Технологии памяти, такие как EPROM и EEPROM, востребованы в эволюции цифровых систем. Оба типа энергонезависимой памяти предназначены для сохранения информации даже при отключении питания, но они существенно различаются по способу хранения, стирания и обновления данных. Понимание этих различий необходимо всем, кто работает со встроенными системами. В этой статье объясняется, как работают EPROM и EEPROM, сравниваются их функции, а также исследуются их преимущества, ограничения и приложения.
С1. Что такое EEPROM?
С2. Что такое EPROM?
С3. EPROM и EEPROM: сравнение характеристик
С4. Внутренняя структура и принцип работы EPROM & EEPROM
С5. Плюсы и минусы EEPROM и EPROM
С6. Применение EPROM и EEPROM в электронике
С7. PROM, EPROM и EEPROM
С8. EPROM, EEPROM и флэш-память
С9. Заключение
С10. Часто задаваемые вопросы [FAQ]
Что такое EEPROM?
EEPROM расшифровывается как электрически стираемая программируемая память только для чтения. Это тип энергонезависимой памяти, что означает, что она сохраняет сохраненную информацию, даже когда устройство выключено.
Основным преимуществом EEPROM является его способность к электрическому перепрограммированию. Данные могут быть стерты и перезаписаны непосредственно на печатной плате с помощью управляемых сигналов напряжения, что устраняет необходимость физического извлечения микросхемы. В отличие от более ранних типов ПЗУ, которые требовали полного стирания, EEPROM поддерживает стирание на уровне байтов, поэтому определенные байты могут быть обновлены без нарушения остальной памяти.
Это делает EEPROM очень подходящим для хранения небольших, но важных данных, таких как настройки конфигурации, значения калибровки или параметры прошивки, которые могут потребоваться изменить несколько раз в течение жизненного цикла системы.
Что такое EPROM?
EPROM расшифровывается как Erasable Programmable Read-Only Memory (Стираемая программируемая память только для чтения). Как и EEPROM, это энергонезависимая память, что означает, что хранимые данные остаются нетронутыми даже при отключении питания. Однако в нем используется другой метод стирания по сравнению с электрически стираемыми типами.
Чип EPROM упакован с окном из кварцевого стекла, которое обнажает кремний внутри. При воздействии ультрафиолетового (УФ) света накопленный заряд в ячейках памяти разряжается, эффективно стирая данные. Этот процесс обычно занимает 15–20 минут воздействия ультрафиолета. Чтобы обновить или перезаписать данные, микросхему нужно сначала извлечь из цепи, стереть под ультрафиолетовым светом, а затем поместить в специальную запрограммированную, использующую относительно высокие программные напряжения (12–24 В). После стирания все ячейки памяти возвращаются в исходное состояние, и можно записывать новые данные.
EPROM и EEPROM: сравнение характеристик
| Аспект | ЭПЗУ | ЕЭПЗУ |
|---|---|---|
| Метод стирания | УФ-излучение через кварцевое окно | Импульсы электрического напряжения |
| Перепрограммирование | Требуется удаление + внешний программист | Внутрисхемный, не требует демонтажа |
| Гранулярность | Весь чип стирается за один раз | Возможно стирание на уровне байтов |
| Хранение данных | 10–20 лет | 10+ лет |
| Простота использования | Требуется медленное, внешнее оборудование | Быстрее, проще, без лишних устройств |
Внутренняя структура и принцип работы EPROM & EEPROM
Как EPROM, так и EEPROM построены на МОП-транзисторах с плавающим затвором, которые используют изолированный затвор для захвата или высвобождения электронов. Наличие или отсутствие накопленного заряда определяет, представляет ли ячейка памяти логическое значение «0» или «1».
• EPROM: Программирование достигается путем подачи высокого напряжения, которое заставляет электроны проникать в плавающий затвор посредством инжекции горячего носителя. Попав в ловушку, эти электроны остаются в течение многих лет, что делает данные нелетучими. Чтобы стереть память, чип подвергается воздействию ультрафиолетового (УФ) света, который обеспечивает энергию, необходимую для высвобождения захваченных электронов через кварцевое окно. При этом все ячейки обнуляются одновременно.
