只读存储器 (ROM)
9.1 概览
正如我们之前所见，在 CPU 启动或复位后，它将从第一个虚拟地址 0x0000 开始执行代码，此时该地址也等于物理地址 0x000000。
因此，此地址必须存在一些 CPU 可以理解并执行的有效二进制代码，所以我们需要一个设备来存储这些数据。这就是只读存储器（ROM）的作用：它将存储 CPU 将要执行的代码。
9.2 硬件实现
尽管名为只读存储器（ROM），但它不一定是不可擦除的。存在多种可以擦除和重写的 ROM 类型：EPROM、EEPROM、NOR Flash、NAND Flash 等。
在 Zeal 8 位计算机上，充当 ROM 的组件是 SST39SF020 NOR Flash，容量为 256KB，组织为 256K 字 × 8 位，在 PCB 上标记为 U4。它采用带插座的 PLCC32 封装，使其紧凑且仍然可以轻松移除和重新插入，无需焊接或拆焊。
这款 SST39SF020 NOR Flash 的主要优点有：
- 可在电路内编程，无需取出并使用专用编程器进行擦除或重写，可以直接从 Z80 完成！
- 不需要任何特殊的硬件协议来擦除或编程，从 CPU 的角度看，它仍然像一个常规的（EEP）ROM。
- 对于 8 位计算机来说容量大：最高可达 512KB。
- 引脚与传统的 27C020 ROM 兼容。
- 可用性强，由于仍在大批量生产，很容易找到。
在引脚排列方面，其组织方式如下：
让我们看看连接到它的常规信号：
- $ADDR\ 0$ 到 $ADDR\ 17$：表示要读取的字节的地址。ROM 为 256KB，因此最后一个字节地址为
0x3ffff。 - $DATA\ 0$ 到 $DATA\ 7$：表示刚从 ROM 读取的字节。
- $\overline{RD}$：来自 CPU 的信号，当 CPU 正在执行读取时有效。
- $\overline{WR}$：来自 CPU 的信号，当 CPU 正在执行写入时有效。更多信息请参见编程 ROM 部分。
- $\overline{CE}$：来自逻辑胶合的信号，当 CPU 尝试访问 ROM 映射的地址范围时有效，该范围是物理地址空间的前 512KB。更多信息请参见逻辑胶合章节。
两个带有星号标记的信号具有特殊功能或状态，以下各节将解释这些细节。
9.3 硬件依赖与时序
在时序方面，ROM 依赖于 MMU，因为它需要 18 或 19 条地址线（取决于 ROM 的大小），同时也依赖于逻辑胶合。实际上，后者输出的 $\overline{ROM\_ENABLE}$ 连接到 ROM 的 $\overline{CE}$ 信号。两者都应考虑在内，以确定从 CPU 执行读取到 ROM 输出数据之间的总传播延迟。
根据数据手册，SST39SF020A-70 本身在最坏情况下标称传播延迟为 70ns。
关于延迟和时序的所有详细信息在官方数据手册中有详细说明。
9.4 安装更大的 NOR Flash
ROM 的第一个引脚 $NC / ADDR\ 18$ 有两种可能的状态：如果在插座 U4 中安装了 256KB ROM（默认情况），此引脚必须保持不连接。
但是，如果安装的是 512KB ROM（例如 SST39SF040），则必须将此引脚连接到来自 MMU 的 $ADDR\ 18$。为此，只需在 PCB 上标记为 JP1 的焊桥上连接一个跳线即可。
通过连接此跳线，MMU 的 $ADDR\ 18$ 将连接到该引脚，使 Z80 CPU 能够访问整个 512KB ROM。
这个跳线 JP1 解释了为什么我们需要在逻辑胶合中为 ROM 分配 512KB 的连续内存。如果只分配了 256KB（从 0x00000 到 0x3ffff），用 512KB ROM 替换将更加困难，因为需要额外的逻辑来映射 ROM 的第二个 256KB 部分。
其原理图如下所示：
9.5 禁用 ROM
如逻辑胶合章节所述，无论安装的 ROM 是 256KB 还是 512KB，当 CPU 尝试读取（或写入）任何物理地址在 0x00000 到 0x3ffff 之间时，ROM 的 $\overline{CE}$ 信号都将有效。
这样做的结果之一是，ROM 始终是 CPU 获取指令的第一个位置。然而，在某些情况下，拥有一个外部可引导卡带会很有用，它可以完全绕过 Zeal 8 位计算机的内部 ROM，只让 CPU 从该新外部板中嵌入的 ROM 读取和执行数据。
