Figuur 1: Eprom -geheugen
Wisbaar programmeerbaar alleen-lezen geheugen (EPROM) en elektrisch uitwistable programmeerbaar-alleen-lezen geheugen (EEPROM) zijn belangrijke soorten geheugen die hun gegevens niet verliezen wanneer de stroom wordt uitgeschakeld.Ze hebben een grote rol gespeeld in de groei van elektronische apparaten.
EPROM, gecreëerd in het midden van de jaren zeventig, was een belangrijke stap voorwaarts omdat het de herinnering kon hergebruikt.Vóór EPROM kon een geheugenchip slechts één keer worden geprogrammeerd.Met EPROM kunt u de gegevens wissen en opnieuw programmeren door de chip bloot te stellen aan sterk ultraviolet (UV) licht.Dit maakte het mogelijk om apparaten bij te werken of te repareren zonder de geheugenchip te hoeven vervangen.
EEPROM kwam uit in de late jaren zeventig en verbeterde dingen nog meer door u gegevens te laten wissen en te herschrijven met behulp van een elektrische lading in plaats van UV -licht.Dit maakte het gemakkelijker om geheugen bij te werken omdat u specifieke delen van de gegevens kon wijzigen zonder de rest te beïnvloeden.EEPROM is voor veel verschillende doeleinden flexibeler en nuttiger omdat u de gegevens direct binnen het apparaat kunt bijwerken.
Figuur 2: EEPROM -geheugen
In dagelijkse elektronica zoals smartphones en computers slaat niet-vluchtig geheugen (NVM) belangrijke informatie op, zoals instellingen en software die intact moeten blijven, zelfs wanneer het apparaat is uitgeschakeld.Dit zorgt ervoor dat gebruikers hun gegevens niet verliezen en kunnen ophalen waar ze zijn gebleven na een stroomstoring.
In industriële en auto -instellingen is NVM goed voor het opslaan van gegevens die ervoor zorgen dat machines en voertuigen veilig en continu worden uitgevoerd.Dit geheugen beschermt alle informatie tijdens stroomuitval of systeemresets, waardoor soepele bewerkingen worden gewaarborgd.
Naarmate meer apparaten verbinding maken via het Internet of Things (IoT), is de vraag naar betrouwbaar geheugen dat gegevens bewaart, zelfs wanneer het wordt uitgeschakeld toegenomen.Deze apparaten zijn afhankelijk van opgeslagen gegevens om onafhankelijk te werken.
Bovendien kan dit type geheugen opnieuw worden geprogrammeerd, waardoor apparaten gemakkelijk kunnen worden bijgewerkt met nieuwe functies zonder de hardware te wijzigen.Dit maakt elektronica duurzamer en aanpasbaarder, waardoor ze kunnen evolueren om aan de behoeften van gebruikers te voldoen.
Figuur 3: Vluchtig en niet-vluchtig geheugen
EPROM (wistbaar programmeerbaar alleen-lezen geheugen) is een type niet-vluchtig geheugen dat in computers en elektronische apparaten wordt gebruikt om gegevens op te slaan die moeten worden bewaard, zelfs wanneer het apparaat wordt uitgeschakeld.Niet-vluchtig zijn betekent dat EPROM zijn gegevens bewaart zonder een constante stroomvoorziening nodig te hebben.In tegenstelling tot prom (programmeerbaar alleen-lezen geheugen), dat alleen kan worden geschreven op eenmaal, kan EPROM meerdere keren worden gewist en opnieuw geprogrammeerd.
De technologie achter EPROM is gebaseerd op een reeks transistoren, die elk een beetje gegevens vertegenwoordigen.Een element in elke transistor is de zwevende poort, een elektrisch geïsoleerde component die een belangrijke rol speelt bij gegevensopslag.De aanwezigheid of afwezigheid van lading op de drijvende poort verandert de drempelspanning van de transistor.Als de drempelspanning voldoende hoog is, schakelt de transistor aan, wat een binaire "1" aangeeft.Zo niet, dan blijft het uit, wat een binaire "0" aangeeft.
