Mälutehnoloogiad, nagu EPROM ja EEPROM, on digitaalsete süsteemide arengus nõutud. Mõlemad on püsimälu tüübid, mis on loodud teabe säilitamiseks isegi siis, kui toide on välja lülitatud, kuid need erinevad oluliselt andmete salvestamise, kustutamise ja värskendamise viisi poolest. Nende erinevuste mõistmine on vajalik kõigile, kes töötavad manussüsteemidega. See artikkel selgitab, kuidas EPROM ja EEPROM töötavad, võrdleb nende funktsioone ning uurib nende eeliseid, piiranguid ja rakendusi.
Mis on EEPROM?
EEPROM tähistab elektriliselt kustutatavat programmeeritavat kirjutuskaitstud mälu. See on teatud tüüpi püsimälu, mis tähendab, et see säilitab salvestatud teabe isegi siis, kui seade on välja lülitatud.
EEPROM-i peamine eelis on selle elektrilise ümberprogrammeerimise võime. Andmeid saab kustutada ja ümber kirjutada otse trükkplaadile, kasutades kontrollitud pingesignaale, välistades vajaduse kiipi füüsiliselt eemaldada. Erinevalt varasematest ROM-i tüüpidest, mis nõudsid täielikku kustutamist, toetab EEPROM baitide tasemel kustutamist, nii et konkreetseid baite saab värskendada ilma ülejäänud mälu häirimata.
See muudab EEPROM-i väga sobivaks väikeste, kuid oluliste andmete, näiteks konfiguratsiooniseadete, kalibreerimisväärtuste või püsivara parameetrite salvestamiseks, mida võib olla vaja süsteemi elutsükli jooksul mitu korda muuta.
Mis on EPROM?
EPROM tähistab kustutatavat programmeeritavat kirjutuskaitstud mälu. Nagu EEPROM, on see püsimälu, mis tähendab, et salvestatud andmed jäävad puutumatuks ka siis, kui toide on välja lülitatud. Kuid see kasutab elektriliselt kustutatavate tüüpidega võrreldes teistsugust kustutamismeetodit.
EPROM-kiip on pakendatud kvartsklaasist aknaga, mis paljastab sees oleva räni. Ultraviolettkiirguse (UV) mõjul tühjeneb mäluelementidesse salvestatud laeng, kustutades andmed tõhusalt. See protsess võtab tavaliselt 15–20 minutit UV-kiirgust. Andmete uuendamiseks või ümberkirjutamiseks tuleb kiip esmalt vooluringist eemaldada, UV-valguse käes kustutada ja seejärel asetada spetsiaalsesse programmi, mis kasutab suhteliselt kõrgeid programmeerimispingeid (12–24 V). Pärast kustutamist naasevad kõik mälurakud oma algsesse olekusse ja saab kirjutada uusi andmeid.
EPROM vs. EEPROM: omaduste võrdlus
| Aspekt | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|
| Kustutamise meetod | UV-valgus läbi kvartsist akna | Elektrilised pingeimpulsid |
| Ümberprogrammeerimine | Nõuab eemaldamist + väline programmeerija | Vooluringis, eemaldamist pole vaja |
| Granulaarsus | Kogu kiip kustutatakse korraga | Baitide tasemel kustutamine võimalik |
| Andmete säilitamine | 10–20 aastat | 10+ aastat |
| Kasutamise lihtsus | Vajalik on aeglane väline riistvara | Kiirem, lihtsam, ilma lisaseadmeta |
EPROMi ja EEPROMi sisemine struktuur ja tööpõhimõte
Nii EPROM kui ka EEPROM on üles ehitatud ujuvväravaga MOSFET-transistoridele, mis kasutavad elektronide püüdmiseks või vabastamiseks isoleeritud väravat. Salvestatud laengu olemasolu või puudumine määrab, kas mäluelement tähistab loogikat "0" või "1".
• EPROM: Programmeerimine saavutatakse kõrgepinge rakendamisega, mis sunnib elektronid ujuvväravasse kuumakandja süstimise kaudu. Kui need elektronid on lõksu jäänud, jäävad need aastateks, muutes andmed püsimatuks. Mälu kustutamiseks puutub kiip kokku ultraviolettkiirgusega (UV), mis annab energiat, mis on vajalik lõksu jäänud elektronide vabastamiseks läbi kvartsakna. See lähtestab kõik lahtrid korraga.
