为什么大多数非易失性存储器都将逻辑1作为默认状态？

我在嵌入式应用程序中使用了EEPROM和FLASH存储器等非易失性存储器，并且我始终发现1默认情况下始终将未使用的存储器（EEPROM / FLASH）位位置设置为。为什么用它代替0？

例如，一个地址，例如第0个地址（内存的第一个字节），如果用户未写入，则始终存储，0xff而不是0x00。为什么制造内存芯片的人会这样保存呢？我敢肯定，保留默认的内存位置0xff将为制造商带来一些好处或重要的东西。

内存芯片中这种结构背后的原因是什么？

我将讨论闪存编程，但是由于闪存是在1980年代中期从EEPROM派生的，因此许多材料将类似于EEPROM（电可擦可编程ROM）。如下所述，从物理角度来看，默认状态为1。但更重要的是，我将解释为什么是默认状态-你不能只是任意程序上的东西已经从最后一次编程顶部。

NOR闪存几乎总是被选作程序闪存，因为该接口最适合将数据放置在微控制器的存储器映射中-全地址和数据总线模仿RAM，并允许随机访问任何位置。一次可以读取一个字的数据，其中一个字定义为微控制器的数据宽度，通常为8位，16位或32位。另一方面，NAND闪存是为替换硬盘驱动器而开发的，可顺序工作。

但是编程变得有点复杂。如前所述，NOR闪存和其他非易失性存储器（如NAND闪存，EEPROM甚至EPROM）的默认状态是逻辑1。 您无法将1编程到这些设备中，而只能编程0。 因此，例如，如果您有一个包含0x0123的字节，并且想要将其更改为0x3210，则不能像写入RAM中的字节那样直接进行操作。

取而代之的是，必须擦除存储器中的位，这会将它们置于已提到的默认1状态。这只能以块而不是单词的形式完成。在最近使用过的Microchip PIC32上，可以擦除的最小块大小为4096字节。因此，如果您只想更改一个字（32位），则必须读取4K内存，擦除该块，然后将4K内存写回闪存，但需要时包括新的32位值。擦除可能需要一些时间-一秒钟的很大一部分。

以下是闪存单元的图片。Flash通过移除电子或将电子置于浮栅上来存储数据。当浮栅上有电子时，没有电流流过晶体管，表示为0。当电子从浮栅上移出时，晶体管开始导通，表明为1。（按照惯例，这可能是其他方式，但在所有数据线上都需要反相器。）

擦除操作。 闪存单元（单级NOR闪存单元）的默认状态为1，因为浮栅不带负电荷。通过在源极和控制栅极（字线）之间施加电压，可以擦除闪存单元（重置为1）。电压范围为-9V至-12V。并向源极施加6V左右的电压。浮栅中的电子通过量子隧穿被拉出并转移到源极。换句话说，电子从浮栅隧穿到源极和衬底。

由于擦除使用高电压，因此以块进行擦除需要较少的管芯面积。因此，一次只能将电压施加到整个晶体管行。

为了进行写操作，可以对NOR闪存单元进行编程，或者通过以下步骤将其设置为0。写入时，大约12V的高压施加到控制栅极（字线）。如果对位线（漏极端子）施加约7V的高压，则该单元中将存储一个0。现在，该通道已打开，因此电子可以从源极流到漏极。源极-漏极电流足够高，以引起一些高能电子通过称为热电子注入的过程，穿过绝缘层跳到浮置栅极上。

为了读取，向控制栅极施加大约5V的电压，向漏极施加大约1V的电压。存储单元的状态通过在漏极和源极之间流动的电流来区分。

非易失性存储器的使用寿命是根据擦除周期来衡量的。NOR的缺点是擦除周期数约为NAND存储器的1/10。PIC32的许多版本仅允许将闪存更新1000次，比EEPROM的典型100,000次擦除周期要少。

因此，让设计者将默认状态设置为1或0（他们选择允许最简单实现的值）并不重要。重要的是，必须先擦除一个闪存块（这需要时间），然后再对整个块进行编程（即使更改了单个字（这需要大量的RAM））。

对该器件的块擦除操作可以追溯到第一个EPROM（可擦除可编程ROM），然后是EEPROM。该代码已编程到芯片中（如16KB 27128）并置于插槽中。这些芯片的顶部有一个小窗口，可让光线照到芯片上。当必须更改程序时，将芯片放入UV擦除器中约20分钟，这将擦除整个芯片。然后，将使用新程序对芯片进行编程。

某些EEPROM要求在编程之前擦除存储块。其他允许一次写入一个字节（EEPROM控制器实际上先擦除该字节并对其编程）。

在现代闪存中，我不知道出于任何原因选择零以上的默认值。读取是通过差分电流检测放大器完成的，因此原则上您可以从任一侧获取输出。（最初的EEPROM可能具有更简单的读取电路，我不确定。）

这里是一个很好的理由不增加额外的逆变器-这将增加从内存到CPU的传播延迟。在微控制器中，闪存到CPU数据路径对整体系统性能有很大影响，因为它决定了获取新指令所花费的时间。

数字电路设计人员通常期望零表示清除/重置/擦除。但是闪存晶体管和读取电路是模拟的。从这一观点出发，将闪速晶体管的导通状态描述为逻辑上更有意义。碰巧的是，从1到0的速度比从0到1的速度快得多，所以一个变为“擦除”状态，而零变为“已编程”状态。

简短版：半导体物理学家和模拟电路设计师完全不关心您的数字直觉。:-)

我不确定您所引用的是什么，但是从Wikipedia页面上获取了闪存，这似乎是由于闪存背后的硬件导致的：

在默认状态下，单级NOR闪存单元在逻辑上等效于二进制“ 1”值，因为在适当的电压施加到控制栅极的情况下，电流将流经沟道，从而使位线电压被下拉。”

如果要使用其他类型的闪存（例如NAND），则默认状态为1，因为当任何一个晶体管的输出低于其高/低阈值电压时，NAND的输出均为1。

抱歉，如果我完全错过了您提出的要求，那么我对这一切也还是很​​陌生。

ROM和PROM在制造过程中必须通过在掩膜层中添加金属或在编程时将其烧掉来进行操纵，而制造时这两个过程均具有默认的高状态。将它们默认设置为LOW将增加晶体管的成本，以某种方式降低编程的便利性或工作速度。

此后成为惯例，因为现在可以在数据路径中的某个点添加反相器。

约定可能是在二极管逻辑存储阵列时代开始的，二极管逻辑存储阵列在寻址数据时具有二极管来下拉数据线，未使用的存储字将没有二极管而不是所有二极管。大多数早期的数字逻辑标准被主动拉低，如果没有，则浮空。