Het vermogen van EPROM om gegevens te bewaren zonder stroom, is afhankelijk van het ontwerp van de drijvende poort.De lading op de drijvende poort is gevangen en blijft jarenlang stabiel vanwege een oxidelaag die het elektrisch isoleert, waardoor lekkage wordt voorkomen.Deze isolatie zorgt ervoor dat de opgeslagen gegevens zonder stroombron worden bewaard totdat het geheugen opzettelijk is gewist.
Afbeelding 4: EPROM -programmeercircuitdiagram
Het programmeren van een EPROM omvat het veranderen van de toestand van de drijvende poorten in zijn transistorarray.Dit wordt bereikt door een techniek genaamd Hot Electron Injection, vereist het toepassen van een hoger dan normale spanning op de afvoeren van de transistors.Deze verhoogde spanning versnelt elektronen in het kanaal tussen de bron en de afvoer, waardoor ze hoge kinetische energie hebben.
Sommige van deze bekrachtigde elektronen, aangeduid als "hete elektronen", krijgen voldoende momentum om de dunne oxidelaag door te dringen die het kanaal van de zwevende poort scheidt.Zodra ze deze barrière passeren, raken ze gevangen in de drijvende poort, waardoor de drempelspanning wordt verhoogd.Deze toename van de spanning verandert effectief de toestand van de transistor om een binaire "1" weer te geven.
Deze methode zorgt voor precieze controle over welke bits zijn ingesteld op "1" tijdens EPROM -programmering.De gegevens, eenmaal geschreven, blijven opgeslagen als lading op de drijvende poorten, niet beïnvloed door de voeding totdat het geheugen opzettelijk is gewist.Wissen omvat het blootstellen van de EPROM aan ultraviolet (UV) licht, biedt voldoende energie om de gevangen elektronen te bevrijden en de transistortoestanden terug te resetten naar "0".
Figuur 5 :: Eprom interne structuur
Het wissen van een EPROM is niet zo eenvoudig als het overschrijven van gegevens op een flashdrive.In plaats daarvan houdt het betrekking op het gebruik van ultraviolet (UV) licht, vertrouwt op het foto -elektrische effect om de chip te herstellen naar zijn oorspronkelijke, niet -geprogrammeerde toestand.
Elke EPROM -chip is uitgerust met een klein kwartsvenster waarmee UV -licht de siliciumlaag kan bereiken waar de gegevens worden opgeslagen.Gegevens in een EPROM worden opgeslagen in drijvende-gate-transistoren.Wanneer de chip wordt blootgesteld aan UV -licht, hebben fotonen van het licht voldoende energie om elektronen in de zwevende poort te opwinden, waardoor ze ontsnappen.Dit proces reset de transistor naar zijn initiële toestand, wist effectief de opgeslagen gegevens en laat de chip klaar om opnieuw te worden geprogrammeerd.De transistor kan vervolgens worden opgeladen of niet -geladen worden gelaten, wat binaire waarden van 0 en 1 vertegenwoordigt.
Het UV -licht dat wordt gebruikt om eProms te wissen, heeft typisch een golflengte van ongeveer 253,7 nanometers, valt binnen het UVC -bereik.Deze specifieke golflengte is effectief in het leveren van de energie die nodig is om de opgeslagen ladingen in de transistors te wissen.Het wisselproces duurt 10 tot 30 minuten, afhankelijk van de intensiteit van het UV -licht en het specifieke EPROM -model.Tijdens deze periode moet de hele chip gelijkmatig worden blootgesteld aan het UV -licht om ervoor te zorgen dat alle gegevens volledig worden gewist, waardoor de chip klaar is voor nieuwe programmering.
