Eeproms: обновление от EPROM

Постоянный прогресс в технологии постоянно вызывает необходимость лучших вариантов хранения памяти, что приводит к развитию от EPROM до EEPROM.В этой статье рассматриваются основные принципы и то, как работают EPROM и EEPROM, сравнивая их структуры, как они стирают данные и как они используются в различных технологиях.Он также рассматривает движение от EPROM, который использует ультрафиолетовый свет для стирания данных, к eEPROM, который облегчает пользователям, позволяя стерте данные электрически.Это изменение не только показывает технологический рост, но и решает практические проблемы EPROM, помогая создать более прочные и гибкие электронные устройства.

Каталог

Рисунок 1: память EPROM

Что такое технологии EPROM и EEPROM?

Уравновешиваемая программируемая память только для чтения (EPROM) и электрически устраненная программируемая память только для чтения (EEPROM) являются важными типами памяти, которые не теряют свои данные при отключении питания.Они сыграли большую роль в росте электронных устройств.

EPROM, созданный в середине 1970-х годов, был важным шагом вперед, потому что он позволил повторному использованию памяти.Перед EPROM чип памяти может быть запрограммирован только один раз.С помощью EPROM вы можете стереть данные и программировать их снова, обнажив чип на сильный ультрафиолетовый свет.Это позволило обновлять или исправлять устройства без необходимости замены чипа памяти.

EEPROM вышел в конце 1970 -х годов и еще больше улучшил вещи, позволив вам стирать и переписать данные, используя электрический заряд вместо ультрафиолетового света.Это облегчило обновление памяти, потому что вы можете изменить определенные части данных, не влияя на остальные.EEPROM более гибкий и полезен для многих различных целей, потому что вы можете обновить данные непосредственно в устройстве.

Рисунок 2: память eeprom

Важность нелетущей памяти в современной электронике

В повседневной электронике, такой как смартфоны и компьютеры, нелетущая память (NVM) хранит важную информацию, такую ​​как настройки и программное обеспечение, которое необходимо оставаться нетронутым, даже когда устройство выключено.Это гарантирует, что пользователи не теряют свои данные и могут забрать прямо там, где они остановились после отключения электроэнергии.

В промышленных и автомобильных условиях NVM хорош для хранения данных, которые обеспечивают безопасное и непрерывное работа машин и транспортных средств.Эта память защищает любую информацию во время отключений электроэнергии или сброса системы, обеспечивая плавные операции.

По мере того, как все больше устройств соединяются через Интернет вещей (IoT), спрос на надежную память, которая удерживает данные, даже при выключении отключения.Эти устройства зависят от сохраненных данных для работы независимо.

Кроме того, этот тип памяти может быть перепрограммирован, что позволяет легко обновлять устройства с помощью новых функций без изменения аппаратного обеспечения.Это делает электронику более устойчивой и адаптируемой, что позволяет им развиваться для удовлетворения потребностей пользователей.

Рисунок 3: летучая и нелетущая память

Как EPROM сохраняет данные без власти?

EPROM (стиральная программируемая память только для чтения)-это тип нелетущей памяти, используемой в компьютерах и электронных устройствах для хранения данных, которые должны быть сохранены, даже когда устройство выключено.Быть нелетучим означает, что EPROM сохраняет свои данные без необходимости постоянного источника питания.В отличие от PROM (программируемая память только для чтения), которая может быть записана только один раз, EPROM может быть стерт и перепрограммирован несколько раз.

Технология, лежащая в основе EPROM, основана на множестве транзисторов, каждая из которых представляет собой немного данных.Элементом в каждом транзисторе является плавающее затвор, электрически изолированный компонент, который играет важную роль в хранении данных.Наличие или отсутствие заряда на плавающих затворах изменяют пороговое напряжение транзистора.Если пороговое напряжение достаточно высокое, транзистор включает в себя, указывая на бинарное «1».Если нет, то он остается отключенным, указывая на бинарное «0».

Способность EPROM сохранять данные без питания, основана на дизайне плавающих ворот.Заряд на плавающих воротах пойман в ловушке и остается стабильным в течение многих лет из -за оксидного слоя, который электрически изолирует его, предотвращая любую утечку.Эта изоляция гарантирует, что хранимые данные сохраняются без источника питания до тех пор, пока память не будет намеренно стерта.

