Pomnilniške tehnologije, kot sta EPROM in EEPROM, so povpraševanje v razvoju digitalnih sistemov. Obe sta vrsti neobstojnega pomnilnika, ki sta zasnovana tako, da ohrani informacije tudi po odklopu napajanja, vendar se bistveno razlikujeta po tem, kako shranjujeta, brišeta in posodabljata podatke. Razumevanje teh razlik je potrebno za vsakogar, ki dela z vgrajenimi sistemi. Ta članek pojasnjuje, kako delujeta EPROM in EEPROM, primerja njune funkcije in raziskuje njune prednosti, omejitve in aplikacije.
Kaj je EEPROM?
EEPROM je kratica za električno izbrisljiv programabilni pomnilnik samo za branje. Gre za vrsto trajnega pomnilnika, kar pomeni, da ohranja shranjene informacije tudi, ko je naprava izklopljena.
Glavna prednost EEPROM je njegova sposobnost električnega reprogramiranja. Podatke je mogoče izbrisati in prepisati neposredno na vezje z nadzorovanimi napetostnimi signali, kar odpravlja potrebo po fizični odstranitvi čipa. Za razliko od prejšnjih tipov ROM-a, ki so zahtevali popoln izbris, EEPROM podpira brisanje na ravni bajtov, tako da je mogoče določene bajte posodobiti, ne da bi motili preostali pomnilnik.
Zaradi tega je EEPROM zelo primeren za shranjevanje majhnih, vendar pomembnih podatkov, kot so konfiguracijske nastavitve, kalibracijske vrednosti ali parametri vdelane programske opreme, ki jih bo morda treba večkrat spremeniti v življenjskem ciklu sistema.
Kaj je EPROM?
EPROM je kratica za izbrisljiv programabilni pomnilnik samo za branje. Tako kot EEPROM je to neobstojni pomnilnik, kar pomeni, da shranjeni podatki ostanejo nedotaknjeni, tudi ko je napajanje izklopljeno. Vendar pa uporablja drugačno metodo brisanja v primerjavi z električno izbrisljivimi tipi.
Čip EPROM je pakiran z oknom iz kremenovega stekla, ki izpostavlja silicij v notranjosti. Ko je izpostavljen ultravijolični (UV) svetlobi, se shranjeni naboj v spominskih celicah izprazni, kar učinkovito izbriše podatke. Ta postopek običajno traja 15–20 minut izpostavljenosti UV žarkom. Za posodobitev ali prepisovanje podatkov je treba čip najprej odstraniti iz vezja, izbrisati pod UV svetlobo in nato namestiti v posebno programirano, ki uporablja relativno visoke programske napetosti (12–24 V). Po izbrisu se vse pomnilniške celice vrnejo v začetno stanje in lahko se zapišejo novi podatki.
EPROM vs. EEPROM: primerjava značilnosti
| Vidik | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|
| Metoda izbrisa | UV svetloba skozi kremenovo okno | Električni napetostni impulzi |
| Reprogramiranje | Zahteva odstranitev + zunanji programer | V vezju, odstranitev ni potrebna |
| Granularnost | Celoten čip je izbrisan naenkrat | Možno brisanje na ravni bajtov |
| Hramba podatkov | 10–20 let | 10+ let |
| Enostavnost uporabe | Potrebujete počasno zunanjo strojno opremo | Hitreje, enostavnejše, brez dodatne naprave |
Notranja struktura in načelo delovanja EPROM in EEPROM
Tako EPROM kot EEPROM sta zgrajena na tranzistorjih MOSFET s plavajočimi vrati, ki uporabljajo izolirana vrata za ujemanje ali sproščanje elektronov. Prisotnost ali odsotnost shranjenega naboja določa, ali pomnilniška celica predstavlja logiko "0" ali "1".
• EPROM: Programiranje se doseže z uporabo visoke napetosti, ki prisili elektrone v plavajoča vrata z vbrizgavanjem vročega nosilca. Ko so ujeti, ti elektroni ostanejo več let, zaradi česar so podatki nehlapni. Za izbris pomnilnika je čip izpostavljen ultravijolični (UV) svetlobi, ki zagotavlja energijo, potrebno za sprostitev ujetih elektronov skozi kvarčno okno. To ponastavi vse celice hkrati.