Figuur 6: UV Eprom gum
Hoewel eProms kunnen worden hergebruikt, hebben ze enkele nadelen vanwege hoe ze moeten worden gewist en opnieuw geprogrammeerd.Een groot probleem is dat je de EPROM fysiek uit zijn apparaat moet halen om het te wissen.Dit komt omdat UV -licht rechtstreeks op het silicium moet schijnen via een kwartsvenster, meestal moeilijk te bereiken wanneer de chip op een printplaat staat.Het verwijderen van de EPROM veroorzaakt problemen zoals downtime, omdat het apparaat moet worden uitgeschakeld en gedeeltelijk uit elkaar moet worden gehaald om de chip te bereiken, wat in sommige situaties een probleem kan zijn.Er is ook een risico op het beschadigen van de chip of zijn pennen tijdens verwijdering, en elektrostatische ontlading (ESD) kan de elektronische onderdelen schaden.Het proces vereist ook dat bekwame werknemers de UV -wissen correct omgaan en de chip weer inzetten zonder schade aan te richten.Bovendien kan in grote systemen of apparaten met veel eProms elke chip een voor een wissen en herprogrammeren en herprogrammeren en misschien niet praktisch zijn.Deze uitdagingen leidden tot het creëren van andere geheugentypen zoals EEPROM en flash -geheugen die kunnen worden gewist en opnieuw geprogrammeerd zonder ze uit het circuit te hoeven verwijderen.Deze alternatieven zijn gemakkelijker te gebruiken en flexibeler, maar ze zijn misschien niet zo duurzaam of kunnen duurder zijn.
Het BIOS (basisinvoer/uitvoersysteem) is belangrijke software die het besturingssysteem van een computer helpt communiceren met zijn hardware.EPROM's worden gebruikt om het BIOS op te slaan omdat ze gegevens bewaren, zelfs wanneer de computer is uitgeschakeld.Wanneer u een computer start, schakelt het BIOS in de EPROM de hardware aan en verwerkt basistaken totdat het besturingssysteem het overneemt.Het zorgt ervoor dat de computer kan opstarten en correct kan werken.
EPROMS liet het BIOS ook worden bijgewerkt via een proces dat "flitsen" wordt genoemd.Dit betekent dat de BIOS kan worden gewijzigd als er problemen zijn of nieuwe functies vereist zijn, zonder de hardware te wijzigen.Deze mogelijkheid maakt computers langdurig en aanpasbaarder.
EPROM's worden ook gebruikt in modems en videokaarten om firmware op te slaan, een gespecialiseerde software die direct de hardware regelt.In modems beheert de software die op een EPROM wordt opgeslagen hoe digitale signalen worden omgezet van en naar analoge signalen, waardoor het mogelijk is om te communiceren via telefoonlijnen.Deze software is belangrijk omdat het de modem kan werken met verschillende gegevensprotocollen en snelheden, waardoor het correct werkt met verschillende communicatienormen.
Evenzo winkelt in videokaarten EPROMS -firmware die de activiteiten van de grafische verwerkingseenheid (GPU) regelt.Deze firmware is verantwoordelijk voor het beheren van basisweergavefuncties en het verwerken van grafische verwerkingstaken.Door deze firmware op een EPROM op te slaan, zorgen fabrikanten ervoor dat de videokaart kan worden bijgewerkt om nieuwe software en besturingssystemen te ondersteunen, waardoor het apparaat langer meegaat.
Tijdens de vroege dagen van computerontwikkeling werden EPROM's gebruikt om de microcode voor centrale verwerkingseenheden (CPU's) op te slaan.Microcode is een set instructies op laag niveau die bepalen hoe de CPU machinecode-instructies op een hoger niveau uitvoert.Deze instructies zijn vereist voor het vermogen van de CPU om taken uit te voeren, omdat ze de kernlogica en operationele protocollen definiëren.
Door EPROM's te gebruiken om de microcode op te slaan, kunnen fabrikanten de functies van de CPU verbeteren en bijwerken zonder de werkelijke hardware te wijzigen.Dit was nuttig in de begindagen van computertechnologie toen dingen snel vooruitgingen en processors vaak moesten worden aangepast.