Рисунок 4: Диаграмма EPROM Progrommer

Как программируется EPROM с использованием инъекции горячих электронов?

Программирование EPROM включает в себя изменение состояния плавающих ворот в его транзисторном массиве.Это достигается с помощью техники, называемой инъекцией горячих электронов, требует применения напряжения на более высоком уровне, чем нормально, к стокам транзисторов.Это повышенное напряжение ускоряет электроны в канале между источником и сливами, давая им высокую кинетическую энергию.

Некоторые из этих энергичных электронов, называемых «горячими электронами», набирают достаточный импульс, чтобы проникнуть в тонкий оксидный слой, отделяющий канал от плавающих затворов.Как только они пройдут через этот барьер, они попадают в ловушку в плавающих воротах, тем самым поднимая его пороговое напряжение.Это увеличение напряжения эффективно изменяет состояние транзистора на представление бинарного «1».

Этот метод допускает точный контроль над тем, какие биты устанавливаются на «1» во время программирования EPROM.Данные, когда -то записанные, остаются хранящимися в качестве заряда на плавающих воротах, не зависящих от источника питания до тех пор, пока память не будет намеренно стирана.Строитель включает в себя обнаружение света EPROM на ультрафиолетовое (УФ) свет, обеспечивает достаточное количество энергии, чтобы освободить захваченные электроны и сбросить состояния транзистора обратно на «0».

Рисунок 5 :: EPROM Внутренняя структура

Процесс стирания данных EPROM

Стирать EPROM не так просто, как перезаписать данные на флэш -накопителе.Вместо этого он включает в себя использование ультрафиолетового (УФ) света, опирается на фотоэлектрический эффект, чтобы восстановить чип в исходное, не запрограммированное состояние.

Каждый чип EPROM оснащен небольшим кварцевым окном, которое позволяет ультрафиолетовому свету достигать кремниевого слоя, где хранятся данные.Данные в ePROM хранятся в транзисторах с плавающей заем.Когда чип подвергается воздействию ультрафиолетового света, фотоны от света имеют достаточное количество энергии, чтобы возбудить электроны в плавающих воротах, заставляя их сбежать.Этот процесс сбрасывает транзистор в его начальное состояние, эффективно стирая хранимые данные и оставляя чип готов к перепрограммированию.Затем транзистор может быть перезаряжен или оставлен незаряжены, представляя двоичные значения 0 и 1.

УФ -свет, используемый для стирания EPROM, обычно имеет длину волны около 253,7 нанометров, попадает в диапазон UVC.Эта конкретная длина волны эффективна для обеспечения энергии, необходимой для очистки хранимых зарядов в транзисторах.Процесс стирания занимает от 10 до 30 минут, в зависимости от интенсивности ультрафиолетового света и конкретной модели EPROM.В течение этого периода весь чип должен быть равномерно подвержен ультрафиолетовому свету, чтобы гарантировать, что все данные полностью стерты, оставляя чип готов к свежему программированию.

Рисунок 6: EPROM EPROM ERASER

Ограничения EPROM и переход к современным технологиям памяти

Несмотря на то, что EPROM можно использовать повторно, у них есть некоторые недостатки из -за того, как их нужно стираться и перепрограммировать.Большая проблема заключается в том, что вы должны физически вывести EPROM из его устройства, чтобы стереть его.Это связано с тем, что ультрафиолетовый свет должен сиять прямо на кремнии через кварцевое окно, как правило, трудно достичь, когда чип находится на плате.Вывод EPROM вызывает такие проблемы, как время простоя, так как устройство нужно отключить и частично разобрать, чтобы достичь чипа, что может быть проблемой в некоторых ситуациях.Существует также риск повреждения чипа или его булавок во время удаления, и электростатический разряд (ESD) может нанести вред электронным деталям.Процесс также требует, чтобы квалифицированные работники правильно обрабатывали оборудование для удаления ультрафиолетового излучения и возвращать чип обратно, не нанося ущерба.Более того, в крупных системах или устройствах со многими EPROM, стирание и перепрограммирование каждого чипа, может занять много времени и может быть не практичным.Эти проблемы привели к созданию других типов памяти, таких как EEPROM и флэш -память, которые могут быть стерты и перепрограммированы без необходимости удаления их из цепи.Эти альтернативы проще в использовании и более гибкими, но они могут быть не такими долговечными или могут быть более дорогими.

