Eeproms: un aggiornamento da eproms

I progressi in corso nella tecnologia spingono costantemente la necessità di migliori opzioni di archiviazione della memoria, portando allo sviluppo da EPROM a EEPROM.Questo articolo esplora i principi di base e come funzionano EPROM ed EEPROM, confrontando le loro strutture, come cancellano i dati e come vengono utilizzati in diverse tecnologie.Guarda anche il passaggio da EPROM che utilizza la luce ultravioletta per cancellare i dati, a EEPROM che rende più facile per gli utenti consentendo di cancellare i dati elettricamente.Questo cambiamento non solo mostra una crescita tecnologica, ma risolve anche i problemi pratici di EPROM, contribuendo a creare dispositivi elettronici più durevoli e flessibili.

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Figura 1: memoria di Eprom

Quali sono le tecnologie EPROM ed EEPROM?

La memoria di sola lettura programmabile (EPROM) eprom eprom (EEPROM) (EEPROM) sono importanti tipi di memoria che non perdono i dati quando la potenza viene disattivata.Hanno avuto un ruolo importante nella crescita dei dispositivi elettronici.

EPROM, creata a metà degli anni '70, è stato un grande passo avanti perché ha permesso di riutilizzare la memoria.Prima di EPROM, un chip di memoria poteva essere programmato solo una volta.Con EPROM, è possibile cancellare i dati e programmarli di nuovo esponendo il chip a una forte luce ultravioletta (UV).Ciò ha permesso di aggiornare o correggere i dispositivi senza bisogno di sostituire il chip di memoria.

Eeprom è uscito alla fine degli anni '70 e ha migliorato le cose ancora di più permettendoti di cancellare e riscrivere i dati utilizzando una carica elettrica anziché la luce UV.Ciò ha reso più semplice l'aggiornamento della memoria perché è possibile modificare parti specifiche dei dati senza influire sul resto.EEPROM è più flessibile e utile per molti scopi diversi perché è possibile aggiornare i dati direttamente all'interno del dispositivo.

Figura 2: Memoria EEPROM

Importanza della memoria non volatile nell'elettronica moderna

Nell'elettronica quotidiana come smartphone e computer, NVM non volatile (NVM) memorizza informazioni importanti come impostazioni e software che devono rimanere intatti anche quando il dispositivo viene disattivato.Ciò garantisce che gli utenti non perdano i loro dati e possano raccogliere proprio da dove hanno interrotto un'interruzione di corrente.

In ambienti industriali e automobilistici, NVM è utile per la memorizzazione di dati che garantiscono che macchine e veicoli si svolgano in modo sicuro e continua.Questa memoria protegge qualsiasi informazione durante le interruzioni di corrente o il sistema di sistema, garantendo operazioni fluide.

Man mano che più dispositivi si connettono attraverso l'Internet of Things (IoT), la domanda di memoria affidabile che mantiene i dati anche quando è aumentato.Questi dispositivi dipendono da dati memorizzati per operare in modo indipendente.

Inoltre, questo tipo di memoria può essere riprogrammato, consentendo di aggiornare facilmente i dispositivi con nuove funzionalità senza modificare l'hardware.Ciò rende l'elettronica più sostenibile e adattabile, consentendo loro di evolversi per soddisfare le esigenze degli utenti.

Figura 3: memoria volatile e non volatile

In che modo EPROM memorizza i dati senza potenza?

EPROM (memoria di sola lettura programmabile) è un tipo di memoria non volatile utilizzata nei computer e nei dispositivi elettronici per archiviare dati che devono essere conservati anche quando il dispositivo è disattivato.Essere non volatili significa che EPROM mantiene i suoi dati senza bisogno di un alimentatore costante.A differenza di PROM (memoria programmabile di sola lettura), che può essere scritta solo una volta, EPROM può essere cancellata e riprogrammato più volte.