• EEPROM: Namesto UV svetlobe se EEPROM opira na Fowler-Nordheimovo tuneliranje, učinek kvantnega tuneliranja, ki omogoča elektronom, da se premikajo v plavajoča vrata ali iz njih pod nadzorovanimi električnimi polji. Ta mehanizem podpira električno brisanje neposredno na vezju, kar omogoča selektivne posodobitve na ravni bajtov in hitrejše reprogramiranje brez fizične odstranitve čipa.
Prednosti in slabosti EEPROM in EPROM
| Vidik | EEPROM | EPROM |
|---|---|---|
| Prednosti | • Podpira programiranje v vezju (odstranitev ni potrebna) • Brisanje na ravni bajtov za selektivne posodobitve • Na voljo v serijski (I²C, SPI) in vzporedni različici • Visoka vzdržljivost (\~1 milijon ciklov zapisovanja/brisanja) • Zanesljivo shranjevanje podatkov (10–20 let) | • Neobstojni z dolgim hrambom podatkov (10–20 let) • Za večkratno uporabo, za razliko od enkratnega PROM • Stroškovno učinkovit v svoji najboljši dobi • Primeren za zgodnjo izdelavo prototipov in razvoj |
| Slabosti | •Dražji od EPROM-a • Vzdržljivost omejena v primerjavi s sodobnim Flashem • Zapisovanje počasnejše od branja • Običajno manjša zmogljivost kot Flash | • Samo brisanje celotnega čipa (brez selektivnega urejanja) • Za brisanje potrebujete UV svetlobo in kremenovo okno • Počasen čas brisanja (15–20 minut) • Potrebujete zunanji visokonapetostni programator • Občutljiv na nenamerno izpostavljenost UV žarkom |
Uporaba EPROM in EEPROM v elektroniki
EPROM
• Shranjevanje vdelane programske opreme v zgodnjih mikrokrmilnikih: Zagotovljen zanesljiv način za shranjevanje vgrajene kode, preden sta EEPROM in Flash postala standard.
• Programski pomnilnik v osebnih računalnikih in kalkulatorjih: Običajno se uporablja za shranjevanje sistemske programske opreme in logičnih programov.
• Digitalni instrumenti: Najdemo jih v osciloskopih, testni opremi in merilnih napravah, ki so zahtevale stabilno shranjevanje programov.
• Kompleti za izdelavo prototipov in usposabljanje: Priljubljeni v izobraževalnih in razvojnih okoljih, ker je mogoče podatke večkrat izbrisati in ponovno napisati za testiranje.
EEPROM
• Shramba BIOS/UEFI v računalnikih: vsebuje pomembna navodila za zagon sistema in jo je mogoče posodobiti brez zamenjave strojne opreme.
• Podatki o umerjanju senzorjev: uporabljajo se v avtomobilskih in industrijskih sistemih za shranjevanje natančno nastavljenih kalibracijskih vrednosti, ki jih je treba občasno posodobiti.
• Telekomunikacijske naprave: Omogoča terensko rekonfiguracijo modemov, usmerjevalnikov in baznih postaj brez zamenjave čipa.
• Pametne kartice in oznake RFID: Zagotavlja varen, neobstojen pomnilnik za preverjanje pristnosti, upravljanje identitete in podatke o transakcijah.
Medicinski pripomočki: Shranjuje parametre, specifične za pacienta, in konfiguracijske podatke v instrumente, kot so merilniki glukoze ali srčni spodbujevalniki.
