EEPROMS: Ulepszenie EPROMS

Ciągły postęp w technologii stale przesuwa potrzebę lepszego przechowywania pamięci, co prowadzi do rozwoju EPROM do EEPROM.W tym artykule bada podstawowe zasady oraz sposób działania EPROM i EEPROM, porównując ich struktury, sposób usuwania danych i jak są one wykorzystywane w różnych technologiach.Wygląda również na przejście od EPROM, który wykorzystuje światło ultrafioletowe do usuwania danych, do EEPROM, które ułatwia użytkownikom, umożliwiając wymazanie danych elektrycznych.Ta zmiana pokazuje nie tylko wzrost technologiczny, ale także rozwiązuje praktyczne problemy EPROM, pomagając tworzyć bardziej trwałe i elastyczne urządzenia elektroniczne.

Katalog

Rysunek 1: Pamięć EPROM

Jakie są technologie EPROM i EEPROM?

Ważna programowalna pamięć tylko do odczytu (EPROM) i elektrycznie wymazalna programowalna pamięć tylko do odczytu (EEPROM) to ważne rodzaje pamięci, które nie tracą danych, gdy moc jest wyłączona.Odgrywali dużą rolę we rozwoju urządzeń elektronicznych.

EPROM, utworzony w połowie lat siedemdziesiątych, był głównym krokiem naprzód, ponieważ pozwolił na ponowne wykorzystanie pamięci.Przed EPROM układ pamięci można było zaprogramować tylko raz.Dzięki EPROM można usunąć dane i zaprogramować je ponownie, wystawiając układ na silne światło ultrafioletowe (UV).Umożliwiło to aktualizację lub naprawienie urządzeń bez konieczności wymiany układu pamięci.

EEPROM ukazał się pod koniec lat siedemdziesiątych i jeszcze bardziej poprawił rzeczy, pozwalając ci usunąć i przepisać dane za pomocą ładunku elektrycznego zamiast światła UV.Ułatwiło to aktualizację pamięci, ponieważ możesz zmienić określone części danych bez wpływu na resztę.EEPROM jest bardziej elastyczny i przydatny do wielu różnych celów, ponieważ można aktualizować dane bezpośrednio w urządzeniu.

Rysunek 2: Pamięć EEPROM

Znaczenie pamięci nieulotnej we współczesnej elektronice

W codziennej elektronice, takiej jak smartfony i komputery, pamięć nieulotna (NVM) przechowuje ważne informacje, takie jak ustawienia i oprogramowanie, które muszą pozostać nienaruszone, nawet gdy urządzenie jest wyłączone.Zapewnia to, że użytkownicy nie tracą danych i mogą odebrać tam, gdzie zostali po przerwie.

W ustawieniach przemysłowych i motoryzacyjnych NVM jest dobry do przechowywania danych, które zapewniają bezpieczne i ciągłe działanie maszyn i pojazdów.Ta pamięć chroni wszelkie informacje podczas awarii zasilania lub resetowania systemu, zapewniając płynne operacje.

W miarę jak więcej urządzeń łączy się za pośrednictwem Internetu rzeczy (IoT), popyt na wiarygodną pamięć, która utrzymuje dane, nawet po wyłączeniu wzrosło.Urządzenia te zależą od przechowywanych danych do działania niezależnie.

Ponadto ten typ pamięci można przeprogramować, umożliwiając łatwe aktualizację urządzeń o nowych funkcjach bez zmiany sprzętu.To sprawia, że ​​elektronika jest bardziej zrównoważona i elastyczna, co pozwala im ewoluować zaspokajanie potrzeb użytkowników.

Rysunek 3: Pamięć lotna i nielotna

Jak EPROM przechowuje dane bez mocy?

EPROM (wymazalna programowalna pamięć tylko do odczytu) jest rodzajem pamięci nieulotnej używanej w komputerach i urządzeniach elektronicznych do przechowywania danych, które należy zachować, nawet po wyłączeniu urządzenia.Brak głosowania oznacza, że ​​EPROM zachowuje swoje dane bez konieczności stałego zasilania.W przeciwieństwie do PROM (programowalna pamięć tylko do odczytu), którą można zapisać tylko raz, EPROM można wielokrotnie usunąć i przeprogramować.