La tecnologia alla base di EPROM si basa su una serie di transistor, ciascuno che rappresenta un po 'di dati.Un elemento in ciascun transistor è il cancello mobile, un componente isolato elettricamente che svolge un ruolo importante nella memoria dei dati.La presenza o l'assenza di carica sul cancello galleggiante altera la tensione di soglia del transistor.Se la tensione di soglia è sufficientemente alta, il transistor si accende, indicando un "1" binario.In caso contrario, rimane fuori, indicando un "0" binario.

La capacità di Eprom di conservare i dati senza potenza si basa sul design del cancello galleggiante.La carica sul cancello mobile è intrappolata e rimane stabile per anni a causa di uno strato di ossido che lo isola elettricamente, impedendo qualsiasi perdita.Questo isolamento garantisce che i dati memorizzati vengano conservati senza una fonte di alimentazione fino a quando la memoria non viene deliberatamente cancellata.

Figura 4: diagramma del circuito del programmatore EPROM

In che modo EPROM è programmato usando l'iniezione di elettroni caldi?

La programmazione di un EPROM implica il cambiamento dello stato delle porte galleggianti all'interno del suo array di transistor.Ciò si ottiene attraverso una tecnica chiamata iniezione di elettroni hot, richiede l'applicazione di una tensione più alta del normale agli scarichi dei transistor.Questa tensione elevata accelera gli elettroni all'interno del canale tra la sorgente e il drenaggio, dando loro un'elevata energia cinetica.

Alcuni di questi elettroni energizzati, indicati come "elettroni caldi", guadagnano abbastanza slancio per penetrare nello strato di ossido sottile che separa il canale dal cancello mobile.Una volta che attraversano questa barriera, diventano intrappolati nella porta galleggiante, aumentando così la sua tensione di soglia.Questo aumento della tensione cambia efficacemente lo stato del transistor per rappresentare un "1" binario.

Questo metodo consente un controllo preciso su cui i bit sono impostati su "1" durante la programmazione EPROM.I dati, una volta scritti, rimangono memorizzati come carica sulle porte galleggianti, non influenzate dall'alimentazione fino a quando la memoria non viene intenzionalmente cancellata.La cancellazione comporta l'esposizione della luce EPROM alla luce ultravioletta (UV), fornisce energia sufficiente per liberare gli elettroni intrappolati e ripristinare gli stati transistor su "0".

Figura 5 :: Struttura interna di Eprom

Processo di cancellazione dei dati di EPROM

Cancellare un EPROM non è semplice come sovrascrivere i dati su un'unità flash.Invece, comporta l'uso della luce ultravioletta (UV), si basa sull'effetto fotoelettrico per ripristinare il chip allo stato originale e non programmato.

Ogni chip EPROM è dotato di una piccola finestra di quarzo che consente alla luce UV di raggiungere lo strato di silicio in cui vengono archiviati i dati.I dati in un EPROM sono archiviati nei transistor a gate mobile.Quando il chip è esposto alla luce UV, i fotoni della luce hanno abbastanza energia per eccitare gli elettroni nel cancello mobile, facendoli scappare.Questo processo reimposta il transistor al suo stato iniziale, cancellando efficacemente i dati memorizzati e lasciando il chip pronto per essere riprogrammato.Il transistor può quindi essere ricaricato o lasciato non caricato, che rappresenta valori binari di 0 e 1.

La luce UV utilizzata per cancellare gli eprom in genere ha una lunghezza d'onda di circa 253,7 nanometri, rientra nell'intervallo UVC.Questa specifica lunghezza d'onda è efficace nel fornire l'energia necessaria per liberare le spese immagazzinate nei transistor.Il processo di cancellazione dura da 10 a 30 minuti, a seconda dell'intensità della luce UV e del modello EPROM specifico.Durante questo periodo, l'intero chip deve essere uniformemente esposto alla luce UV per garantire che tutti i dati siano completamente cancellati, lasciando il chip pronto per una nuova programmazione.

