جريان گيت بيشتر از 50 درصد شارژ باشد در اينصورت مقدار "يک" را دارا خواهد بود.زمانيکه شارژ پاس داده شده از 50 درصد آستانه عدول نموده مقدار به "صفر" تغيير پيدا خواهد کرد.يک تراشه EPROM داراي گيت هائي است که تمام آنها باز بوده و هر سلول آن مقدار يک را دارا است.
به منظور باز نويسي يک EPROM مي بايست در ابتدا محتويات آن پاک گردد. براي پاک نمودن مي بايست يک سطح از انرژي زياد را به منظور شکستن الکترون هاي منفي Floating gate استفاده کرد.در يک EPROM استاندارد ،عمليات فوق از طريق اشعه ماوراء بنفش با فرکانس 253/7 انحام مي گردد.فرآيند حذف در EPROM انتخابي نبوده و تمام محتويات آن حذف خواهد شد. براي حذف يک EPROM مي بايست آن را از محلي که نصب شده است جدا کرده و به مدت چند دقيقه زير اشعه ماوراء بنفش دستگاه پاک کننده EPROM قرار داد.

حافظه هاي EEPROM و Flash Memory

با اينکه حافظه اي EPROM يک موفقيت مناسب نسبت به حافظه هاي PROM از بعد استفاده مجدد مي باشند ولي کماکن نيازمند بکارگيري تجهيزات خاص و دنبال نمودن فرآيندهاي خسته کننده به منظور حذف و نصب مجدد آنان در هر زماني است که به يک شارژ نياز باشد. در ضمن، فرآيند اعمال تغييرات در يک حافظه EPROM نمي تواند همزمان با نياز و بصورت تصاعدي صورت پذيرد و در ابتدا مي بايست تمام محتويات را پاک نمود.حافظه هاي Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)EEOPROM) پاسخي مناسب به نيازهاي موجود است . در حافظه هاي EEPROM تسهيلات زير ارائه مي گردد:
• براي بازنويسي تراشه نياز به جدا نمودن تراشه از محل نصب شده نخواهد بود.
• براي تغيير بخشي از تراشه نياز به پاک نمودن تمام محتويات نخواهد بود.
• اعمال تغييرات در اين نوع تراشه ها مستلزم بکارگيري يک دستگاه اختصاصي نخواهد بود.
در عوض استفاده از اشعه ماوراء بنفش، مي توان الکترون هاي هر سلول را با استفاده از يک برنامه محلي و بکمک يک ميدان الکتريکي به وضعيت طبيعي برگرداند. عمليات فوق باعث حذف سلول هاي مورد نظر شده و مي توان مجددا" آنها را بازنويسي نمود.تراشه هاي فوق در هر لحظه يک بايت را تغيير خواهند داد.فرآيند اعمال تغييرات در تراشه هاي فوق کند بوده و در مواردي که مي بايست اطلاعات با سرعت تغيير يابند ، سرعت لازم را نداشته و داراي چالش هاي خاص خود مي باشند.
توليدکنندگان با ارائه Flash Memory که يک نوع خاص از حافظه هاي EEPROM مي باشد به محدوديت اشاره شده پاسخ لازم را داده اند.در حافظه Falsh از مدارات از قبل پيش بيني شده در زمان طراحي ، به منظور حذف استفاده مي گردد ( بکمک ايجاد يک ميدان الکتريکي). در اين حالت مي توان تمام و يا بخش هاي خاصي از تراشه را که " بلاک " ناميده مي شوند، را حذف کرد.اين نوع حافظه نسبت به حافظه هاي EEPROM سريعتر است ، چون داده ها از طريق بلاک هائي که معمولا" 512 بايت مي باشند ( به جاي يک بايت در هر لحظه ) نوشته مي گردند. شکل زير حافظه BIOS را که نوع خاصي از حافظه ROM مدل Flash memory است ، نشان مي دهد.