Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read-only memory) là mạch tích hợp được lập trình với dữ liệu cụ thể từ khi được sản xuất. ROM được sử dụng không chỉ trong máy tính, mà trong hầu hết các thiết bị điện tử. Vậy hoạt động của Rom trong hệ thống máy tính như thế nào? Cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.
Khái niệm về ROM và phân loại ROM
Trong bài viết trước, HocvieniT.vn đã cùng các bạn đi tìm hiểu thuật ngữ ROM là gì. Một cách đơn giản nhất, Bộ nhớ chỉ đọc ROM (Read-only memory) là mạch tích hợp được lập trình với dữ liệu cụ thể từ khi được sản xuất.
Hiện nay ROM được chia làm 4 loại cơ bản bao gồm PROM, EPROM, EEPROM, EAROM. Tất nhiên mỗi loại ROM đều sẽ mang trong mình những đặc điểm độc đáo riêng giúp chúng khác biệt với những người anh em còn lại, nhưng nhìn chung, tất cả các loại ROM đầu phải mang trong mình hai đặc điểm sau:
– Dữ liệu trong ROM có tính bất biến, không bị mất đi
– Dữ liệu trong ROM là không thể thay đổi
>>> Có thể bạn quan tâm: Sự khác nhau giữa ROM máy tính và ROM điện thoại
Cách thức hoạt động của ROM
Cũng tương tự như RAM, ROM chứa một mạng lưới các cột và hàng đan xen. Tuy nhiên, ở nơi mà các hàng và cột giao nhau, trong khi RAM sử dụng các bóng bán dẫn để bật hoặc tắt quyền truy cập vào một tụ điện tại mỗi điểm giao cắt giữa các hàng và cột nói trên, thì ROM sử dụng một diode để kết nối các hàng và cột khi giá trị là 1 và ngược lại khi giá trị bằng 0.
Một diode thường chỉ cho phép dòng điện chạy theo một hướng duy nhất với một ngưỡng nhất định, được gọi là forward breakover (điện áp chuyển tiếp dự phòng). Khái niệm này giúp xác định cần bao nhiêu dòng điện trước khi chúng đi qua các diode. Đối với các sản phẩm được sản xuất từ silicon như bộ vi xử lý và chip nhớ, điện áp chuyển tiếp dự phòng lý tưởng là khoảng 0,6V. Thông qua cách tận dụng các tính chất độc đáo của một diode, ROM có thể truyền một dòng điện vượt quá ngưỡng chuyển tiếp tới các cột thích hợp thông qua các hàng thích hợp đã được lựa chọn. Từ đó có thể tạo thành những ô kết nối nhất định. Nếu một diode có mặt tại ô đó, thì theo hệ nhị phân, giá trị được hiểu sẽ là “on” (tương ứng với giá trị 1). Nếu giá trị của ô là 0 thì tức là không có diode ở các ô giao điểm kết nối cột và hàng. Vì vậy, dòng điện trên cột không được truyền tới hàng.
Có thể thấy rằng, cách thức hoạt động của ROM đòi hỏi dữ liệu phải được lập trình một cách hoàn hảo và hoàn chỉnh ngay từ khi nó được sản xuất. Bạn không thể tái lập trình cũng như viết lại một bộ nhớ ROM tiêu chuẩn. Trong quá trình tạo ra một bộ nhớ ROM, chỉ cần mắc phải một sai lầm về lập trình hoặc dữ liệu cần phải được cập nhật, chúng ta sẽ phải làm lại tất cả mọi thứ từ bước đầu tiên.
Bộ nhớ ROM sử dụng rất ít năng lượng, cực kỳ đáng tin cậy và là một bộ phận không thể thiếu trên các thiết bị điện tử nhỏ. Chúng chứa đựng tất cả các chương trình cần thiết để chúng ta sử dụng thiết bị.
Nguyên tắc hoạt động của PROM
PROM là loại ROM có tên gọi chip bộ nhớ chỉ đọc lập trình được (programmable Read-only memory). Các chip PROM trống có giá thành khá rẻ và có thể được mã hóa bởi bất kỳ lập trình viên nào.
Xét về mặt cấu trúc, PROM cũng bao gồm một mạng lưới các cột và hàng giống như trên các ROM thông thường. Tuy nhiên điểm khác biệt sẽ nằm ở mỗi giao điểm của một cột và hàng trong PROM có một cầu chì kết nối. Một dòng điện được truyền qua một cột sẽ đi qua cầu chì trong giao điểm đến một hàng, biểu thị giá trị 1. Bởi tất cả các ô đều có cầu chì nên trạng thái ban đầu (trống) của chip PROM là 1.
Để có thể thay đổi giá trị của một ô thành 0, lập trình viên sẽ gửi một dòng điện nhất định tới ô đó. Điện áp cao hơn phá vỡ kết nối giữa cột và hàng bằng cách đốt cháy các cầu chì. Quá trình này được gọi là đốt PROM. PROM chỉ có thể được lập trình một lần và có độ bền khá kém. Một dòng điện tĩnh cũng có thể dễ dàng khiến các cầu chì trong PROM cháy, làm thay đổi giá trị từ 1 thành 0. Tuy nhiên các PROM trống có giá thành hợp lý và rất hữu ích trong việc sao chép dữ liệu mẫu cho ROM trước khi tiến hành quá trình sản xuất ROM vốn đã rất tốn kém.
EPROM hoạt động thế nào?
Chi phí sản xuất cho từng con chip PROM là không quá đắt đỏ. Tuy nhiên do độ bền kém cũng như xét trên số lượng lớn thì thì việc sản xuất PROM cũng có thể coi như là một khoản đầu tư mạo hiểm. Đó là lý do mà EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) ra đời.