PROM proti EPROM proti EEPROM
| Funkcija | MATURANTSKI PLES | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|---|
| Programiranje | Samo enkratno: Podatki se trajno zapišejo med začetnim programiranjem. | Prepisljivo z UV svetlobo: Zahteva odstranitev in ponovno programiranje z visoko napetostjo. | Električno prepisljivo: Podpira reprogramiranje neposredno na vezju. |
| Izbris | Ni mogoče: Ko so podatki zapisani, jih ni mogoče spremeniti ali odstraniti. | Izbris celotnega čipa: Celoten pomnilnik je treba izbrisati z UV izpostavljenostjo skozi kremenčevo okno. | Selektivno brisanje: Po potrebi lahko izbriše na ravni bajtov ali celoten čip. |
| Možnost vnovične uporabe | Ne: Po programiranju ni mogoče ponovno uporabiti. | Da: Večkrat izbrisano in ponovno napisano (vendar omejeno). | Da: Visoka prilagodljivost s pogostimi posodobitvami. |
| Vzdržljivost | 1 cikel (napišite enkrat). | Približno 100–1.000 ciklov pred obrabo naprave. | Okoli 1.000.000 ciklov, veliko več kot EPROM. |
| Uporaba v krogu | Ne: Pred namestitvijo je treba programirati. | Ne: Odstraniti ga je treba za UV izbris in reprogramiranje. | Da: podpira posodobitve v vezju, zaradi česar je idealen za sodobne sisteme. |
| Stroški | Nizko: Zelo poceni na bit. | Zmerno: Dražje od PROM-a, vendar cenovno dostopno v svoji dobi. | Višji na bit: Dražji od PROM/EPROM, vendar ponuja vrhunsko prilagodljivost. |
EPROM v primerjavi z EEPROM v primerjavi z bliskovnim pomnilnikom
| Funkcija | EPROM | EEPROM | Bliskovni pomnilnik |
|---|---|---|---|
| Metoda izbrisa | UV svetloba skozi kremenovo okno | Električni, bajtni | Električni, na ravni blokov/strani |
| Programiranje | Zahteva odstranitev + visokonapetostni programer | In-tokokrog, električno reprogramiranje | Tokokrog, električno reprogramiranje |
| Možnost vnovične uporabe | Da, vendar počasi in neprijetno | Da, možne so pogoste posodobitve | Da, optimizirano za obsežne prepise |
| Vzdržljivost | \~100–1.000 ciklov | \~1.000.000 ciklov | \~10.000–100.000 ciklov (odvisno od vrste) |
| Hitrost | Zelo počasno (UV brisanje: 15–20 min) | Zmerno (počasnejše pisanje kot branje) | Hitra (blok operacije, večja prepustnost) |
| Zmogljivost | Majhna (obseg KB–MB) | Majhna do srednja (razpon KB–MB) | Zelo visoka (razpon MB–TB) |
| Cena na bit | Zmerno (zgodovinsko) | Višja | Nizka (standard množičnega shranjevanja) |
| Tipična uporaba | Starejši sistemi, izdelava prototipov, izobraževanje | BIOS, kalibracijski podatki, varne naprave | USB pogoni, SSD-ji, SD kartice, pametni telefoni, mikrokrmilniki |
Zaključek
EPROM in EEPROM sta bila mejnika v pomnilniški tehnologiji, ki je služila kot most do naprednejših rešitev za shranjevanje, kot je Flash. EPROM je ponudil praktičen način za reprogramiranje naprav v svoji dobi, medtem ko je EEPROM uvedel večjo prilagodljivost z in-circuit in selektivnimi posodobitvami. Danes EEPROM ostaja pomemben za shranjevanje majhnih, vendar kritičnih podatkov, medtem ko Flash prevladuje v obsežnih potrebah po shranjevanju. S primerjavo teh vrst pomnilnikov dobite jasno sliko o tem, kako je tehnologija napredovala in zakaj EEPROM še vedno najde svoje mesto v sodobni elektroniki.
Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ]
Zakaj je EEPROM boljši od EPROM?
EEPROM je boljši, ker omogoča električno reprogramiranje v vezju, podpira brisanje na ravni bajtov in odpravlja potrebo po UV svetlobi ali odstranjevanju čipov. Zaradi tega je bolj prilagodljiv in priročen kot EPROM.
Ali je pomnilnik Flash enak EEPROM?
Ne. Flash pomnilnik temelji na tehnologiji EEPROM, vendar je optimiziran za visoko gostoto in brisanje na ravni blokov/strani. EEPROM omogoča brisanje na ravni bajtov, medtem ko je Flash hitrejši in cenejši na bit, zaradi česar je idealen za množično shranjevanje.
Kako dolgo lahko EEPROM in EPROM hranita podatke?
Oba lahko običajno hranita podatke 10–20 let, čeprav je vzdržljivost EPROM omejena na ~ 100–1.000 ciklov, medtem ko lahko EEPROM traja do ~ 1.000.000 ciklov.
Zakaj EPROM potrebuje kvarčno okno?
Kremenovo okno omogoča, da UV svetloba prodre v čip in izbriše shranjene naboje iz plavajočih vrat. Brez tega prozornega okna izbris ne bi bil mogoč.
Kje se EEPROM še danes uporablja?
EEPROM se pogosto uporablja v vdelani programski opremi BIOS/UEFI, kalibraciji senzorjev, oznakah RFID, pametnih karticah, medicinskih pripomočkih in industrijski opremi, kjer so potrebne selektivne posodobitve.