Figura 6: gomma UV eprom

Limitazioni di Eprom e il passaggio alle moderne tecnologie di memoria

Anche se gli eprom possono essere riutilizzati, hanno alcuni svantaggi a causa di come devono essere cancellati e riprogrammati.Un grosso problema è che devi togliere fisicamente l'Eprom dal suo dispositivo per cancellarlo.Questo perché la luce UV deve brillare direttamente sul silicio attraverso una finestra di quarzo, di solito difficile da raggiungere quando il chip si trova su un circuito.Eliminare l'EPROM provoca problemi come i tempi di inattività, poiché il dispositivo deve essere disattivato e parzialmente smontato per raggiungere il chip, il che può essere un problema in alcune situazioni.C'è anche il rischio di danneggiare il chip o i suoi pin durante la rimozione e la scarica elettrostatica (ESD) potrebbe danneggiare le parti elettroniche.Il processo richiede inoltre ai lavoratori qualificati per gestire correttamente le attrezzature di cancellazione UV e di rimettere il chip senza causare danni.Inoltre, in grandi sistemi o dispositivi con molti eprom, cancellando e riprogrammato ogni chip uno per uno può richiedere molto tempo e potrebbe non essere pratico.Queste sfide hanno portato alla creazione di altri tipi di memoria come Eeprom e memoria flash che possono essere cancellati e riprogrammati senza aver bisogno di rimuoverli dal circuito.Queste alternative sono più facili da usare e più flessibili, ma potrebbero non essere così durevoli o potrebbero essere più costose.

Applicazioni di eprom nella tecnologia

Memorizzando il bios nei computer

Il BIOS (sistema di input/output di base) è un software importante che aiuta il sistema operativo di un computer a comunicare con il suo hardware.Gli eprom vengono utilizzati per archiviare il BIOS perché mantengono i dati anche quando il computer viene disattivato.Quando si avvia un computer, il BIOS nell'EPROM accende l'hardware e gestisce le attività di base fino a quando il sistema operativo non prende il sopravvento.Si assicura che il computer possa avviarsi e funzionare correttamente.

Eproms ha anche lasciato aggiornare il BIOS attraverso un processo chiamato "Flashing".Ciò significa che il BIOS può essere modificato se sono necessari problemi o nuove funzionalità, senza dover cambiare l'hardware.Questa capacità rende i computer più duraturi e adattabili.

Archiviazione del firmware per modem e schede video

Gli eprom sono anche utilizzati in modem e schede video per archiviare il firmware, un software specializzato che controlla direttamente l'hardware.Nei modem, il software archiviato su un EPROM controlla il modo in cui i segnali digitali vengono convertiti da e verso i segnali analogici, consentendo di comunicare tramite linee telefoniche.Questo software è importante perché consente al modem di funzionare con diversi protocolli e velocità di dati, garantendo che funzioni correttamente con vari standard di comunicazione.

Allo stesso modo, nelle schede video, il firmware EPROMS archivia che governa le operazioni dell'unità di elaborazione grafica (GPU).Questo firmware è responsabile della gestione delle funzioni di visualizzazione di base e della gestione delle attività di elaborazione grafica.Memorizzando questo firmware su un EPROM, i produttori assicurano che la scheda video possa essere aggiornata per supportare nuovi software e sistemi operativi, il che aiuta il dispositivo a durare più a lungo.

Uso precoce nelle CPU

Durante i primi giorni dello sviluppo del computer, gli EPROM sono stati utilizzati per archiviare il microcodice per le unità di elaborazione centrali (CPU).Il microcodice è un insieme di istruzioni di basso livello che determinano il modo in cui la CPU esegue istruzioni di codice macchina di livello superiore.Queste istruzioni sono necessarie per la capacità della CPU di eseguire compiti, poiché definiscono i protocolli logici e operativi di base.