• EEPROM: UV-valguse asemel tugineb EEPROM Fowler-Nordheimi tunneldamisele, kvanttunneliefektile, mis võimaldab elektronidel liikuda ujuvväravasse või sealt välja kontrollitud elektriväljade all. See mehhanism toetab elektrilist kustutamist otse trükkplaadil, võimaldades selektiivseid, baiditaseme värskendusi ja kiiremat ümberprogrammeerimist ilma kiipi füüsiliselt eemaldamata.
EEPROM-i ja EPROM-i plussid ja miinused
| Aspekt | EEPROM | EPROM |
|---|---|---|
| Plussid | • Toetab vooluringisisest programmeerimist (eemaldamist pole vaja) • Baiditasemel kustutamine valikuliste värskenduste jaoks • Saadaval jadaversioonides (I²C, SPI) ja paralleelversioonides • Kõrge vastupidavus (\~1 miljon kirjutamis-/kustutamistsüklit) • Usaldusväärne andmete säilitamine (10–20 aastat) | •Püsiv, pika andmesäilitusega (10–20 aastat) • Korduvkasutatav, erinevalt ühekordsest ROM-ist • Kulutõhus oma parimal ajastul • Sobib varajaseks prototüüpimiseks ja arendamiseks |
| Miinused | •Kallim kui EPROM • Vastupidavus on piiratud võrreldes tänapäevase Flashiga• Kirjutamistoimingud aeglasemad kui lugemised • Tavaliselt väiksem maht kui Flash | • Ainult täielik kiibi kustutamine (valikuline redigeerimine puudub) • Kustutamiseks on vaja UV-valgust ja kvartsiakent • Aeglane kustutamisaeg (15–20 minutit) • Vajab välist kõrgepingeprogrammeerijat • Haavatav juhusliku UV-kiirguse suhtes |
EPROM-i ja EEPROM-i rakendused elektroonikas
EPROM
• Püsivara salvestamine varajastes mikrokontrollerites: pakkus usaldusväärset viisi manustatud koodi salvestamiseks enne EEPROM-i ja Flashi standardiks saamist.
• Personaalarvutite ja kalkulaatorite programmimälu: kasutatakse tavaliselt süsteemitarkvara ja loogikaprogrammide hoidmiseks.
• Digitaalsed instrumendid: leidub ostsilloskoopides, testimisseadmetes ja mõõteseadmetes, mis vajasid stabiilset programmi salvestamist.
• Prototüüpimis- ja koolituskomplektid: eelistatakse haridus- ja arenduskeskkondades, kuna andmeid saab testimiseks mitu korda kustutada ja ümber kirjutada.
EEPROM
• BIOS/UEFI salvestusruum arvutites: sisaldab olulisi süsteemi käivitamise juhiseid ja seda saab värskendada ilma riistvara vahetamata.
• Anduri kalibreerimisandmed: kasutatakse auto- ja tööstussüsteemides peenhäälestatud kalibreerimisväärtuste salvestamiseks, mis vajavad aeg-ajalt värskendamist.
• Telekommunikatsiooniseadmed: võimaldab modemite, ruuterite ja tugijaamade väljal ümberkonfigureerimist ilma kiibi vahetamiseta.
• Kiipkaardid ja RFID-sildid: pakub turvalist, püsimälu autentimiseks, identiteedihalduseks ja tehinguandmeteks.
Meditsiiniseadmed: salvestab patsiendispetsiifilisi parameetreid ja konfiguratsiooniandmeid seadmetesse, nagu glükoosimonitorid või südamestimulaatorid.