Technologia EPROM oparta jest na szeregu tranzystorów, z których każdy reprezentuje nieco danych.Elementem każdego tranzystora jest pływająca brama, elektrycznie izolowany komponent, który odgrywa ważną rolę w przechowywaniu danych.Obecność lub brak ładunku na pływającej bramie zmienia napięcie progowe tranzystora.Jeśli napięcie progowe jest wystarczająco wysokie, tranzystor włącza się, wskazując binarny „1”.Jeśli nie, pozostaje wyłączony, wskazując binarny „0”.

Zdolność EPROM do przechowywania danych bez mocy opiera się na projekcie pływającej bramy.Ładunek na pływającej bramie jest uwięziony i pozostaje stabilny przez lata z powodu warstwy tlenku, która ją izoluje elektrycznie, zapobiegając wyciekom.Ta izolacja zapewnia, że ​​przechowywane dane są zachowane bez źródła zasilania, dopóki pamięć nie zostanie celowo wymazana.

Rysunek 4: Schemat obwodu programisty EPROM

Jak programowanie EPROM jest programowane przy użyciu wstrzyknięcia gorącego elektronu?

Programowanie EPROM polega na zmianie stanu pływających bram w jego macierzy tranzystorowej.Osiąga się to dzięki technikom zwanym wstrzyknięciem gorącego elektronów, wymaga zastosowania napięcia wyższego niż normalnego do odprowadzań tranzystorów.To podwyższone napięcie przyspiesza elektrony w kanale między źródłem a drenażą, nadając im wysoką energię kinetyczną.

Niektóre z tych energii elektrony, określane jako „gorące elektrony”, nabierają wystarczającej pędu, aby penetrować cienką warstwę tlenku oddzielającą kanał od pływającej bramy.Po przejściu przez tę barierę uwięziono w pływającej bramie, podnosząc w ten sposób napięcie progowe.Ten wzrost napięcia skutecznie zmienia stan tranzystora, aby reprezentować binarny „1”.

Ta metoda pozwala na precyzyjną kontrolę, nad którą bity są ustawione na „1” podczas programowania EPROM.Dane, po napisaniu, pozostają przechowywane jako ładunek na pływających bramach, nie ma wpływu na zasilanie, dopóki pamięć nie zostanie celowo usunięta.Strazja polega na narażeniu EPROM na światło ultrafioletowe (UV), zapewnia wystarczającą energię, aby uwolnić uwięzione elektrony i zresetować stany tranzystora z powrotem do „0”.

Rysunek 5:: Struktura wewnętrzna EPROM

Proces usuwania danych EPROM

Usunięcie EPROM nie jest tak proste, jak nadpisanie danych na dysku flash.Zamiast tego polega na użyciu światła ultrafioletowego (UV), opiera się na efekcie fotoelektrycznym w celu przywrócenia układu do jego pierwotnego, nieprogramowanego stanu.

Każdy układ EPROM jest wyposażony w małe okno kwarcowe, które umożliwia UV Light do dotarcia do warstwy krzemowej, w której dane są przechowywane.Dane w EPROM są przechowywane w tranzystorach z bramą zmiennoprzecinkową.Gdy układ jest narażony na światło UV, fotony ze światła mają wystarczającą ilość energii, aby wzbudzić elektrony w pływającej bramie, powodując, że uciekają.Proces ten resetuje tranzystor do stanu początkowego, skutecznie usuwając przechowywane dane i pozostawiając układ gotowy do przeprogramowania.Tranzystor można następnie naładować lub pozostawić niezniszczone, reprezentując wartości binarne 0 i 1.

Światło UV stosowane do usuwania epromów zwykle ma długość fali około 253,7 nanometrów, w obrębie zakresu UVC.Ta specyficzna długość fali jest skuteczna w zapewnianiu energii wymaganej do wyczyszczenia przechowywanych ładunków w tranzystorach.Proces usuwania trwa od 10 do 30 minut, w zależności od intensywności światła UV i specyficznego modelu EPROM.W tym okresie cały układ musi być równomiernie narażony na światło UV, aby upewnić się, że wszystkie dane są w pełni wymazane, pozostawiając chip gotowy do świeżego programowania.