Применение EPROM в технологии

Хранение биографий в компьютерах

BIOS (базовая система ввода/вывода) является важным программным обеспечением, которое помогает операционной системе компьютера общаться со своим оборудованием.EPROM используются для хранения BIOS, потому что они сохраняют данные, даже когда компьютер выключен.Когда вы запускаете компьютер, BIOS в EPROM включает аппаратное обеспечение и выполняет основные задачи, пока операционная система не вступит во владение.Это гарантирует, что компьютер может запустить и работать должным образом.

EPROM также позволяют обновлять BIOS с помощью процесса, называемого «мигающим».Это означает, что BIOS может быть изменен, если требуются проблемы или новые функции, без необходимости менять оборудование.Эта способность делает компьютеры более долговечными и адаптируемыми.

Хранение прошивки для модемов и видеокарт

EPROM также используются в модемах и видеокартах для хранения прошивки, специализированного программного обеспечения, которое напрямую управляет аппаратным обеспечением.В Modems программное обеспечение, хранящееся на EPROM, управляет тем, как цифровые сигналы преобразуются в аналоговые сигналы и обратно, что позволяет общаться по телефонным линиям.Это программное обеспечение важно, потому что оно позволяет модему работать с различными протоколами данных и скоростями, обеспечивая правильно работать с различными стандартами связи.

Аналогичным образом, в видеокартах EPROMS хранят прошивку, которая управляет операциями графической обработки (GPU).Эта прошивка отвечает за управление основными функциями отображения и обработку задач графической обработки.Хранив эту прошивку на EPROM, производители гарантируют, что видеокарта может быть обновлена ​​для поддержки нового программного обеспечения и операционных систем, что помогает устройству дольше.

Раннее использование в процессорах

В первые дни компьютерной разработки EPROM использовались для хранения микрокода для центральных перерабатывающих единиц (процессоров).MicroCode-это набор низкоуровневых инструкций, которые определяют, как ЦП выполняет инструкции по машинному коду более высокого уровня.Эти инструкции необходимы для способности процессора выполнять задачи, поскольку они определяют основную логику и эксплуатационные протоколы.

Используя EPROM для хранения MicroCode, производители могут улучшить и обновлять функции ЦП, не изменяя фактическое оборудование.Это было полезно в первые дни компьютерных технологий, когда дела идут быстро, и процессоры должны часто корректироваться.

EEPROM Характеристики

EEPROM отличается от других типов нелетущей памяти, таких как ROM (память только для чтения) и флэш-память, в первую очередь от того, как ее можно изменить.ПЗУ запрограммирован во время производства и не может быть изменен впоследствии.С другой стороны, EEPROM может быть переписан и стерт электрически, предлагая большую гибкость.В отличие от EPROM, который требует воздействия сильного ультрафиолетового света для стирания, EEPROM допускает эти модификации без необходимости физического вмешательства и делает его более удобным для обновления конфигураций устройства или применения программных исправлений.

Рисунок 7: Диаграмма памяти EEPROM

Емкость и структура памяти EEPROM

Данные в EEPROM хранятся в небольших единицах, таких как байты или уровень слов, поэтому вы можете стереть и переписать определенные части, не влияя на остальные.Это большое улучшение по сравнению с более старыми типами памяти, таким как EPROM, где вам приходилось стереть большие секции или всю память одновременно.

Внутри eeprom есть сетка ячеек памяти, каждый из которых хранит немного данных.Эти ячейки используют специальный тип транзистора, называемый транзистором с плавающим затвором для хранения информации.Данные сохраняются путем добавления или удаления электронов с плавающего затвора.Количество электронов изменяет пороговое напряжение транзистора, которое необходимо включить напряжение, позволяя ему сохранить двоичное значение (либо 0, либо 1).

Рисунок 8: Ячейка памяти EEPROM

Чтобы записать данные в EEPROM, применяется более высокое напряжение, чем обычно, в результате чего электроны перемещаются через тонкий слой материала в плавающие затворы, процесс, называемый туннелированием Фаулера-Нордхайма.Как только электроны попадают в плавающие ворота, они остаются там, потому что окружающий материал изолирует их, сохраняя безопасность данных.