Utilizzando EPROM per archiviare il microcodice, i produttori potrebbero migliorare e aggiornare le funzioni della CPU senza dover cambiare l'hardware effettivo.Ciò è stato utile nei primi giorni della tecnologia informatica quando le cose avanzavano rapidamente e i processori devono essere regolati spesso.

Caratteristiche EEPROM

EEPROM differisce da altri tipi di memoria non volatile, come ROM (memoria di sola lettura) e memoria flash, principalmente in come può essere modificato.La ROM è programmata durante la produzione e non può essere modificata in seguito.D'altra parte, EEPROM può essere riscritta e cancellata elettricamente, offrendo una maggiore flessibilità.A differenza di EPROM che richiede l'esposizione a una forte luce ultravioletta per la cancellazione, EEPROM consente queste modifiche senza la necessità di un intervento fisico e rendendolo più conveniente per l'aggiornamento delle configurazioni dei dispositivi o l'applicazione di patch software.

Figura 7: Schema del circuito di memoria EEPROM

Capacità e struttura della memoria EEPROM

I dati in EEPROM sono archiviati in piccole unità, come byte o livello di parole, in modo da poter cancellare e riscrivere parti specifiche senza influire sul resto.Questo è un grande miglioramento rispetto ai tipi di memoria più vecchi come Eprom, in cui è stato necessario cancellare grandi sezioni o l'intera memoria in una volta.

All'interno di Eeprom, c'è una griglia di celle di memoria, ognuna con un po 'di dati.Queste celle usano un tipo speciale di transistor chiamato transistor a gate galleggiante per archiviare le informazioni.I dati vengono salvati aggiungendo o rimuovendo gli elettroni dal cancello mobile.Il numero di elettroni modifica la tensione di soglia del transistor, che è la tensione necessaria per accenderlo, consentendole di memorizzare un valore binario (0 o 1).

Figura 8: cella di memoria EEPROM

Per scrivere dati su EEPROM, viene applicata una tensione più alta del solito, causando il passaggio degli elettroni attraverso un sottile strato di materiale nel cancello mobile, un processo chiamato tunneling Fowler-Nordheim.Una volta che gli elettroni sono intrappolati nel cancello mobile, rimangono lì perché il materiale circostante li isola, mantenendo i dati sicuri.

Per cancellare i dati, il processo è invertito.Viene applicata una tensione negativa che estrae gli elettroni dal cancello mobile, cancellando i dati memorizzati e ripristinando la tensione di soglia del transistor al suo stato originale.

Le celle di memoria EEPROM funzionano principalmente a causa di due parti: il cancello mobile e il gate di controllo.

Gate galleggiante: il cancello mobile è una parte minuscola e isolata elettricamente del transistor che si trova tra il cancello di controllo e il canale del transistor.La sua funzione principale è quella di trattenere una carica intrappolando elettroni all'interno della sua struttura.Questo cancello è circondato da uno strato di ossido isolante, impedisce agli elettroni di fuggire.La presenza o l'assenza di elettroni sulla porta mobile cambia la tensione di soglia del transistor, codificando così i dati come un binario "1" o "0".Il gate galleggiante fa parte della cella di memoria che memorizza effettivamente i dati.

Figura 9: cancello mobile e gate di controllo in EEPROM

Gate di controllo: il gate di controllo è l'elettrodo del gate esterno che controlla la scrittura e la cancellazione dei dati.Durante il processo di scrittura, il cancello di controllo viene utilizzato per applicare una tensione che costringe gli elettroni a tunnel attraverso lo strato di ossido e sul cancello mobile.Durante il processo di cancellazione, viene applicata una tensione della polarità opposta e rimuove gli elettroni dal cancello mobile.Il gate di controllo, pertanto, funge da interfaccia che consente ai circuiti esterni di interagire con il cancello mobile, rendendo possibile leggere, scrivere e cancellare i dati.