EEPROM verschilt van andere soorten niet-vluchtig geheugen, zoals ROM (alleen-lezen geheugen) en flashgeheugen, voornamelijk in hoe het kan worden gewijzigd.ROM is geprogrammeerd tijdens de productie en kan daarna niet worden gewijzigd.Aan de andere kant kan EEPROM elektrisch worden herschreven en worden gewist, wat meer flexibiliteit biedt.In tegenstelling tot EPROM die blootstelling aan sterk ultraviolet licht voor wissen vereist, staat EEPROM deze wijzigingen toe zonder dat fysieke interventie nodig is en het handiger maakt voor het bijwerken van apparaatconfiguraties of het toepassen van softwarepatches.
Figuur 7: EEPROM geheugencircuitdiagram
Gegevens in EEPROM worden opgeslagen in kleine eenheden, zoals bytes of woordniveau, zodat u specifieke onderdelen kunt wissen en herschrijven zonder de rest te beïnvloeden.Dit is een grote verbetering ten opzichte van oudere geheugentypen zoals EPROM, waar u grote secties of het hele geheugen in één keer moest wissen.
Binnen EEPROM is er een raster van geheugencellen, die elk een beetje gegevens bevatten.Deze cellen gebruiken een speciaal type transistor genaamd een drijvende poorttransistor om de informatie op te slaan.Gegevens worden opgeslagen door elektronen toe te voegen of te verwijderen uit de drijvende poort.Het aantal elektronen verandert de drempelspanning van de transistor, wat de spanning is om het in te schakelen, waardoor het een binaire waarde kan opslaan (0 of 1).
Figuur 8: EEPROM -geheugencel
Om gegevens naar EEPROM te schrijven, wordt een hogere spanning dan normaal toegepast, waardoor elektronen door een dunne laag materiaal naar de zwevende poort bewegen, een proces dat Fowler-Nordheim-tunneling wordt genoemd.Zodra de elektronen gevangen zitten in de drijvende poort, blijven ze daar omdat het omliggende materiaal ze isoleert, waardoor de gegevens veilig worden gehouden.
Om gegevens te wissen, wordt het proces omgekeerd.Een negatieve spanning wordt toegepast die de elektronen uit de drijvende poort trekt, de opgeslagen gegevens wist en de drempelspanning van de transistor terug in zijn oorspronkelijke toestand wordt gereset.
EEPROM -geheugencellen werken voornamelijk vanwege twee delen: de zwevende poort en de controlepoort.
Drijvende poort: de zwevende poort is een klein, elektrisch geïsoleerd deel van de transistor die tussen de controlepoort en het kanaal van de transistor zit.De hoofdfunctie is om een lading vast te houden door elektronen binnen zijn structuur te vangen.Deze poort wordt omgeven door een isolerende oxidelaag, voorkomt dat de elektronen ontsnappen.De aanwezigheid of afwezigheid van elektronen op de drijvende poort verandert de drempelspanning van de transistor, waardoor gegevens worden gecodeerd als een binair '1' of '0'.De drijvende poort maakt deel uit van de geheugencel die de gegevens daadwerkelijk opslaat.
Figuur 9: zwevende poort en besturingspoort in EEPROM
Besturingspoort: de besturingspoort is de externe poortelektrode die het schrijven en wissen van gegevens regelt.Tijdens het schrijfproces wordt de controlepoort gebruikt om een spanning aan te brengen die elektronen dwingt om door de oxidelaag en op de drijvende poort te tunnelen.Tijdens het wissen proces wordt een spanning van de tegenovergestelde polariteit toegepast en verwijdert elektronen uit de zwevende poort.De besturingspoort dient daarom als de interface waarmee externe circuits kunnen communiceren met de drijvende poort, waardoor het mogelijk is om gegevens te lezen, schrijven en wissen.
De gegevensopslagmogelijkheden van EEPROM's zijn sterk afhankelijk van de interactie tussen de drijvende poort en de controlepoort.De zwevende poort slaat de gegevens veilig op door elektronen van te maken, terwijl de besturingspoort nauwkeurige controle mogelijk maakt over de lees-, schrijf- en wissingsprocessen.Deze interactie zorgt ervoor dat EEPROM's een betrouwbare en flexibele optie zijn voor niet-vluchtige gegevensopslag.