Rysunek 6: Gumka EPROM UV

Ograniczenia EPROM i przejście na nowoczesne technologie pamięci

Mimo że EPRrom można ponownie wykorzystać, mają pewne wady z powodu tego, jak należy je usunąć i przeprogramować.Dużym problemem jest to, że musisz fizycznie usunąć EPROM z jego urządzenia, aby go usunąć.Wynika to z faktu, że UV Light musi lśnić bezpośrednio na krzemu przez okno kwarcowe, zwykle trudne do dotarcia, gdy układ znajduje się na płytce drukowanej.Wyjmowanie EPROM powoduje problemy takie jak przestoje, ponieważ urządzenie musi zostać wyłączone i częściowo rozebrane, aby dotrzeć do układu, co może stanowić problem w niektórych sytuacjach.Istnieje również ryzyko uszkodzenia układu lub jego pinów podczas usuwania, a rozładowanie elektrostatyczne (ESD) może zaszkodzić częściom elektronicznym.Proces ten wymaga również od wykwalifikowanych pracowników prawidłowego obsługi urządzeń do usuwania UV i odłożenia układu z powrotem bez powodowania uszkodzenia.Co więcej, w dużych systemach lub urządzeniach z wieloma epromami, usuwaniem i przeprogramowaniem każdego układu jeden po drugim może zająć dużo czasu i może nie być praktyczne.Wyzwania te doprowadziły do ​​stworzenia innych typów pamięci, takich jak EEPROM i pamięci flash, które można usunąć i przeprogramować bez konieczności usuwania ich z obwodu.Te alternatywy są łatwiejsze w użyciu i bardziej elastyczne, ale mogą nie być tak trwałe lub mogą być droższe.

Zastosowania EPRrom w technologii

Przechowywanie BIOS w komputerach

BIOS (podstawowy system wejściowy/wyjściowy) jest ważnym oprogramowaniem, które pomaga systemowi operacyjnego komputera komunikować się ze sprzętem.EPRMS są używane do przechowywania BIOS, ponieważ przechowują dane, nawet gdy komputer jest wyłączony.Po uruchomieniu komputera BIOS w EPROM włącza sprzęt i obsługuje podstawowe zadania, dopóki system operacyjny przejmie kontrolę.Upewnia się, że komputer może uruchomić i działać poprawnie.

EPROMS pozwala również aktualizować BIOS w procesie o nazwie „Flashing”.Oznacza to, że BIOS można zmienić, jeśli są wymagane problemy lub nowe funkcje, bez konieczności zmiany sprzętu.Ta umiejętność sprawia, że ​​komputery są bardziej długotrwałe i elastyczne.

Pamięć oprogramowania układowego dla modemów i kart graficznych

EPRMS są również używane w modemach i kartach wideo do przechowywania oprogramowania układowego, specjalistycznego oprogramowania, które bezpośrednio kontroluje sprzęt.W modemach oprogramowanie przechowywane na EPROM kontroluje sposób konwersji sygnałów cyfrowych na sygnały analogowe, co umożliwia komunikowanie się przez linie telefoniczne.To oprogramowanie jest ważne, ponieważ pozwala modemowi pracować z różnymi protokołami danych i prędkości, zapewniając poprawnie z różnymi standardami komunikacji.

Podobnie w kartach graficznych EPROMS przechowuje oprogramowanie układowe, które reguluje operacje jednostki przetwarzania grafiki (GPU).To oprogramowanie jest odpowiedzialne za zarządzanie podstawowymi funkcjami wyświetlania i obsługę zadań przetwarzania graficznego.Przechowując to oprogramowanie układowe w EPROM, producenci upewniają się, że karta graficzna może zostać zaktualizowana w celu obsługi nowego oprogramowania i systemów operacyjnych, co pomaga urządzeniu trwać dłużej.

Wczesne użycie w procesorach

We wczesnych dniach rozwoju komputera EPRroms zastosowano do przechowywania mikrokodu dla jednostek przetwarzania centralnego (CPU).Mikrokod to zestaw instrukcji niskiego poziomu, które decydują o tym, jak procesor wykonuje instrukcje kodu maszynowego.Instrukcje te są wymagane do zdolności procesora do wykonywania zadań, ponieważ definiują one podstawowe protokoły logiki i operacyjne.