PROM vs. EPROM vs. EEPROM
| Motiiv | PROM | EPROM | EEPROM |
|---|---|---|---|
| Programmeerimine | Ainult ühekordne: andmed kirjutatakse püsivalt esmase programmeerimise ajal. | UV-valgusega uuesti kirjutatav: nõuab eemaldamist ja ümberprogrammeerimist kõrgepingega. | Elektriliselt ümberkirjutatav: Toetab ümberprogrammeerimist otse trükkplaadil. |
| Kustutamine | Pole võimalik: kui andmed on kirjutatud, ei saa neid muuta ega eemaldada. | Kogu kiipi hõlmav kustutamine: kogu mälu tuleb kustutada, kasutades UV-kiirgust läbi kvartsakna. | Valikuline kustutamine: Saab kustutada baitide tasemel või kogu kiibi vastavalt vajadusele. |
| Korduvkasutatavus | Ei: Ei saa pärast programmeerimist uuesti kasutada. | Jah: kustutatud ja mitu korda ümber kirjutatud (kuid piiratud). | Jah: suur paindlikkus ja sagedaste uuendustega. |
| Vastupidavus | 1 tsükkel (kirjutage üks kord). | Umbes 100–1,000 tsüklit enne seadme kulumist. | Umbes 1 000 000 tsüklit, mis on palju kõrgem kui EPROM. |
| Vooluringis kasutamine | Ei: Enne paigaldamist tuleb programmeerida. | Ei: UV-kiirguse kustutamiseks ja ümberprogrammeerimiseks tuleb eemaldada. | Jah: Toetab vooluringisiseseid värskendusi, muutes selle ideaalseks kaasaegsete süsteemide jaoks. |
| Maksma | Madal: Väga odav biti kohta. | Mõõdukas: Kallim kui PROM, kuid omal ajastul taskukohane. | Kõrgem biti kohta: Kallim kui PROM/EPROM, kuid pakub suurepärast paindlikkust. |
EPROM vs. EEPROM vs. välkmälu
| Motiiv | EPROM | EEPROM | Välkmälu |
|---|---|---|---|
| Kustutamise meetod | UV-valgus läbi kvartsist akna | Elektriline, baitide tasemel | Elektriline, ploki/lehekülje tasemel |
| Programmeerimine | Nõuab eemaldamist + kõrgepinge programmeerija | Vooluringis, elektriline ümberprogrammeerimine | Vooluringis, elektriline ümberprogrammeerimine |
| Korduvkasutatavus | Jah, aga aeglane ja ebamugav | Jah, sagedased värskendused on võimalikud | Jah, optimeeritud suuremahuliste ümberkirjutamiste jaoks |
| Vastupidavus | \~100–1 000 tsüklit | \~1 000 000 tsüklit | \~10 000–100 000 tsüklit (oleneb tüübist) |
| Kiirus | Väga aeglane (UV-kustutamine: 15–20 min) | Mõõdukas (aeglasem kirjutamine kui lugemine) | Kiire (plokktoimingud, suurem läbilaskevõime) |
| Mahutavus | Väike (KB–MB vahemik) | Väike kuni keskmine (KB–MB vahemik) | Väga kõrge (MB–TB vahemik) |
| Biti hind | Mõõdukas (ajalooline) | Kõrgem | Madal (massmälu standard) |
| Tüüpiline kasutamine | Pärandsüsteemid, prototüüpimine, haridus | BIOS, kalibreerimisandmed, turvalised seadmed | USB-draivid, SSD-d, SD-kaardid, nutitelefonid, mikrokontrollerid |
Järeldus
EPROM ja EEPROM olid mälutehnoloogia verstapostid, millest igaüks oli sillaks arenenumatele salvestuslahendustele, nagu Flash. EPROM pakkus oma ajastul praktilist viisi seadmete ümberprogrammeerimiseks, samas kui EEPROM tutvustas suuremat paindlikkust vooluahelasiseste ja valikuliste värskendustega. Tänapäeval on EEPROM endiselt oluline väikeste, kuid kriitiliste andmete salvestamiseks, samas kui Flash domineerib suuremahulistes salvestusvajadustes. Neid mälutüüpe võrreldes saate selge pildi sellest, kuidas tehnoloogia on arenenud ja miks EEPROM leiab endiselt oma koha kaasaegses elektroonikas.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Miks on EEPROM parem kui EPROM?
EEPROM on parem, kuna see võimaldab elektrilist ümberprogrammeerimist vooluringis, toetab baitide tasemel kustutamist ja välistab vajaduse UV-valguse või kiipide eemaldamise järele. See muudab selle paindlikumaks ja mugavamaks kui EPROM.
Kas välkmälu on sama mis EEPROM?
Ei. Välkmälu põhineb EEPROM-tehnoloogial, kuid on optimeeritud suure tiheduse ja plokkide/lehtede tasemel kustutamiseks. EEPROM võimaldab baitide tasemel kustutamist, samas kui Flash on biti kohta kiirem ja odavam, mistõttu on see ideaalne massmälu jaoks.
Kui kaua võivad EEPROM ja EPROM andmeid säilitada?
Mõlemad suudavad tavaliselt andmeid säilitada 10–20 aastat, kuigi EPROM-i vastupidavus on piiratud ~100–1,000 tsükliga, samas kui EEPROM võib kesta kuni ~1 000 000 tsüklit.
Miks vajab EPROM kvartsakent?
Kvartsist aken laseb UV-valgusel kiibist läbi tungida, et kustutada ujuvväravast salvestatud laengud. Ilma selle läbipaistva aknata poleks kustutamine võimalik.
Kus EEPROMi praegu veel kasutatakse?
EEPROM-i kasutatakse laialdaselt BIOS/UEFI püsivaras, andurite kalibreerimises, RFID-siltides, kiipkaartides, meditsiiniseadmetes ja tööstusseadmetes, kus on vaja valikulisi värskendusi.