一种解决方案是暂时移除内部 ROM，然后插入扩展板，这样 ROM 之间就不会发生冲突。另一种不需要修改主板的解决方案是将 $\overline{CE}$ 线拉高，使其失效。
为此，$\overline{CE}$ 信号通过一个 1kΩ 电阻（标记为 R5）连接到逻辑胶合的 $\overline{ROM\_ENABLE}$ 信号，并且也连接到扩展端口（标记为 J2）的第 49 引脚，不经过任何电阻。
因此，每当外部扩展板需要禁用内部 ROM 时，此 ROM_DISABLE 引脚必须设置为高电平（5V）。请查看扩展端口部分以了解其确切位置。
9.6 编程 ROM
NOR Flash 与 EPROM 和 EEPROM 一样，可以通过一些通用编程器进行编程。
然而，如前所述，NOR Flash 相较于前面提到的 ROM 的主要优点是它可以在电路内编程，无需从插座中取出，因此不需要这样的通用编程器。
擦除和编程 NOR Flash 的整个过程在官方数据手册中有详细说明。
编程原理
简而言之，NOR Flash 通过软件命令实现这一点，这些命令由在预定义地址上连续写入预定义值组成，如下表所示（取自上述文档）：
值得注意的是，这些地址是相对于 NOR Flash 的地址，但由于 NOR Flash 在 Zeal 8 位计算机上映射到物理地址 0x00000，我们可以将它们视为物理地址，而不是虚拟地址！
换句话说，要执行这些命令中的任何一个，必须将 ROM 的至少两个 16KB 页面映射到 64KB 虚拟地址空间中。这两个页面分别是包含地址 0x2AAA（页面 0）和 0x5555（页面 1）处字节的页面。它们不一定需要同时被映射。
另一个重要注意事项是，在尝试编程一个字节之前，必须先执行擦除操作。因此，即使只需要（重新）编程某个扇区中的一个字节，也必须先擦除整个扇区！
实际示例
如前表所述，擦除芯片的步骤为：
- 将
0xAA写入 ROM 地址0x5555 - 将
0x55写入 ROM 地址0x2AAA - 将
0x80写入 ROM 地址0x5555 - 将
0xAA写入 ROM 地址0x5555 - 将
0x55写入 ROM 地址0x2AAA - 将
0x10写入 ROM 地址0x5555
然后 NOR Flash 将开始擦除自身，这最多需要 100ms。这意味着擦除 Flash 的程序不能位于 Flash 本身中，否则它会被擦除，它应该从其他地方（如 RAM）执行。
以下是一个实际的 Z80 汇编示例，展示如何通过软件命令擦除芯片：
; 以下代码从 RAM 中运行，位于虚拟地址 0x8000
; 前两个 16KB 虚拟页面是空闲的，我们可以用它们来映射 ROM 的前几个页面
erase_chip:
; 将 A 初始化为 0
xor a
; 将虚拟页面 0 映射到物理地址 0x0000 - 0x3FFF
out (0xF0), a
inc a
; 将虚拟页面 1 映射到物理地址 0x4000 - 0x7FFF
out (0xF1), a
; 我们现在可以访问 NOR Flash 地址 0x2AAA 和 0x5555，开始擦除过程
ld hl, 0x5555
ld a, 0x55
; 1. 将 `0xAA` 写入 ROM 地址 `0x5555`
ld (hl), 0xAA
; 2. 将 `0x55` 写入 ROM 地址 `0x2AAA`
ld (0x2AAA), a
; 3. 将 `0x80` 写入 ROM 地址 `0x5555`
ld (hl), 0x80
; 4. 将 `0xAA` 写入 ROM 地址 `0x5555`
ld (hl), 0xAA
; 5. 将 `0x55` 写入 ROM 地址 `0x2AAA`
ld (0x2AAA), a
; 6. 将 `0x10` 写入 ROM 地址 `0x5555`
ld (hl), 0x10
; 等待至少 100ms 以完成擦除 = 在 10MHz 下为 1,000,000 个 T 状态
; 下面是 24 个 T 状态
ld bc, 1000000 / 24
wait:
; 以下循环（直到 'jp nz, wait'）共 24 个 T 状态
dec bc
ld a, b
or c
jp nz, wait
; 100ms 已过，芯片已擦除。