Чтобы стирать данные, процесс обратный.Применяется отрицательное напряжение, которое вытаскивает электроны из плавающего затвора, стирая сохраненные данные и сбросив пороговое напряжение транзистора обратно в свое исходное состояние.

Клетки памяти EEPROM работают в основном из -за двух частей: плавающего затвора и управляющего затвора.

Плавающие затворы: плавающие затворы представляют собой крошечную, электрически изолированную часть транзистора, которая находится между контрольными затворами и каналом транзистора.Его основная функция состоит в том, чтобы удерживать заряд путем захвата электронов в его структуре.Эти ворота окружены изоляционным оксидным слоем, предотвращает сбежать электронов.Наличие или отсутствие электронов на плавающем затворе изменяют пороговое напряжение транзистора, тем самым кодируя данные как двоичный «1» или «0».Плавающие затворы являются частью ячейки памяти, которая фактически хранит данные.

Рисунок 9: Плавающие затворы и затворы управления в EEPROM

Руководитель управления: управляющий затвор - это внешний электрод затвора, который управляет написанием и стиранием данных.Во время процесса написания контрольные затворы используются для применения напряжения, которое заставляет электроны проходить туннель через слой оксида в плавающие затворы.Во время процесса стирания применяется напряжение противоположной полярности и удаляет электроны из плавучих затвора.Следовательно, управляющий затвор служит интерфейсом, который позволяет внешним цепям взаимодействовать с плавающим затвором, что позволяет читать, записывать и стирание данных.

Возможности хранения данных Eeproms сильно зависят от взаимодействия между плавающим затвором и управляющим затвором.Плавающие затворы надежно хранят данные, захватывая электроны, в то время как управляющий затвор позволяет точно управлять процессами чтения, письма и стирания.Это взаимодействие гарантирует, что EEPROMS являются надежным и гибким вариантом для нелетую хранения данных.

Процесс программирования и стирания EEPROM

Стирание данных из EEPROM включает в себя удаление электронов из ячеек памяти без выведения чипа из устройства.Это делается путем применения напряжения стирания, которое противоположно напряжению, используемому для записи данных.

Во время стирания к одной части чипа применяется сильное отрицательное напряжение, в то время как другая часть сохраняется при более высоком напряжении.Это создает мощное электрическое поле, которое заставляет электроны покинуть ячейки памяти и возвращаться в материал чипа.Это действие сбрасывает память, возвращая ее к своему первоначальному состоянию, представляет собой «1» или стертое состояние.

Преимущество возможности стирать данные без удаления чипа eEPROM заключается в том, что он позволяет простым и эффективным обновлениям.Данные могут быть стерты и переписываются во время работы устройства, что важно для задач, которые требуют регулярных обновлений, таких как настройка настроек или хранение данных калибровки без остановки устройства.

Короче говоря, EEPROM использует процесс, который перемещает электроны контролируемым способом стирать и записать данные.Это, наряду с возможностью стирать данные без удаления чипа, делает EEPROM очень полезным во многих электронных устройствах.

Применение EEPROM

• Обновления прошивки: хранит аппаратное обеспечение, управляющее программным обеспечением, позволяя обновлениям без замены оборудования, хорошего для длительных устройств.

• Конфигурация устройства: сохраняет настройки устройства после потери питания, обеспечивая последовательную работу, как видно в маршрутизаторах, хранящих настройки сети.

• Хранение данных калибровки: поддерживает важные данные калибровки в прецизионных инструментах, обеспечивая точность во времени, несмотря на изменения окружающей среды.

• Потребительская электроника: вспоминает пользовательские настройки в повседневных устройствах, таких как микроволн, улучшая удобство и пользовательский опыт.

• Автомобили: хранит такие данные, как показания одометра и радио -пресеты, гарантируя, что эти настройки сохраняются после выключения автомобиля.

• Персональные вычислительные устройства: найдено в BIOS для хранения любых настроек, необходимых для компьютеров для загрузки и работы правильно.

• Смарт -карты и идентификация: надежно хранит информацию, такую ​​как контакты и клавиши доступа, обеспечивая как безопасность, так и быстрая доступность на смарт -картах.