Het wissen van gegevens van een EEPROM omvat het verwijderen van elektronen uit de geheugencellen zonder de chip uit het apparaat te halen.Dit wordt gedaan door een wissende spanning toe te passen die het tegenovergestelde is van de spanning die wordt gebruikt om gegevens te schrijven.
Tijdens het wissen wordt een sterke negatieve spanning toegepast op een deel van de chip, terwijl een ander deel op een hogere spanning wordt bewaard.Dit creëert een krachtig elektrisch veld waardoor de elektronen de geheugencellen verlaten en teruggaan naar het materiaal van de chip.Deze actie herstelt het geheugen en brengt het terug naar zijn oorspronkelijke status, vertegenwoordigt een "1" of een gewist toestand.
Het voordeel van het wissen van gegevens zonder de EEPROM -chip te verwijderen, is dat deze gemakkelijke en efficiënte updates mogelijk maakt.Gegevens kunnen worden gewist en herschreven terwijl het apparaat nog steeds actief is, dat is belangrijk voor taken die regelmatig updates nodig hebben, zoals het aanpassen van instellingen of het opslaan van kalibratiegegevens zonder het apparaat te stoppen.
Kortom, EEPROM gebruikt een proces dat elektronen op een gecontroleerde manier verplaatst om gegevens te wissen en te schrijven.Dit, samen met de mogelijkheid om gegevens te wissen zonder de chip te verwijderen, maakt EEPROM zeer nuttig op veel elektronische apparaten.
• Firmware-updates: slaat de software op die hardware bestuurt, waardoor updates kunnen worden toegestaan zonder hardware te vervangen, goed voor langdurige apparaten.
• Apparaatconfiguratie: behoudt apparaatinstellingen na stroomverlies en zorgt voor een consistente werking, zoals te zien in routers die netwerkinstellingen opslaan.
• Opslag van kalibratiegegevens: handhaaft belangrijke kalibratiegegevens in precisie -instrumenten, waardoor de nauwkeurigheid in de loop van de tijd zorgt ondanks veranderingen in het milieu.
• Consumentenelektronica: herinnert zich gebruikersinstellingen in alledaagse apparaten zoals magnetrons, het verbeteren van het gemak en gebruikerservaring.
• Auto's: slaat gegevens op, zoals kilometerstomelklezingen en radiopresinities, zodat deze instellingen blijven bestaan nadat de auto is uitgeschakeld.
• Persoonlijke computerapparaten: gevonden in BIOS om alle instellingen op te slaan die computers nodig hebben om op te starten en correct te werken.
• Smartcards en identificatie: slaat informatie veilig op, zoals pins en toegangsleutels, die zowel veiligheid als snelle toegankelijkheid in smartcards biedt.
Figuur 10: EPROM- en EEPROM -geheugen
Aspect |
Eprom |
Eeprom |
Soort geheugen |
Niet-vluchtig |
Niet-vluchtig |
Programmeermethode |
Vereist hogere spanningen |
Standaard elektrische ladingen |
Wissen van methode |
UV -lichtblootstelling door een kwartsvenster |
Elektrisch wissen, geen UV -licht nodig |
Gegevens wissen |
Hele chip wordt tegelijk gewist |
Byte-niveau wissen |
Chipverwijdering |
Vereist verwijdering uit het circuit voor
wissen |
Kan direct worden bijgewerkt |
Herschrijvend vermogen |
Vereist UV -lichtblootstelling en
herprogrammering |
Herschrijft elektrisch, waardoor het gemakkelijk kan worden
updates |
Duurzaamheid |
Minder duurzaam vanwege blootstelling aan UV -licht
De chip vernederen |
Duurzamer met een langere levensduur vanwege
elektrisch wissen |
Bruik voor frequente updates |
Minder praktisch, omdat het volledige chip vereist
Wissen en herprogrammeren |
Praktischer, maakt frequente updates mogelijk
en selectieve wijzigingen |
Toepassingen |
Oudere of gespecialiseerde apparaten die nodig zijn
zeldzame updates |
Moderne apparaten, huishoudelijke apparaten,
Firmware in netwerkapparatuur |
De verschuiving van EPROM naar EEPROM is een belangrijke stap voorwaarts in geheugentechnologie, het oplossen van veel problemen van oudere geheugentypen.EEPROM is flexibeler, duurzamer en gemakkelijker te gebruiken, het beste voor de behoeften van de elektronische apparaten van vandaag.Hiermee kunnen wijzigingen snel en efficiënt worden aangebracht zonder de chip te verwijderen of UV -licht te gebruiken.Dit maakt het gemakkelijker voor apparaten om de snelle technologie bij te houden en zich klaar te maken voor de toekomst.De ontwikkeling van EEPROM toont een stap naar het creëren van efficiëntere, gebruiksvriendelijke elektronica, waardoor voortdurende innovatie in geheugentechnologie wordt gestimuleerd.