Le capacità di archiviazione dei dati di EEPROM sono fortemente dipendenti dall'interazione tra il cancello mobile e il gate di controllo.Il cancello galleggiante memorizza in modo sicuro i dati intrappolando elettroni, mentre il gate di controllo consente un controllo preciso sui processi di lettura, scrittura e cancellazione.Questa interazione garantisce che EEPROMS siano un'opzione affidabile e flessibile per l'archiviazione dei dati non volatili.

Programmazione e cancellazione di Eeprom

La cancellazione dei dati di un EEPROM prevede la rimozione di elettroni dalle celle di memoria senza togliere il chip dal dispositivo.Questo viene fatto applicando una tensione di cancellazione che è l'opposto della tensione utilizzata per scrivere i dati.

Durante la cancellazione, una forte tensione negativa viene applicata a una parte del chip, mentre un'altra parte viene mantenuta a una tensione più elevata.Questo crea un potente campo elettrico che fa sì che gli elettroni lasciano le celle di memoria e tornino nel materiale del chip.Questa azione reimposta la memoria, riportandola allo stato originale, rappresenta uno stato "1" o cancellato.

Il vantaggio di essere in grado di cancellare i dati senza rimuovere il chip EEPROM è che consente aggiornamenti facili ed efficienti.I dati possono essere cancellati e riscritti mentre il dispositivo è ancora in esecuzione, è importante per le attività che richiedono aggiornamenti regolari come la regolazione delle impostazioni o l'archiviazione dei dati di calibrazione senza arrestare il dispositivo.

In breve, Eeprom utilizza un processo che sposta gli elettroni in modo controllato per cancellare e scrivere i dati.Questo, insieme alla capacità di cancellare i dati senza rimuovere il chip, rende Eeprom molto utile in molti dispositivi elettronici.

Applicazioni di EEPROM

• Aggiornamenti del firmware: memorizza il software di controllo dell'hardware, consentendo gli aggiornamenti senza sostituire l'hardware, buono per dispositivi di lunga durata.

• Configurazione del dispositivo: mantiene le impostazioni del dispositivo dopo la perdita di alimentazione, garantendo un funzionamento coerente, come mostrato nei router che memorizzano le impostazioni di rete.

• Archiviazione dei dati di calibrazione: mantiene importanti dati di calibrazione negli strumenti di precisione, garantendo l'accuratezza nel tempo nonostante i cambiamenti ambientali.

• Elettronica di consumo: ricorda le impostazioni degli utenti in dispositivi quotidiani come le microonde, il miglioramento della convenienza e l'esperienza dell'utente.

• Automobili: memorizza dati come letture di contachilometri e preset radio, garantendo che queste impostazioni persistano dopo la disattivazione dell'auto.

• Dispositivi di personal computing: trovato nel BIOS per archiviare le impostazioni necessarie per i computer per avviare e funzionare correttamente.

• Smart card e identificazione: memorizza in modo sicuro informazioni come pin e chiavi di accesso, fornendo sia la sicurezza che la rapida accessibilità nelle smart card.

Confronto tra tecnologie di memoria EPROM e EEPROM

Figura 10: Memoria Eprom ed Eeprom

Aspetto	Eprom	Eeprom
Tipo di memoria	Non volatile	Non volatile
Metodo di programmazione	Richiede tensioni più elevate	Cariche elettriche standard
Metodo di cancellazione	Esposizione alla luce UV attraverso una finestra di quarzo	Cancella elettrica, non è necessario per la luce UV
Cancellazione dei dati	L'intero chip viene cancellato immediatamente	Cancelleria a livello di byte
Rimozione del chip	Richiede la rimozione dal circuito per cancellare	Può essere aggiornato direttamente nel circuito
Riscrivere la capacità	Richiede un'esposizione alla luce UV e riprogrammazione	Riscrive elettricamente, consentendo facile Aggiornamenti
Durata	Meno resistente a causa dell'esposizione alla luce UV degradando il chip	Più durevole con una durata più lunga dovuta a Cancellatura elettrica
Praticità per aggiornamenti frequenti	Meno pratico, in quanto richiede il chip completo cancellazione e riprogrammazione	Più pratico, consente aggiornamenti frequenti e modifiche selettive
Applicazioni	Dispositivi più vecchi o specializzati che richiedono Aggiornamenti rari	Dispositivi moderni, elettrodomestici, firmware in attrezzatura di networking