Các chip EPROM có thể được viết lại nhiều lần. Việc xóa EPROM đòi hỏi phải cần tới một công cụ đặc biệt, công cụ này phát ra một tần số tia cực tím (UV) nhất định. EPROM được lập trình bằng cách một lập trình viên sẽ cung cấp điện áp ở các mức được chỉ định cho EPROM.
Trong một EPROM, có hai bóng bán dẫn tại mỗi ô ở mỗi nút giao và được tách biệt với nhau bởi một lớp oxit mỏng. Một trong các bóng bán dẫn này được gọi là cổng nổi và chiếc còn lại có nhiệm vụ là cổng điều khiển. Liên kết duy nhất từ cổng nổi (floating gate) tới hàng (word line) là thông qua cổng điều khiển, miễn là liên kết này được đặt đúng chỗ, tại ô có giá trị là 1. Để thay đổi giá trị thành 0 đòi hỏi một quá trình được gọi là “đường hầm” Fowler-Nordheim. Quá trình này được sử dụng để thay đổi vị trí của các electron trong cổng nổi. Một điện tích, thường là 10-13 volt, sẽ được chuyền đến các cổng nổi. Dòng điện đến từ các cột (bitline) sẽ đi vào cổng nổi và rút xuống đất.
Để viết lại EPROM, bạn phải tiến hành xóa nó trước. Ánh sáng tia cực tím ở tần số 253,7 là một nguồn năng lượng lý tưởng cho việc xóa một EPROM tiêu chuẩn. Ở tần số đặc biệt này, tia UV sẽ không thể xuyên qua hầu hết các loại nhựa hoặc kính, trong khi mỗi chip EPROM có một cửa sổ thạch anh ở phía trên.
Tuy vậy thì quá trình xóa EPROM sẽ không diễn ra có chọn lọc mà sẽ xóa toàn bộ EPROM. EPROM phải được lấy ra khỏi thiết bị và đặt dưới ánh sáng tia cực tím của công cụ xóa trong vài phút. Trong trường hợp để quá lâu, nó có thể sẽ bị xóa hoàn toàn.
EEPROM và bộ nhớ Flash
Mặc dù người ta đã phát minh ra EPROM như là một bước đột phá so với PROM về khả năng tái sử dụng, nhưng việc phải cần đến một thiết bị chuyên dụng cũng như rất nhiều thời gian để xóa bỏ là một trở ngại khá lớn. Quan trọng hơn là chúng ta không thể tiến hành xóa có chọn lọc trên EPROM mà phải xóa toàn bộ. Chính vì thế, EEPROM (Electrically erasable programmable read-only memory) đã được tạo ra để giải quyết vấn đề này.
Không cần đến tia cực tím, bạn có thể trả lại các electron trong các ô giao điểm của EEPROM về trạng thái bình thường bằng việc áp dụng một điện trường cục bộ ở mỗi ô. Thao tác này sẽ chỉ xóa các ô được chọn trong EEPROM và các ô này có thể được viết lại. EEPROM thay đổi 1 byte tại một thời điểm. Điều này làm cho chúng linh hoạt nhưng đồng thời cũng trở nên chậm chạp hơn. Trên thực tế, các chip EEPROM quá chậm để có thể sử dụng được trong những sản phẩm yêu cầu sự nhanh chóng trong thay đổi dữ liệu được lưu trữ trên bộ nhớ.
Và cuối cùng, các nhà sản xuất giải quyết vấn đề này với bộ nhớ Flash. Đây chính là một loại EEPROM sử dụng dây trong mạch để xóa dữ liệu bằng cách áp dụng trường điện cho toàn bộ chip hoặc các phần được xác định trước trong con chip gọi là khối. Bộ nhớ flash hoạt động nhanh hơn nhiều so với EEPROM truyền thống vì nó ghi dữ liệu theo khối, thường là 512 byte, thay vì 1 byte tại một thời điểm.
Bài viết trên đây là những chia sẻ về cách thức hoạt động của ROM cũng như các loại ROM hiện có trên thị trường. Hy vọng những chia sẻ của của HocvieniT.vn sẽ giúp các bạn có được một nguồn tham khảo quan trọng để phục vụ cho công việc của mình. Đừng quên những khóa đào tạo nghề sửa chữa máy tính, sửa chữa điện thoại bao nghề tại HocvieniT.vn vẫn đang được khai giảng định kỳ hàng tháng cùng rất nhiều các ưu đãi hấp dẫn. Nhanh tay đăng ký ngay hôm nay để có thể trở thành học viên của một trong những trung tâm nghề uy tín và chuyên nghiệp nhất hiện nay!
Mọi chi tiết xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY CỔ PHẦN HỌC VIỆN IT
MST: 0108733789
Tổng đài hỗ trợ: 024 3566 8686 – Hotline: 0981 223 001
Facebook: www.fb.com/hocvienit
Đăng ký kênh Youtube để theo dõi các bài học của Huấn luyện viên tốt nhất: http://bit.ly/Youtube_HOCVIENiT
Tham gia cộng đồng Học viện IT.vn tại: https://www.facebook.com/groups/www.hocvienit.vn/
Trụ sở Hà Nội: Số 8 ngõ 117 Thái Hà, Đống Đa, Hà Nội
Hồ Chí Minh: Số 283/45 Cách Mạng Tháng Tám, Phường 12, Quận 10, TP.HCM
Hải Phòng: Số 94 Quán Nam, Lê Chân, Hải Phòng
Thái Nguyên: Số 297 Lương Ngọc Quyến, TP. Thái Nguyên
Học viện IT.vn – Truyền nghề thực tế cùng bạn đến thành công!