Używając EPROMS do przechowywania mikrokodu, producenci mogą ulepszyć i aktualizować funkcje procesora bez konieczności zmiany rzeczywistego sprzętu.Było to przydatne we wczesnych dniach technologii komputerowej, gdy sytuacja szybko się rozwijała, a procesory muszą być często dostosowywane.

Charakterystyka EEPROM

EEPROM różni się od innych rodzajów pamięci nieulotnej, takich jak ROM (pamięć tylko do odczytu) i pamięci flash, przede wszystkim w sposobie modyfikacji.ROM jest programowany podczas produkcji i nie można go później zmienić.Z drugiej strony EEPROM można przepisać i usuwać elektrycznie, oferując większą elastyczność.W przeciwieństwie do EPROM, który wymaga ekspozycji na silne światło ultrafioletowe do usuwania, EEPROM pozwala na te modyfikacje bez potrzeby interwencji fizycznej i ułatwiania aktualizacji konfiguracji urządzeń lub stosowania łatek oprogramowania.

Rysunek 7: Schemat obwodu pamięci EEPROM

Pojemność i struktura pamięci EEPROM

Dane w EEPROM są przechowywane w małych jednostkach, takich jak bajty lub poziom słów, dzięki czemu można usunąć i przepisać określone części bez wpływu na resztę.Jest to duża poprawa w stosunku do starszych typów pamięci, takich jak EPROM, w którym trzeba było usunąć duże sekcje lub całą pamięć jednocześnie.

Wewnątrz EEPROM znajduje się siatka komórek pamięci, z których każda zawiera trochę danych.Komórki te wykorzystują specjalny rodzaj tranzystora o nazwie pływający tranzystor bramki do przechowywania informacji.Dane są zapisywane przez dodanie lub usuwanie elektronów z pływającej bramy.Liczba elektronów zmienia napięcie progowe tranzystora, które jest napięciem, musi go włączyć, umożliwiając mu przechowywanie wartości binarnej (0 lub 1).

Rysunek 8: Komórka pamięci EEPROM

Aby zapisać dane do EEPROM, zastosowano wyższe napięcie niż zwykle, powodując poruszanie się przez cienką warstwę materiału do pływającej bramy, proces zwany tunelowaniem Fowler-Nordheim.Po uwięzieniu elektronów w pływającej bramie pozostają tam, ponieważ otaczający materiał ich izoluje, zapewniając bezpieczeństwo danych.

Aby usunąć dane, proces jest odwrócony.Zastosowano napięcie ujemne, które wyciąga elektrony z pływającej bramy, usuwając przechowywane dane i resetując napięcie progowe tranzystora z powrotem do jego pierwotnego stanu.

Komórki pamięci EEPROM działają głównie z powodu dwóch części: bramki pływającej i bramki kontrolnej.

Pływająca brama: pływająca brama to niewielka, elektrycznie izolowana część tranzystora, która znajduje się między bramą kontrolną a kanałem tranzystora.Jego główną funkcją jest utrzymanie ładunku poprzez zatrzymanie elektronów w jego strukturze.Ta brama jest otoczona izolacją warstwą tlenku, zapobiega ucieczce elektronów.Obecność lub brak elektronów na pływającej bramie zmienia napięcie progowe tranzystora, kodując w ten sposób dane jako binarne „1” lub „0”.Pływająca brama jest częścią komórki pamięci, która faktycznie przechowuje dane.

Rysunek 9: Grama pływająca i brama kontrolna w EEPROM

Brama sterująca: Brama sterująca to zewnętrzna elektroda bramki, która kontroluje pisanie i usuwanie danych.Podczas procesu pisania brama kontrolna służy do zastosowania napięcia, które zmusza elektronom do tunelu przez warstwę tlenku i na pływającą bramę.Podczas procesu usuwania nakłada się napięcie przeciwnej polaryzacji i usuwa elektrony z pływającej bramy.Dlatego bramka sterująca służy jako interfejs, który umożliwia interakcję z bramą pływającą, umożliwiając dane, umożliwiając odczyt, zapisanie i usuwanie danych.

