Eeprom – Co to jest i do czego służy?

Czas czytania: 4 min.

EEPROM to jeden z najbardziej popularnych układów pamięci półprzewodnikowych, jaki możemy spotkać w komputerach i szeroko rozumianej technice mikroprocesorowej.

EEPROM - definicja podstawowa

EEPROM to skrót od angielskiego Electrically Erasable Programmable Read Only Memory co oznacza pamięć tylko do odczytu kasowalną prądem elektrycznym. EEPROM to rodzaj nieulotnej pamięci ROM – oznacza to, że po wyłączeniu zasilania, dane z tej z pamięci nie zostają utracone, tak jak ma to miejsce w przypadku statycznej pamięci RAM. Pamięć EEPROM umożliwia kasowanie i przeprogramowywanie poszczególnych bajtów danych. Dlatego chipy EEPROM są znane jako układy wymazywalne bajtami. EEPROM jest zwykle używany do przechowywania niewielkich ilości danych w komputerach i innych urządzeniach elektronicznych, np. w systemach wbudowanych opartych na mikrokontrolerach AVR czy ARM.

Pamięć EEPROM – rys historyczny

Pamięć EEPROM była opracowywana pod koniec lat 70. i na początku lat 80. przez naukowców z Hughes Aircraft i Intel i była używana jako zamiennik pamięci EPROM (kasowalna programowalna pamięć tylko do odczytu) i PROM (programowalna pamięć tylko do odczytu). Przed zastosowaniem pamięci EEPROM szeroko stosowano technologię EPROM. Układy pamięci EPROM można było zaprogramować, a następnie wymazać pod wpływem światła ultrafioletowego. Jednak chipów nie można było wymazać elektrycznie. A proces kasowania pamięci EPROM trwał ponad godzinę, co było akceptowalne w ówczesnych środowiskach programistycznych, ale pozostawiało niewielką elastyczność dla potencjalnie szybszych środowisk przyszłości. Z czasem, technologia EEPROM ewoluowała, aby sprostać tym wyzwaniom. W oparciu o istniejącą strukturę EPROM, EEPROM można kasować i programować elektrycznie. Większość układów EEPROM ma żywotność od 10 000 do 100 000 cykli zapisu, czyli znacznie więcej niż cykle zapisu układów EPROM. Co ciekawe, znany jest przypadek, w którym jeden z użytkowników eksperymentalnie nadpisywał pamięć EEPROM w mikrokontrolerze AVR, która według producenta powinna prawidłowo działać do 100 000 cykli zapisu. W tym przypadku, pamięć EEPROM ,,poddała się” po ok. 4 milionach nadpisaniach zawartości.

Technologia półprzewodnikowa stosowana w pamięciach EEPROM

W pamięciach EEPROM, wykorzystywane są tranzystory z ruchomą bramką lub pamięcią przechowującą ładunek, podczas gdy tranzystor o strukturze metal-tlenek-krzem (MOS) służy do usuwania ładunku. Tranzystory z pływającą bramką (FGT) to komplementarne komórki bitowe oparte na technologii MOS. Kiedy na bramce pływającej nie ma ładunku, impuls na bramce sterującej powoduje przepływ prądu. W tym momencie tranzystor zachowuje się normalnie. Kiedy bramka jest naładowana, powoduje to blokowanie lub utrudnia działanie bramki sterującej, a prąd przestaje płynąć. Aby rozładować pojemność bramki, zaciski źródła i drenu muszą zostać zwarte, a odpowiednie napięcie musi być umieszczone w tunelu bramki sterującej przez tlenek do bramki pływającej. Stan naładowany/nienaładowany jest określany przez elektrony uwięzione w bramce, która następnie określa, czy zawartość bramki będzie miała bit 0, czy 1. Napięcie wsteczne kierowane z innego tranzystora powoduje rozproszenie ładunku w podłożu, w konsekwencji powodując rozładowanie bramki.

Rys. 1 – pojedyncza komórka pamięci EEPROM

Rodzaje pamięci EEPROM

Typowo rozróżniamy dwa rodzaje pamięci EEPROM, tj. pamięć szeregową i równoległą.

Szeregowa pamięć EEPROM

Szeregowe chipy EEPROM mogą być umieszczone w małej ośmiopinowej obudowie, dzięki czemu są gęstsze niż równoległe chipy EEPROM. Chipy szeregowe są również tańsze. Wadą jest to, że dane są przesyłane szeregowo, a zatem wolno. Ponadto ich działania są bardziej złożone.

Dostępnych jest wiele standardowych typów interfejsów dla szeregowej pamięci EEPROM:

  • SPI
  • I2C
  • Microwire
  • UNI/O
  • 1-Wire

Każdy z powyższych interfejsów wymaga czterech osobnych sygnałów sterujących.

