СППЗУ
| памяти компьютера и хранения данных компьютера Типы |
|---|
| Неустойчивый |
| Энергонезависимый |
EPROM ( (реже EROM ), или стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство , представляет собой тип программируемого постоянного запоминающего устройства PROM) микросхемы , которая сохраняет свои данные при отключении питания. Память компьютера, которая может извлекать сохраненные данные после выключения и повторного включения источника питания, называется энергонезависимой . Это массив транзисторов с плавающим затвором, индивидуально программируемых электронным устройством, которое обеспечивает более высокое напряжение, чем обычно используемое в цифровых схемах. После программирования EPROM можно стереть, подвергнув его воздействию сильного источника ультрафиолетового (УФ) света (например, ртутной лампы ). СППЗУ легко узнать по прозрачному окну из плавленого кварца (или, на более поздних моделях, из смолы) в верхней части корпуса, через которое кремниевый чип и которое позволяет подвергать воздействию ультрафиолетового света во время стирания. виден [2] Его изобрел Дов Фроман в 1971 году. [3]
Операция
[ редактировать ]
Разработка ячейки памяти EPROM началась с исследования неисправных интегральных схем, в которых были нарушены соединения затворов транзисторов. Запасенный заряд на этих изолированных затворах меняет их пороговое напряжение .
После изобретения MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) Мохамедом Аталлой и Давоном Кангом из Bell Labs , представленного в 1960 году, Фрэнк Ванласс изучал структуры MOSFET в начале 1960-х годов. В 1963 году он заметил движение заряда через оксид на затвор . Хотя он и не реализовал эту идею, позже эта идея стала основой технологии EPROM. [4]
В 1967 году Давон Кан и Саймон Мин Се из Bell Labs предложили использовать плавающий затвор полевого МОП-транзистора в качестве ячейки перепрограммируемого ПЗУ (постоянного запоминающего устройства). [3] Опираясь на эту концепцию, Дов Фроман из Intel изобрел EPROM в 1971 году. [3] и получил патент США 3 660 819 в 1972 году. Фроман разработал Intel 1702, 2048-битное СППЗУ, о котором Intel объявила в 1971 году. [3]
Каждая ячейка памяти EPROM состоит из одного полевого транзистора . Каждый полевой транзистор состоит из канала в полупроводниковом корпусе устройства. Контакты истока и стока подведены к областям в конце канала. Над каналом выращивают изолирующий слой оксида, затем осаждают проводящий (кремниевый или алюминиевый) электрод затвора, а поверх электрода затвора наносят еще один толстый слой оксида. Электрод с плавающим затвором не имеет соединений с другими частями интегральной схемы и полностью изолирован окружающими слоями оксида. Наносится управляющий электрод затвора, и его покрывает дополнительный оксид. [5]
Для извлечения данных из EPROM адрес, представленный значениями на адресных выводах EPROM, декодируется и используется для подключения одного слова (обычно 8-битного байта) хранилища к выходным буферным усилителям . Каждый бит слова равен 1 или 0, в зависимости от того, включен или выключен запоминающий транзистор, является проводящим или непроводящим.
Коммутационное состояние полевого транзистора контролируется напряжением на управляющем затворе транзистора. Наличие напряжения на этом затворе создает в транзисторе проводящий канал, включая его. Фактически, накопленный заряд на плавающем затворе позволяет программировать пороговое напряжение транзистора.
Для хранения данных в памяти необходимо выбрать заданный адрес и подать на транзисторы более высокое напряжение. При этом создается лавинный разряд электронов, у которых достаточно энергии, чтобы пройти через изолирующий оксидный слой и накопиться на электроде затвора. Когда высокое напряжение снимается, электроны задерживаются на электроде. [6] Из-за высокой изоляции оксида кремния, окружающего затвор, накопленный заряд не может легко утечь, а данные могут храниться десятилетиями.
Процесс программирования не является электрически обратимым. Чтобы стереть данные, хранящиеся в массиве транзисторов, на кристалл направляют ультрафиолетовый свет . Фотоны УФ-излучения вызывают ионизацию оксида кремния, что позволяет рассеивать накопленный заряд на плавающем затворе. Поскольку весь массив памяти открыт, вся память стирается одновременно. Процесс занимает несколько минут для УФ-ламп удобных размеров; солнечный свет сотрет чип за несколько недель, а люминесцентное освещение в помещении — за несколько лет. [7] Как правило, EPROM необходимо удалять из оборудования, подлежащего стиранию, поскольку обычно нецелесообразно встраивать УФ-лампу для стирания частей в цепи. Электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (EEPROM) было разработано для обеспечения функции электрического стирания и в настоящее время в основном вытесняет части, стираемые ультрафиолетом.
Подробности
[ редактировать ]
Поскольку изготовление кварцевого окна дорогое, были введены чипы OTP (одноразово программируемые); здесь кристалл установлен в непрозрачном корпусе, поэтому его нельзя стереть после программирования – это также устраняет необходимость тестирования функции стирания, что еще больше снижает затраты. Выпускаются OTP-версии как EPROM, так и микроконтроллеров на его основе. Однако OTP EPROM (отдельная или часть более крупного чипа) все чаще заменяется EEPROM для небольших размеров, где стоимость ячейки не слишком важна, и флэш-памятью для больших размеров.