Możliwości przechowywania danych EEPROM są silnie zależne od interakcji między pływającą bramą a bramą kontrolną.Brama pływająca bezpiecznie przechowuje dane, zatrzymując elektrony, podczas gdy brama sterująca pozwala na precyzyjną kontrolę procesów odczytu, pisania i usuwania.Ta interakcja zapewnia, że ​​EEPROM są niezawodną i elastyczną opcją dla nieulotnego przechowywania danych.

Proces programowania i usuwania EEPROM

Usunięcie danych z EEPROM polega na usunięciu elektronów z komórek pamięci bez wyjmowania układu z urządzenia.Odbywa się to poprzez zastosowanie napięcia usuwania, które jest przeciwieństwem napięcia używanego do zapisywania danych.

Podczas usuwania silne napięcie ujemne jest stosowane do jednej części układu, podczas gdy inna część jest utrzymywana na wyższym napięciu.Tworzy to potężne pole elektryczne, które sprawia, że ​​elektrony opuszczają komórki pamięci i wracają do materiału układu.Ta akcja resetuje pamięć, przywracając ją do pierwotnego stanu, reprezentuje stan „1” lub wymazany.

Zaletą możliwości usuwania danych bez usuwania układu EEPROM jest to, że pozwala on na łatwe i wydajne aktualizacje.Dane mogą być wymazane i przepisywane, gdy urządzenie jest nadal uruchomione, to jest ważne dla zadań wymagających regularnych aktualizacji, takich jak regulacja ustawień lub przechowywanie danych kalibracji bez zatrzymywania urządzenia.

Krótko mówiąc, EEPROM wykorzystuje proces poruszający elektrony w kontrolowany sposób do usuwania i zapisywania danych.To, wraz z możliwością usuwania danych bez usuwania układu, sprawia, że ​​EEPROM jest bardzo przydatnym w wielu urządzeniach elektronicznych.

Zastosowania EEPROM

• Aktualizacje oprogramowania: przechowuje oprogramowanie sterujące sprzętem, umożliwiając aktualizacje bez wymiany sprzętu, dobre dla długich urządzeń.

• Konfiguracja urządzenia: Zachowuje ustawienia urządzenia po utracie zasilania, zapewniając spójne działanie, jak widać w routerach przechowujących ustawienia sieciowe.

• Przechowywanie danych kalibracji: Utrzymuje ważne dane kalibracji w instrumentach precyzyjnych, zapewniając dokładność w czasie pomimo zmian środowiskowych.

• Elektronika konsumpcyjna: Pamięta ustawienia użytkowników w codziennych urządzeniach, takich jak mikrofale, zwiększając wygodę i wrażenia użytkownika.

• Automobile: przechowuje dane takie jak odczyty licznika liczników liczby liczników ilorazów i ustawienia radiowe, zapewniając, że te ustawienia utrzymują się po wyłączeniu samochodu.

• Osobiste urządzenia obliczeniowe: znalezione w BIOS do przechowywania wszelkich ustawień potrzebnych komputerów do poprawy i prawidłowego działania.

• Karty inteligentne i identyfikacja: Bezpiecznie przechowuje informacje takie jak szpilki i klucze dostępu, zapewniając zarówno bezpieczeństwo, jak i szybką dostępność w kartach inteligentnych.

Porównanie technologii pamięci EPROM i EEPROM

Rysunek 10: pamięć EPROM i EEPROM

Aspekt	Eprom	EEPROM
Rodzaj pamięci	Nielatywne	Nielatywne
Metoda programowania	Wymaga wyższych napięć	Standardowe ładunki elektryczne
Metoda usuwania	Ekspozycja na światło UV przez okno kwarcowe	Usuwanie elektryczne, nie ma potrzeby światła UV
Usuwanie danych	Cały układ jest natychmiast usuwany	Zesłanie na poziomie bajtów
Usuwanie wiórów	Wymaga usunięcia z obwodu dla wymazanie	Można aktualizować bezpośrednio w obwodzie
Możliwość przepisywania	Wymaga ekspozycji na światło UV i przeprogramowanie	Przepisuje elektrycznie, pozwalając na łatwe aktualizacje
Trwałość	Mniej trwałe ze względu na ekspozycję na światło UV Degradowanie układu	Bardziej trwały z dłuższą żywotnością z powodu usuwanie elektryczne
Praktyczność dla częstych aktualizacji	Mniej praktyczne, ponieważ wymaga pełnego układu usuwanie i przeprogramowanie	Bardziej praktyczne, pozwala na częste aktualizacje i selektywne modyfikacje
Zastosowania	Starsze lub specjalistyczne urządzenia wymagające rzadkie aktualizacje	Nowoczesne urządzenia, urządzenia gospodarstwa domowego, oprogramowanie układowe w sprzęcie sieciowym