EPROM kan worden gewijzigd, maar niet met hetzelfde gemak als andere soorten programmeerbaar geheugen.Om de gegevens die zijn opgeslagen in een EPROM te wijzigen, moet u deze blootstellen aan sterk ultraviolet licht door een venster dat voor dit doel is ontworpen, op de bovenkant van de chip.Dit proces wist de bestaande gegevens, waardoor nieuwe gegevens kunnen worden geprogrammeerd.Dit is echter geen triviale taak en vereist specifieke apparatuur en voorwaarden, in tegenstelling tot modernere eeproms of flashgeheugen.
EEPROM- en Flash -geheugen hebben vergelijkbare snelheidskenmerken, maar EEPROM kan langzamer zijn voor schrijfbewerkingen.Dit komt omdat EEPROM toestaat dat gegevens worden geschreven en gewist op het niveau van individuele bytes, wat flexibiliteit biedt maar langzamer kan zijn.Flash -geheugen daarentegen wist en schrijft gegevens in blokken, waardoor deze bewerkingen over het algemeen sneller maar minder nauwkeurig zijn in termen van het gegevensvolume dat per bewerking wordt beheerd.
De levensduur van EEPROM is hoog.Het kan gegevens bewaren gedurende ongeveer 20 tot 25 jaar onder normale omstandigheden.Dit kan echter variëren op basis van factoren zoals de kwaliteit van de EEPROM, de omgevingscondities waaraan het wordt blootgesteld en hoe vaak het toegankelijk is voor het schrijven of wissen van bewerkingen.Gegevensbehoud is een van de sterke pakken van EEPROM, waardoor het geschikt is voor toepassingen waarbij gegevensopslag op lange termijn vereist is zonder frequente wijzigingen.
Het uithoudingsvermogen van een EEPROM, of hoe vaak deze kan worden gewist en herschreven, varieert door een specifiek chipontwerp, maar varieert van ongeveer 100.000 tot 1.000.000 wissen/schrijven.Dit maakt EEPROM goed voor toepassingen waarvoor gegevens vaak worden bijgewerkt, hoewel niet zo hoogfrequent als sommige nieuwere soorten geheugen zoals bepaalde flash-herinneringen die nog meer cycli kunnen ondersteunen.
Nee, een SSD (Solid State Drive) is niet gecategoriseerd als een EEPROM.SSD's gebruiken over het algemeen een flash-geheugen van het NAND-type, zorgt voor snellere gegevenstoegang, hogere capaciteit en efficiëntere schrijf- en wissende bewerkingen in vergelijking met EEPROM.Hoewel zowel SSD's als EEPROM's soorten niet-vluchtig geheugen zijn (wat betekent dat ze gegevens bewaren wanneer de stroom is uitgeschakeld), zijn hun technologieën en toepassingen verschillend, waarbij SSD's de voorkeurskeuze zijn voor massale opslagoplossingen in moderne computers en apparaten.