Conclusione

Il passaggio da EPROM a EEPROM è un importante passo avanti nella tecnologia della memoria, risolvendo molti problemi dei tipi di memoria più vecchi.EEPROM è più flessibile, resistente e più facile da usare, meglio per le esigenze dei dispositivi elettronici di oggi.Consente di apportare modifiche in modo rapido ed efficiente senza dover rimuovere il chip o utilizzare la luce UV.Ciò rende più facile per i dispositivi tenere il passo con la tecnologia in rapida evoluzione e prepararsi per il futuro.Lo sviluppo di EEPROM mostra un passaggio alla creazione di elettronica più efficiente e intuitiva, contribuendo a guidare l'innovazione continua nella tecnologia della memoria.

Domande frequenti [FAQ]

1. Eprom può essere cambiato?

EPROM può essere modificato ma non con la stessa facilità di altri tipi di memoria programmabile.Per modificare i dati memorizzati in una EPROM, è necessario esporli a una forte luce ultravioletta attraverso una finestra progettata per questo scopo, trovata sulla parte superiore del chip.Questo processo cancella i dati esistenti, consentendo di programmare nuovi dati.Tuttavia, questo non è un compito banale e richiede apparecchiature e condizioni specifiche, a differenza delle eeprom più moderne o della memoria flash.

2. Eeprom è più veloce di Flash?

La memoria EEPROM e Flash hanno caratteristiche di velocità comparabili, ma EEPROM può essere più lento per le operazioni di scrittura.Questo perché EEPROM consente di scrivere e cancellare i dati a livello di singoli byte, il che fornisce flessibilità ma può essere più lento.La memoria flash, d'altra parte, cancella e scrive dati in blocchi, rendendo queste operazioni generalmente più veloci ma meno precise in termini di volume di dati gestito per operazione.

3. Per quanto durerà Eeprom?

La longevità di Eeprom è alta.Può conservare i dati per circa 20-25 anni in condizioni normali.Tuttavia, ciò può variare in base a fattori come la qualità della EEPROM, le condizioni ambientali a cui è esposto e la frequenza con cui si accede per la scrittura o la cancellazione delle operazioni.La conservazione dei dati è una delle forti abiti di EEPROM, rendendolo adatto per applicazioni in cui è richiesta l'archiviazione dei dati a lungo termine senza frequenti modifiche.

4. Quante volte si può cancellare un EEPROM?

La resistenza di un EEPROM o quante volte può essere cancellata e riscritta, varia per una progettazione di chip specifica ma varia da circa 100.000 a 1.000.000 di cicli di cancellazione/scrittura.Ciò rende EEPROM buono per le applicazioni che richiedono che i dati vengano frequentemente aggiornati, sebbene non così ad alta frequenza come alcuni nuovi tipi di memoria come alcuni ricordi flash che possono sostenere ancora più cicli.

5. SSD è un EEPROM?

No, un SSD (azionamento a stato solido) non è classificato come EEPROM.Gli SSD generalmente utilizzano la memoria flash di tipo NAND, consente un accesso più rapido dei dati, una maggiore capacità e operazioni di scrittura e cancellazione più efficienti rispetto a EEPROM.Mentre sia SSD che EEPROM sono tipi di memoria non volatile (il che significa che mantengono i dati quando la potenza è disattivata), le loro tecnologie e applicazioni sono diverse, con gli SSD che sono la scelta preferita per le soluzioni di archiviazione di massa nei computer e nei dispositivi moderni.