EEPROM: Вместо ультрафиолетового излучения EEPROM использует туннелирование Фаулера-Нордхейма, квантовый туннельный эффект, который позволяет электронам входить или выходить из плавающего затвора под действием контролируемых электрических полей. Этот механизм поддерживает стирание электричества непосредственно на печатной плате, что позволяет выполнять выборочные обновления на уровне байтов и ускорять перепрограммирование без физического удаления микросхемы.
Плюсы и минусы EEPROM и EPROM
| Аспект | EEPROM | ЭПЗУ |
|---|---|---|
| Плюсы | • Поддержка внутрисхемного программирования (удаление не требуется) • Стирание на уровне байтов для выборочных обновлений • Доступно в последовательных (I²C, SPI) и параллельных версиях • Высокая долговечность (\~1 миллион циклов записи/стирания) • Надежное хранение данных (10–20 лет) | • Энергонезависимость с длительным хранением данных (10–20 лет) • Возможность повторного использования, в отличие от одноразового PROM • Экономичность в период его расцвета • Подходит для создания прототипов и разработки на ранних этапах |
| Минусы | • Дороже, чем EPROM • Ограниченный срок службы по сравнению с современной флэш-памятью• Операции записи медленнее, чем чтения • Обычно меньшая емкость, чем у флэш-памяти | • Только полное стирание чипа (без выборочного редактирования) • Требуется ультрафиолетовый свет и кварцевое окно для стирания • Медленное время стирания (15–20 минут) • Требуется внешний высоковольтный программатор • Уязвим к случайному воздействию ультрафиолета |
Применение EPROM и EEPROM в электронике
ЭПЗУ
• Хранение встроенного ПО в ранних микроконтроллерах: Обеспечение надежного способа хранения встроенного кода до того, как EEPROM и флэш-память стали стандартом.
• Программная память в персональных компьютерах и калькуляторах: обычно используется для хранения системного программного обеспечения и логических программ.
• Цифровые приборы: используются в осциллографах, испытательном оборудовании и измерительных приборах, требующих стабильного хранения программ.
• Наборы для создания прототипов и обучения: предпочитают в образовательных учреждениях и средах разработки, поскольку данные могут быть стерты и переписаны несколько раз для тестирования.
EEPROM
• Хранилище BIOS/UEFI в компьютерах: содержит важные инструкции по запуску системы и может быть обновлено без замены оборудования.
• Данные калибровки датчиков: используются в автомобильных и промышленных системах для хранения точно настроенных калибровочных значений, которые требуют периодического обновления.
• Телекоммуникационные устройства: обеспечивает перенастройку модемов, маршрутизаторов и базовых станций в полевых условиях без замены микросхемы.
• Смарт-карты и RFID-метки: обеспечивает безопасную энергонезависимую память для аутентификации, управления идентификацией и данными транзакций.
Медицинские устройства: хранит специфические для пациента параметры и данные конфигурации в таких приборах, как глюкометры или кардиостимуляторы.
