Atminties technologijos, tokios kaip EPROM ir EEPROM, yra paklausios skaitmeninių sistemų evoliucijoje. Abu yra nepastovios atminties tipai, skirti išlaikyti informaciją net ir atjungus maitinimą, tačiau jie labai skiriasi tuo, kaip jie saugo, ištrina ir atnaujina duomenis. Suprasti šiuos skirtumus reikia visiems, dirbantiems su įterptinėmis sistemomis. Šiame straipsnyje paaiškinama, kaip veikia EPROM ir EEPROM, palyginamos jų funkcijos ir nagrinėjami jų pranašumai, apribojimai ir pritaikymas.
Kas yra EEPROM?
EEPROM reiškia elektra ištrinamą programuojamą tik skaitomą atmintį. Tai nepastovios atminties tipas, o tai reiškia, kad ji išsaugo saugomą informaciją net ir išjungus įrenginį.
Pagrindinis EEPROM privalumas yra galimybė perprogramuoti elektra. Duomenis galima ištrinti ir perrašyti tiesiai ant plokštės naudojant valdomus įtampos signalus, todėl nereikia fiziškai pašalinti lusto. Skirtingai nuo ankstesnių ROM tipų, kuriuos reikėjo visiškai ištrinti, EEPROM palaiko baitų lygio ištrynimą, todėl konkrečius baitus galima atnaujinti netrikdant likusios atminties.
Dėl to EEPROM labai tinka saugoti mažus, bet svarbius duomenis, tokius kaip konfigūracijos nustatymai, kalibravimo vertės ar programinės įrangos parametrai, kuriuos gali tekti keisti kelis kartus per sistemos gyvavimo ciklą.
Kas yra EPROM?
EPROM reiškia ištrinamą programuojamą tik skaitomą atmintį. Kaip ir EEPROM, tai yra nepastovi atmintis, o tai reiškia, kad saugomi duomenys išlieka nepažeisti net ir išjungus maitinimą. Tačiau jis naudoja kitokį ištrynimo būdą, palyginti su elektra ištrinamais tipais.
EPROM lustas yra supakuotas su kvarco stiklo langu, kuris atidengia silicį viduje. Veikiant ultravioletiniams (UV) spinduliams, atminties ląstelėse sukauptas krūvis išsikrauna, efektyviai ištrinant duomenis. Šis procesas paprastai trunka 15–20 minučių UV spindulių poveikio. Norint atnaujinti ar perrašyti duomenis, lustą pirmiausia reikia išimti iš grandinės, ištrinti UV šviesoje, o tada įdėti į specialų užprogramuotą, kuris naudoja palyginti aukštą programavimo įtampą (12–24 V). Po ištrynimo visos atminties ląstelės grįžta į pradinę būseną ir galima įrašyti naujus duomenis.
EPROM ir EEPROM: charakteristikų palyginimas
| Aspektas | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|
| Ištrynimo metodas | UV šviesa per kvarco langą | Elektros įtampos impulsai |
| Perprogramavimas | Reikia pašalinti + išorinis programuotojas | Grandinėje, nereikia nuimti |
| Detalumas | Visas lustas ištrinamas iš karto | Galimas baitų lygio ištrynimas |
| Duomenų saugojimas | 10–20 metų | 10+ metų |
| Lengva naudoti | Lėta, reikalinga išorinė aparatūra | Greitesnis, paprastesnis, be papildomo įrenginio |
EPROM ir EEPROM vidaus struktūra ir veikimo principas
Tiek EPROM, tiek EEPROM yra pastatyti ant plūduriuojančių vartų MOSFET tranzistorių, kurie naudoja izoliuotus vartus elektronams sulaikyti arba išleisti. Sukaupto krūvio buvimas ar nebuvimas lemia, ar atminties elementas reiškia logiką "0" ar "1".
• EPROM: Programavimas pasiekiamas taikant aukštą įtampą, kuri priverčia elektronus į plūduriuojančius vartus per karšto nešiklio įpurškimą. Įstrigę šie elektronai išlieka daugelį metų, todėl duomenys yra nepastovūs. Norėdami ištrinti atmintį, lustas yra veikiamas ultravioletinių (UV) spindulių, kurie suteikia energijos, reikalingos įstrigusiems elektronams išleisti per kvarco langą. Tai iš naujo nustato visus langelius vienu metu.