Сравнение технологий памяти EPROM и EEPROM

Рисунок 10: EPROM и EEPROM

Аспект	Eprom	Eeprom
Тип памяти	Нелетущий	Нелетущий
Метод программирования	Требует более высоких напряжений	Стандартные электрические заряды
Метод стирания	Ультрафиолетовая экспозиция через окно кварца	Электрическая стирание, нет необходимости в ультрафиолетовом свете
Стирание данных	Весь чип стерт сразу	Стирание уровня байта
Удаление чипа	Требуется удаление с цепи для стирание	Может быть обновлен непосредственно в цикле
Переписывание возможностей	Требует воздействия ультрафиолетового света и перепрограммирование	Перезаписывает электрически, позволяя легко обновления
Долговечность	Менее долговечный из -за воздействия ультрафиолетового света унижение чипа	Более долговечный с более длительным сроком службы из -за Электрическое стирание
Практичность для частых обновлений	Менее практично, так как требуется полный чип стирание и перепрограммирование	Более практично, позволяет частые обновления и селективные модификации
Приложения	Старые или специализированные устройства, требующие Нечастые обновления	Современные устройства, бытовая техника, Прошивка в сетевом оборудовании

Заключение

Переход от EPROM к EEPROM является важным шагом вперед в технологии памяти, решая многие проблемы старых типов памяти.EEPROM более гибкий, долговечный и проще в использовании, лучше всего для потребностей сегодняшних электронных устройств.Это позволяет вносить изменения быстро и эффективно без необходимости удалять чип или использовать ультрафиолетовый свет.Это облегчает для устройств не отставать от быстро меняющихся технологий и готовиться к будущему.Разработка EEPROM показывает шаг к созданию более эффективной, удобной электроники, помогающей стимулировать постоянные инновации в технологии памяти.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Можно ли изменить EPROM?

EPROM может быть изменен, но не с той же легкостью, что и другие типы программируемой памяти.Чтобы изменить данные, хранящиеся в EPROM, вам необходимо выставить их на сильный ультрафиолетовый свет через окно, разработанное для этой цели, найденное в верхней части чипа.Этот процесс стирает существующие данные, позволяя запрограммировать новые данные.Тем не менее, это не тривиальная задача и требует конкретного оборудования и условий, в отличие от более современных EEPROMS или флэш -памяти.

2. EEPROM быстрее, чем Flash?

EEPROM и флэш -память имеют сопоставимые характеристики скорости, но EEPROM может быть медленнее для операций записи.Это связано с тем, что EEPROM позволяет записывать и стерте данные на уровне отдельных байтов, что обеспечивает гибкость, но может быть медленнее.Флэш -память, с другой стороны, стирает и записывает данные в блоках, что делает эти операции, как правило, более быстрые, но менее точные с точки зрения объема данных, управляемого в соответствии с операцией.

3. Как долго продлится EEPROM?

Долговечность EEPROM высока.Он может сохранять данные в течение примерно 20-25 лет в нормальных условиях.Тем не менее, это может варьироваться в зависимости от таких факторов, как качество EEPROM, условия окружающей среды, к которой он подвергается воздействию, и к тому, как часто к нему доступ к работе или стиранию.Удержание данных является одним из сильных подходящих подходящих подходов EEPROM, что делает его подходящим для приложений, где требуется долгосрочное хранение данных без частых изменений.

4. Сколько раз можно стерто eEPROM?

Выносливость EEPROM, или сколько раз он может быть стерт и переписан, варьируется в зависимости от конкретной конструкции чипа, но варьируется от 100 000 до 1 000 000 циклов стирания/записи.Это делает EEPROM полезным для приложений, которые требуют часто обновления данных, хотя и не столь высокочастотных, как некоторые новые типы памяти, такие как определенные воспоминания о вспышке, которые могут поддерживать еще больше циклов.

5. Является ли SSD eEPROM?

Нет, SSD (твердотельный диск) не классифицируется как EEPROM.SSD, как правило, используют флэш-память типа NAND, обеспечивает более быстрый доступ к данным, более высокую емкость и более эффективные операции записи и стирания по сравнению с EEPROM.В то время как как SSD, так и EEPROMS представляют собой типы нелетучих памяти (что означает, что они сохраняют данные, когда питание выключена), их технологии и приложения различны, причем SSD являются предпочтительным выбором для решений для массового хранения на современных компьютерах и устройствах.