PROM, EPROM и EEPROM
| Особенность | ПРОМ | ЭПЗУ | ЕЭПЗУ |
|---|---|---|---|
| Программирование | Только один раз: Данные записываются на постоянной основе во время первоначального программирования. | Перезаписывается с помощью ультрафиолетового излучения: Требует снятия и перепрограммирования при высоком напряжении. | Электрическая перезаписываемость: поддерживает перепрограммирование непосредственно на печатной плате. |
| Стирание | Невозможно: После записи данные не могут быть изменены или удалены. | Стирание по всему чипу: вся память должна быть стерта с помощью ультрафиолетового излучения через кварцевое окно. | Выборочное стирание: Может стирать на уровне байтов или всю микросхему по мере необходимости. |
| Возможность повторного использования | Нет: Не может быть повторно использован после программирования. | Да: Стерто и переписано несколько раз (но ограничено). | Да: Высокая гибкость с частыми обновлениями. |
| Выносливость | 1 цикл (записать один раз). | Около 100–1 000 циклов до износа устройства. | Около 1 000 000 циклов, что намного выше, чем EPROM. |
| Внутрисхемное использование | Нет: Должен быть запрограммирован перед установкой. | Нет: Необходимо удалить для стирания и перепрограммирования под воздействием ультрафиолета. | Да: поддерживает внутрисхемные обновления, что делает его идеальным для современных систем. |
| Стоимость | Низкий: Очень дешевый за бит. | Умеренный: Дороже, чем PROM, но доступный в свою эпоху. | Выше в расчете на бит: Дороже, чем PROM/EPROM, но обеспечивает превосходную гибкость. |
EPROM, EEPROM и флэш-память
| Особенность | ЭПЗУ | ЕЭПЗУ | Флэш-память |
|---|---|---|---|
| Метод стирания | УФ-излучение через кварцевое окно | Электрический, байтовый уровень | Электрический, блочный/страничный |
| Программирование | Требуется удаление + высоковольтный программатор | Внутрисхемное, электрическое перепрограммирование | Внутрисхемное, электрическое перепрограммирование |
| Возможность повторного использования | Да, но медленно и неудобно | Да, возможны частые обновления | Да, оптимизирован для масштабных переписываний |
| Выносливость | \~100–1,000 циклов | \~1,000,000 циклов | \~10,000–100,000 циклов (в зависимости от типа) |
| Скорость | Очень медленно (УФ-стирание: 15–20 мин) | Умеренный (медленнее записи, чем чтения) | Быстрый (блочные операции, более высокая пропускная способность) |
| Емкость | Малый (диапазон КБ–МБ) | Малый и средний (диапазон КБ–МБ) | Очень высокий (диапазон МБ–ТБ) |
| Стоимость бита | Умеренный (исторический) | Высшее | Низкий (стандарт массового хранения) |
| Типичное использование | Устаревшие системы, прототипирование, образование | BIOS, данные калибровки, защищенные устройства | USB-накопители, твердотельные накопители, SD-карты, смартфоны, микроконтроллеры |
Заключение
EPROM и EEPROM стали вехами в развитии технологий памяти, каждая из которых послужила мостом к более продвинутым решениям для хранения данных, таким как флэш-память. В свою эпоху EPROM предлагала практичный способ перепрограммирования устройств, в то время как EEPROM обеспечивала большую гибкость с внутрисхемными и выборочными обновлениями. Сегодня EEPROM по-прежнему актуальна для хранения небольших, но критически важных данных, в то время как флэш-память доминирует в масштабах хранения данных. Сравнивая эти типы памяти, вы получаете четкое представление о том, как продвинулись технологии и почему EEPROM все еще находит свое место в современной электронике.
Часто задаваемые вопросы [FAQ]
Почему EEPROM лучше EPROM?
EEPROM лучше, потому что он позволяет перепрограммировать электричество в схеме, поддерживает стирание на уровне байтов и устраняет необходимость в ультрафиолетовом излучении или удалении микросхемы. Это делает его более гибким и удобным, чем EPROM.
Флэш-память — это то же самое, что и EEPROM?
Нет. Флэш-память основана на технологии EEPROM, но оптимизирована для высокой плотности и стирания на уровне блоков/страниц. EEPROM позволяет стирать данные на уровне байтов, в то время как Flash работает быстрее и дешевле в расчете на бит, что делает его идеальным для хранения больших объемов данных.
Как долго EEPROM и EPROM могут хранить данные?
Оба обычно могут хранить данные в течение 10–20 лет, хотя срок службы EPROM ограничен ~100–1000 циклами, в то время как EEPROM может длиться до ~1 000 000 циклов.
Зачем EPROM кварцевое окно?
Кварцевое окно позволяет ультрафиолетовому излучению проникать через чип для стирания накопленных зарядов с плавающего затвора. Без этого прозрачного окна стирание было бы невозможно.
Где EEPROM используется до сих пор?
EEPROM широко используется в прошивках BIOS/UEFI, калибровке датчиков, RFID-метках, смарт-картах, медицинских устройствах и промышленном оборудовании там, где необходимы выборочные обновления.