• EEPROM: Vietoj UV šviesos EEPROM remiasi Fowler-Nordheim tuneliavimu – kvantiniu tuneliavimo efektu, leidžiančiu elektronams judėti į plūduriuojančius vartus arba išeiti iš jų esant kontroliuojamiems elektriniams laukams. Šis mechanizmas palaiko elektrinį ištrynimą tiesiai ant plokštės, todėl galima selektyviai atnaujinti baitų lygiu ir greičiau perprogramuoti fiziškai neišimant lusto.
EEPROM ir EPROM privalumai ir trūkumai
| Aspektas | EEPROM | EPROM |
|---|---|---|
| Argumentai "už" | • Palaiko programavimą grandinėje (nereikia pašalinti) • Baitų lygio ištrynimas pasirinktiniams naujinimams • Galimos nuosekliosios (I²C, SPI) ir lygiagrečios versijos • Didelis patvarumas (\~1 milijonas rašymo/trynimo ciklų) • Patikimas duomenų saugojimas (10–20 metų) | • Nepastovus ir ilgai saugomas (10–20 metų) • Daugkartinio naudojimo, skirtingai nei vienkartinis PROM • Ekonomiškas geriausiu laikotarpiu • Tinka ankstyvajam prototipų kūrimui ir kūrimui |
| Minusai | • Brangesnis nei EPROM • Ištvermė ribota, palyginti su šiuolaikine "Flash" • Rašymo operacijos lėčiau nei skaito • Paprastai mažesnė talpa nei "Flash" | •Tik viso lusto ištrynimas (be selektyvaus redagavimo) • Ištrinimui reikalinga UV šviesa ir kvarco langelis • Lėtas trynimo laikas (15–20 minučių) • Reikalingas išorinis aukštos įtampos programuotojas • Pažeidžiamas atsitiktinio UV spindulių poveikio |
EPROM ir EEPROM taikymas elektronikoje
EPROM
• Programinės įrangos saugojimas ankstyvosiuose mikrovaldikliuose: Patikimas būdas saugoti įterptąjį kodą prieš EEPROM ir Flash tapo standartu.
• Programų atmintis asmeniniuose kompiuteriuose ir skaičiuotuvuose: dažniausiai naudojama sistemos programinei įrangai ir loginėms programoms laikyti.
• Skaitmeniniai prietaisai: randami osciloskopuose, bandymo įrangoje ir matavimo prietaisuose, kuriems reikalinga stabili programos saugykla.
• Prototipų kūrimo ir mokymo rinkiniai: mėgstami švietimo ir tobulinimo aplinkoje, nes duomenis galima ištrinti ir perrašyti kelis kartus testavimui.
EEPROM
• BIOS/UEFI saugykla kompiuteriuose: talpina svarbias sistemos paleidimo instrukcijas ir gali būti atnaujinta nekeičiant aparatinės įrangos.
• Jutiklio kalibravimo duomenys: naudojami automobilių ir pramoninėse sistemose tiksliai sureguliuotoms kalibravimo vertėms, kurias reikia retkarčiais atnaujinti, saugoti.
• Telekomunikacijų įrenginiai: įgalina modemų, maršrutizatorių ir bazinių stočių lauko perkonfigūravimą nekeičiant lusto.
• Intelektualiosios kortelės ir RFID žymos: suteikia saugią, nepastovią atmintį autentifikavimui, tapatybės valdymui ir operacijų duomenims.
Medicinos prietaisai: saugo paciento parametrus ir konfigūracijos duomenis tokiuose prietaisuose kaip gliukozės matuokliai ar širdies stimuliatoriai.
