微控制器的記憶體
微控制器具有存儲程式和資料的記憶體。程式記憶體將存儲微控制器正確運行所需的程式。在微控制器運行期間，不應重新寫入程式。即使微控制器已關閉，它應該保存在記憶體中。另一方面，存儲在記憶體中的資料可以更改，微控制器可以根據需要更改資料。在關閉電源的同時丟失記憶體中的資料，這是容許的。微控制器中的記憶體大致分為兩類。它們分別是唯讀記憶體（ROM）和隨機存取記憶體（RAM）。本篇東芝將對ROM進行解釋。特別是微控制器所必需的flash ROM。
非易失性記憶體
ROM是唯讀記憶體。資料不容易重新寫入。有些ROM自從製造商發貨後，就根本無法重新寫入。但是如果執行指定的過程，資料可以寫入到許多微控制器的大多數ROM中。在這種情況下，即使微控制器關閉，程式仍然存在於ROM中，並且可以在微控制器下次運行時讀出。因此，能夠保持資料的記憶體即被稱為非易失性記憶體。Flash ROM也是一種非易失性記憶體。
在開始解釋flash ROM之前，讓我們先瞭解一下電晶體的基本知識。
電晶體
用於半導體積體電路的電晶體有三個端子。這些端子如下圖中的符號所示。
圖1電晶體的符號，電晶體的剖面圖 / 作者：東芝半導體
出處https://toshiba-semicon-storage.com/cn/semiconductor/knowledge/e-learning/village/flash-rom-1.html
從電流方向來看，電晶體注入電流側的端子稱為“漏極”。電晶體抽出電流側的端子稱為“源極”。此外，用於控制流過電晶體電流值的端子稱為“柵極”。柵極的電勢越高，從漏極流入源極的電流就越多。（這裡，我們將說明NMOS電晶體，但會省略對於細節的說明。半導體積體電路還有一種電晶體叫做PMOS電晶體。對於PMOS電晶體，觀察電流的流向，其漏極和源極的作用是相反的。）
Flash ROM的存儲單元
現在，各種結構已被用於flash ROM的存儲單元。最基本的組成部分是浮柵。浮柵就像放硬幣的口袋。如果把一個電子放在裡面，電子就會留在其中。即使微控制器關閉後，這個電子仍會留在浮柵中。這就是非易失性記憶體的基本機制。
圖2 Flash ROM單元的符號，Flash ROM單元的截面圖 / 作者：東芝半導體
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Flash ROM的存儲單元將存儲資料的兩個值0和1。存儲哪個資料取決於浮柵中是電子還是空穴。如果浮柵中是電子，電晶體不會打開；因為電流不流動（該狀態為0）。另一方面，如果浮柵中是空穴，電晶體就會發送電流。該狀態為1。因此，可以通過0或1確定電流是否流入電晶體。
圖3 作者：東芝半導體
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那麼，一個電子是如何進入浮柵的呢？為此，需要將記憶體單元放置在正常運行期間不會發生的特定環境中。否則，在正常運行過程中可能會發生意外寫入。將柵極電壓設置為比正常值高3至5倍的電位。然後，電子通過電勢牽引而跳入浮柵。如果柵極電壓降到通常的電位，浮柵中的電子就不會移動，而是停在那裡。
另一方面，如果電勢關係反向進行，使源極成為高電位，電子很快就會從浮柵跳向源極方向。因此，電子空穴（空穴）將留在浮柵中。由於空穴的電荷為正，電流流過電晶體。總而言之，寫入Flash ROM的操作是指將一個電子放入浮柵還是從中取出一個電子。
圖4 作者：東芝半導體
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記憶體的電路結構
半導體記憶體一般由單元矩陣、行解碼器、列解碼器和檢測電路組成。該組合結構對於ROM和RAM是相同的。
圖5 記憶體的結構，單元的選項 / 作者：東芝半導體
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單元矩陣由保存資料、行和列的單個記憶體（稱為記憶體單元）組成。存儲單元將存儲1位元資訊（0或1）。解碼器將選擇該單元矩陣中的任意一個單元。解碼器具有行解碼器和列解碼器，行解碼器將選擇矩陣的行，而列解碼器將選擇矩陣的列。行解碼器和列解碼器選擇的單中繼資料將由檢測電路進行判斷。檢測電路將判斷資料是“1”還是“0”。flash ROM也具有相同結構。
Flash ROM
Flash ROM是一種非易失性記憶體。我們有理由特別稱之為“快閃記憶體”。請想像一下相機的閃光燈。它是一種能產生短暫閃光以照亮黑暗中物體的裝置。它能瞬間照亮大面積區域。Flash ROM能一次性地將記憶體中所有單元（單元矩陣）的資料設置為1。也就是說，它能一下子從所有存儲單元的浮柵中取出電子，並留下空穴。“快閃記憶體”是根據瞬間閃光的圖像命名的。第一個發明這一概念的人是東芝的工程師。
Flash ROM中的資料將按如下方式重新寫入。首先，Flash ROM在重新寫入前具有許多資料為1或0的單元。然後，立即執行操作將所有單元的資料設置為1。最後，交替地寫入資料0。對每個單元執行此操作。將所有單元設置為1，就可以將單元的資料從0更改為1。單個特定單元不能從0更改為1。
Flash ROM的優勢
曾經的微控制器有一個掩模ROM。程式ROM中每個單元的資料都是在製造商工廠生產微控制器的過程中直接寫入的。資料一旦寫入，就不能重新寫入。這種記憶體叫做掩模ROM。掩模ROM的優點是在任何情況下都不能更改程式。不過，這也可能是個問題。程式是由人編寫的，所以可能存在錯誤。如果程式不能正常工作，則需要更改程式。更改掩模ROM的程式並不簡單。若要編寫程式到掩模ROM中，用戶必須要求製造商進行。這將產生額外的費用，且需要耗費一個或兩個月時間。微控制器必須允許使用者可以自行重寫程式。Flash ROM滿足這個要求。一旦程式完成，使用者可以自行編寫程式以立即使用微控制器。隨後他們就可以立即開始偵錯工具。如果出錯，他們可以修復程式並再次寫入微控制器。(在Flash ROM之前還曾經有一種名為EPROM的可重寫的ROM。該ROM使用光（紫外線）將一個單元的所有資料設置為1。）
Flash ROM還有一個優點。使用者可以更改程式使其相容更新的環境，以便繼續使用同一個微控制器。這樣可以減少庫存項目的數量，以便於控制庫存。此外，當Flash ROM安裝到基板上時，程式可以重寫，使用者不必把它拆開。
帶有Flash ROM的微控制器上市時價格相對較高，所以主要用於開發過程和試生產。但是使用Flash ROM可以消除生成掩模ROM模式的成本，並且由於半導體工藝的改進，使用Flash ROM的總成本已經低於掩模ROM。這些因素促進了Flash ROM的廣泛使用。
現在您完全可以說“沒有哪個微控制器是不含有Flash ROM的”。快閃記憶體對於微控制器來說是必不可少的。
參考來源