Protokół szeregowy EEPROM składa się z trzech faz:

  • faza kodu operacji
  • faza adresowania
  • faza danych

Równoległa pamięć EEPROM

Równoległy układ EEPROM jest kompatybilny zarówno z urządzeniami pamięci EPROM, jak i flash. Jego mechanizm przesyłania danych jest szybszy i bardziej niezawodny niż mechanizm w szeregowej pamięci EEPROM. Ma jednak większą liczbę pinów, co zwiększa jego rozmiar, gęstość i koszt. Z tych powodów równoległa pamięć EEPROM nie jest tak szeroko stosowana jak szeregowa pamięć EEPROM lub pamięć flash.

Tryby awaryjne dla pamięci EEPROM

Podobnie jak w przypadku wszystkich urządzeń komputerowych i elektronicznych, chipy EEPROM nie są odporne na awarie. Istnieją dwa kluczowe tryby, w których urządzenia EEPROM mogą ulec awarii:

– Tryb przetrzymania danych – Podczas operacji przepisywania komórki bitowe w pamięci EEPROM utkną w zaprogramowanym stanie. Dzieje się tak, ponieważ FGT gromadzi uwięzione elektrony. Ponieważ coraz więcej elektronów zostaje uwięzionych, próg „stanu zerowego” nie może zostać wykryty, a komórki pozostają na stałe w zaprogramowanym stanie, co może spowodować awarię chipa. Dlatego producenci pamięci EEPROM określają minimalną i maksymalną liczbę cykli przepisywania.

– Tryb podtrzymania danych – Architektura EEPROM jest ustawiona tak, aby umożliwić elektronom wstrzykniętym do pływającej bramki dryfowanie przez izolator, który nie jest idealnym izolatorem. To pływanie powoduje utratę ładunku, co powoduje wymazanie niektórych danych i powrót komórki pamięci do stanu wymazanego. Z tego powodu producenci gwarantują ograniczony czas przechowywania danych przez określoną liczbę lat – np. 10 lat. Czynniki środowiskowe, takie jak temperatura, mogą również skrócić czas przechowywania danych w pamięci EEPROM.

Pamięci EEPROM - zalety i wady

Jedną z największych zalet pamięci EEPROM jest to, że można ją wielokrotnie przeprogramowywać. Przechowywane dane są nieulotne i można je usuwać bajt po bajcie. A ponieważ wymazywanie odbywa się elektrycznie, jest niemal natychmiastowe. W przeciwieństwie do EPROM, chipy EEPROM nie muszą być wyjmowane z komputera w celu ich modyfikacji. Pomimo tych zalet, pamięć EEPROM ma również pewne wady. Jest droższa niż PROM i EPROM i ma ograniczony czas przechowywania danych. Ponadto koszt może być wadą dla systemów wykorzystujących szeregowe chipy EEPROM. Ponadto cykle odczytu/zapisu w pamięci EEPROM są wolniejsze niż cykle w pamięci RAM. Aby to uwzględnić, ważne jest, aby używać danych przechowywanych w pamięci EEPROM w sposób, który nie spowalnia działania systemu. Wreszcie, do kasowania, odczytu i zapisu danych z lub na EEPROM wymagane są różne napięcia. Jednak nowsze chipy EEPROM zawierają źródło wysokiego napięcia w samym chipie, eliminując potrzebę stosowania oddzielnego źródła wysokiego napięcia. Ponieważ chipy te mogą działać z jednego źródła, upraszcza to projekt i zmniejsza koszty. Pomimo wad, pamięć EEPROM jest szeroko stosowana, szczególnie w aplikacjach, w których liczba cykli odczytu/zapisu jest ograniczona.

Jak oceniasz ten wpis blogowy?

Kliknij gwiazdkę, aby go ocenić!

Średnia ocena: 4.7 / 5. Liczba głosów: 15

Jak dotąd brak głosów! Bądź pierwszą osobą, która oceni ten wpis.

Podziel się:

Picture of Sandra Marcinkowska

Sandra Marcinkowska

Żywiołowa i zwariowana – tak opisaliby ją chyba wszyscy, z którymi miała kontakt. Bomba energetyczna, która pomaga w każdy „gorszy dzień”. Nie ma czasu na narzekanie, bierze życie pełnymi garściami. Interesuje się wszystkim co praktyczne i ułatwiające życie. Kocha gadżety.

Zobacz więcej:

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Ze względów bezpieczeństwa wymagane jest korzystanie z usługi Google reCAPTCHA, która podlega Polityce Prywatności oraz Warunkom użytkowania.