PROM prieš EPROM prieš EEPROM
| Funkcija | IŠLEISTUVĖS | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|---|
| Programavimas | Tik vienkartinis: pradinio programavimo metu duomenys įrašomi visam laikui. | Perrašomas UV šviesa: reikia pašalinti ir perprogramuoti naudojant aukštą tūrįtage. | Elektra perrašomas: palaiko perprogramavimą tiesiai ant plokštės. |
| Ištrynimas | Neįmanoma: parašytų duomenų negalima keisti ar pašalinti. | Ištrynimas visame luste: visa atmintis turi būti ištrinta naudojant UV spindulius per kvarco langą. | Selektyvus ištrynimas: prireikus galima ištrinti baitų lygiu arba visą lustą. |
| Pakartotinis naudojimas | Ne: Užprogramavus negalima pakartotinai naudoti. | Taip: ištrinta ir perrašyta kelis kartus (bet ribotai). | Taip: didelis lankstumas ir dažni atnaujinimai. |
| Ištvermės | 1 ciklas (rašyti vieną kartą). | Maždaug 100–1 000 ciklų iki įrenginio susidėvėjimo. | Apie 1 000 000 ciklų, daug daugiau nei EPROM. |
| Naudojimas grandinėje | Ne: Prieš montuojant reikia užprogramuoti. | Ne: Turi būti pašalintas, kad būtų galima ištrinti UV spindulius ir perprogramuoti. | Taip: palaiko grandinės atnaujinimus, todėl idealiai tinka šiuolaikinėms sistemoms. |
| Kaina | Žemas: Labai pigus už bitą. | Vidutinis: brangesnis nei PROM, bet prieinamas savo eroje. | Didesnis už bitą: brangesnis nei PROM / EPROM, tačiau pasižymi didesniu lankstumu. |
EPROM ir EEPROM ir "Flash" atmintis
| Funkcija | EPROM | EEPROM | "Flash" atmintis |
|---|---|---|---|
| Ištrynimo metodas | UV šviesa per kvarco langą | Elektros, baitų lygis | Elektros, bloko / puslapio lygio |
| Programavimas | Reikalingas pašalinimas + aukštos įtampos programuotojas | Grandinės perprogramavimas | Grandinės perprogramavimas, elektros perprogramavimas |
| Pakartotinis naudojimas | Taip, bet lėtai ir nepatogu | Taip, galimi dažni atnaujinimai | Taip, optimizuotas didelio masto perrašymui |
| Ištvermė | \~100–1 000 ciklų | \~1 000 000 ciklų | \~10 000–100 000 ciklų (priklauso nuo tipo) |
| Greitis | Labai lėtas (UV trynimas: 15–20 min.) | Vidutinis (rašoma lėčiau nei skaitoma) | Greitas (blokavimo operacijos, didesnis pralaidumas) |
| Pajėgumai | Mažas (KB–MB diapazonas) | Nuo mažų iki vidutinių (KB–MB diapazonas) | Labai didelis (MB–TB diapazonas) |
| Kaina už bitą | Vidutinis (istorinis) | Aukštesnis | Mažas (masinio saugojimo standartas) |
| Įprastas naudojimas | Senosios sistemos, prototipų kūrimas, švietimas | BIOS, kalibravimo duomenys, saugūs įrenginiai | USB atmintinės, SSD, SD kortelės, išmanieji telefonai, mikrovaldikliai |
Išvada
EPROM ir EEPROM buvo atminties technologijos etapai, kurių kiekvienas tarnavo kaip tiltas į pažangesnius saugojimo sprendimus, tokius kaip "Flash". EPROM pasiūlė praktinį būdą perprogramuoti įrenginius savo eroje, o EEPROM pristatė didesnį lankstumą su grandinės ir selektyviais atnaujinimais. Šiandien EEPROM išlieka aktualus saugant mažus, bet svarbius duomenis, o "Flash" dominuoja didelio masto saugojimo poreikiai. Lygindami šiuos atminties tipus, gausite aiškų vaizdą apie tai, kaip technologijos pažengė į priekį ir kodėl EEPROM vis dar randa savo vietą šiuolaikinėje elektronikoje.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kodėl EEPROM yra geresnis už EPROM?
EEPROM yra geresnis, nes leidžia perprogramuoti elektrą grandinėje, palaiko baitų lygio ištrynimą ir pašalina UV šviesos ar lusto pašalinimo poreikį. Dėl to jis yra lankstesnis ir patogesnis nei EPROM.
Ar "Flash" atmintis yra tokia pati kaip EEPROM?
Ne. "Flash" atmintis pagrįsta EEPROM technologija, tačiau optimizuota didelio tankio ir bloko / puslapio lygio ištrynimui. EEPROM leidžia ištrinti baitų lygiu, o "Flash" yra greitesnis ir pigesnis už bitą, todėl idealiai tinka masinei saugyklai.
Kiek laiko EEPROM ir EPROM gali saugoti duomenis?
Abu paprastai gali išsaugoti duomenis 10–20 metų, nors EPROM ištvermė ribojama iki ~100–1 000 ciklų, o EEPROM gali trukti iki ~1 000 000 ciklų.
Kodėl EPROM reikalingas kvarcinis langas?
Kvarcinis langas leidžia UV šviesai prasiskverbti į lustą ir ištrinti sukauptus krūvius iš plūduriuojančių vartų. Be šio permatomo lango ištrinti nebūtų įmanoma.
Kur EEPROM vis dar naudojama šiandien?
EEPROM plačiai naudojamas BIOS/UEFI programinėje įrangoje, jutiklių kalibravime, RFID žymose, intelektualiosiose kortelėse, medicinos prietaisuose ir pramoninėje įrangoje, kur reikalingi atrankiniai atnaujinimai.