Wniosek

Przejście z EPROM na EEPROM jest ważnym krokiem naprzód w technologii pamięci, rozwiązując wiele problemów starszych typów pamięci.EEPROM jest bardziej elastyczny, trwały i łatwiejszy w użyciu, najlepiej jak na potrzeby dzisiejszych urządzeń elektronicznych.Pozwala na szybkie i wydajne wprowadzanie zmian bez konieczności usuwania układu lub używania światła UV.Ułatwia to urządzeniom nadążanie za szybko zmieniającą się technologią i przygotowanie się na przyszłość.Rozwój EEPROM pokazuje podejście do tworzenia bardziej wydajnej, przyjaznej dla użytkownika elektroniki, pomagając w kierowaniu ciągłymi innowacjami w technologii pamięci.

Często zadawane pytania [FAQ]

1. Czy można zmienić EPROM?

EPROM można zmienić, ale nie z taką samą łatwością jak inne rodzaje programowalnej pamięci.Aby zmienić dane przechowywane w EPROM, musisz wystawić je na silne światło ultrafioletowe przez okno zaprojektowane do tego celu, znalezione na górze układu.Proces ten usuwa istniejące dane, umożliwiając zaprogramowanie nowych danych.Nie jest to jednak trywialne zadanie i wymaga określonego sprzętu i warunków, w przeciwieństwie do bardziej nowoczesnych Eepromów lub pamięci flash.

2. Czy EEPROM jest szybszy niż Flash?

EEPROM i pamięć flash mają porównywalne charakterystyki prędkości, ale EEPROM może być wolniejszy w przypadku operacji zapisu.Wynika to z faktu, że EEPROM pozwala na pisanie i usunięcie danych na poziomie poszczególnych bajtów, co zapewnia elastyczność, ale może być wolniejsza.Z drugiej strony pamięć flash usuwa dane i zapisuje dane w blokach, dzięki czemu te operacje są ogólnie szybsze, ale mniej precyzyjne pod względem objętości danych zarządzanych na operację.

3. Jak długo potrwa EEPROM?

Długowieczność EEPROM jest wysoka.Może zachować dane przez około 20 do 25 lat w normalnych warunkach.Może się to jednak różnić w zależności od czynników, takich jak jakość EEPROM, warunki środowiskowe, na które jest narażony, oraz to, jak często jest dostępny do operacji pisania lub usuwania.Zatrzymanie danych jest jednym z silnych pozwów EEPROM, co czyni go odpowiednim dla aplikacji, w których długoterminowe przechowywanie danych jest wymagane bez częstego zmiany.

4. Ile razy można usunąć EEPROM?

Wytrzymałość EEPROM lub ile razy można go usunąć i przepisać, różni się w zależności od konkretnej konstrukcji układów, ale wynosi od około 100 000 do 1 000 000 cykli usuwania/zapisu.To sprawia, że ​​EEPROM jest dobry dla aplikacji, które wymagają często aktualizowania danych, choć nie tak wysokiej częstotliwości, jak niektóre nowsze rodzaje pamięci, takie jak niektóre wspomnienia Flash, które mogą utrzymać jeszcze więcej cykli.

5. Czy SSD jest EEPROM?

Nie, SSD (napęd w stanie stałym) nie jest sklasyfikowany jako EEPROM.SSD zwykle używają pamięci flash typu NAND, pozwala na szybszy dostęp do danych, wyższą pojemność i bardziej wydajne operacje zapisu i usuwania w porównaniu z EEPROM.Podczas gdy zarówno SSD, jak i EEPROMS są rodzajami pamięci nieulotnej (co oznacza, że ​​zachowują dane, gdy zasilanie jest wyłączone), ich technologie i aplikacje są różne, przy czym SSD są preferowanym wyborem rozwiązań do przechowywania masy we współczesnych komputerach i urządzeniach.