Запрограммированная СППЗУ сохраняет свои данные минимум десять-двадцать лет. [8] при этом многие из них все еще сохраняют данные через 35 и более лет, и их можно читать неограниченное количество раз, не влияя на срок службы. Окошко стирания должно быть закрыто непрозрачной этикеткой, чтобы предотвратить случайное стирание под воздействием УФ-излучения, возникающего при солнечном свете или вспышках фотокамеры. старых ПК Микросхемы BIOS часто представляли собой EPROM, а окно стирания часто закрывалось клейкой этикеткой, содержащей имя издателя BIOS, версию BIOS и уведомление об авторских правах. Часто эту этикетку покрывали фольгой, чтобы обеспечить ее непрозрачность для УФ-излучения.
Стирание EPROM начинает происходить при длинах волн короче 400 нм . Время воздействия солнечного света в течение одной недели или трех лет при комнатном флуоресцентном освещении может привести к стиранию данных. Рекомендуемая процедура стирания — воздействие УФ-излучения с длиной волны 253,7 нм мощностью не менее 15 Вт/см. 2 , обычно достигается за 20–30 минут при использовании лампы на расстоянии около 2,5 см. [9]
Стирание также можно выполнить с помощью рентгеновских лучей :
Однако стирание должно осуществляться неэлектрическими методами, поскольку электрод затвора недоступен электрически. Попадание ультрафиолетового света на любую часть неупакованного устройства заставляет фототок течь от плавающего затвора обратно к кремниевой подложке, тем самым разряжая затвор в исходное, незаряженное состояние ( фотоэлектрический эффект ). Этот метод стирания позволяет полностью протестировать и исправить сложный массив памяти перед окончательной запечаткой упаковки. После того, как упаковка запечатана, информацию все равно можно стереть, подвергнув ее рентгеновскому излучению, превышающему 5*10. 4 рад , [а] доза, которую легко получить с помощью коммерческих генераторов рентгеновского излучения. [10]
Другими словами, чтобы стереть СППЗУ, вам сначала придется просвечивать ее, а затем помещать в печь при температуре около 600 градусов по Цельсию (чтобы отжечь изменения полупроводника, вызванные рентгеновскими лучами). Влияние этого процесса на надежность детали потребовало бы тщательного тестирования, поэтому вместо этого они остановили свой выбор на окне. [11]
СППЗУ имеют ограниченное, но большое количество циклов стирания; диоксид кремния вокруг затворов накапливает повреждения от каждого цикла, что делает чип ненадежным после нескольких тысяч циклов. Программирование EPROM происходит медленно по сравнению с другими формами памяти. Поскольку детали с более высокой плотностью имеют мало открытого оксида между слоями межсоединений и затвора, стирание ультрафиолетом становится менее практичным для очень больших памятей. Даже пыль внутри упаковки может помешать стиранию некоторых ячеек. [12]
Приложение
[ редактировать ]Для больших объемов деталей (тысячи штук и более) ПЗУ с программированием по маске являются самыми дешевыми в производстве устройствами. Однако на их изготовление уходит много недель, поскольку графическое оформление или дизайн слоя маски IC или фотомаски должны быть изменены для хранения данных в ПЗУ. Первоначально считалось, что EPROM будет слишком дорогим для использования в массовом производстве и что его можно будет ограничить только разработкой. Вскоре было обнаружено, что мелкосерийное производство деталей из EPROM экономически выгодно, особенно если принять во внимание преимущество быстрого обновления прошивки.
Некоторые микроконтроллеры , существовавшие до эпохи EEPROM и флэш-памяти , использовали встроенное EPROM для хранения своей программы. К таким микроконтроллерам относятся некоторые версии Intel 8048 , Freescale 68HC11 и версии «C» микроконтроллера PIC . Как и микросхемы EPROM, такие микроконтроллеры выпускались в оконных (дорогих) версиях, которые использовались для отладки и разработки программ. Этот же чип поступил в производство в (несколько более дешевых) непрозрачных OTP-корпусах. Если оставить кристалл такого чипа под воздействием света, это также может неожиданным образом изменить поведение при переходе от части с окнами, используемой для разработки, к части без окон для производства.
Поколения, размеры и типы EPROM
[ редактировать ]Устройства первого поколения 1702 были изготовлены по технологии p-MOS . Они питались V CC = V BB = +5 В и V DD = V GG = -9 В в режиме чтения и V DD = V GG = -47 В в режиме программирования. [13] [14]
Устройства второго поколения 2704/2708 перешли на технологию n-MOS и на трехрельсовый источник питания V CC = +5 В, V BB = -5 В, В DD = +12 В с напряжением V PP = 12 В и +25 В. Импульс V в режиме программирования.
Развитие технологии n-MOS привело к появлению однорельсового V CC источника питания = +5 В и одиночного V PP = +25 В. [15] программирование напряжения без импульса в третьем поколении. Ненужные контакты VBB и V DD были повторно использованы для дополнительных битов адреса, что позволило увеличить емкость (2716/2732) в том же 24-контактном корпусе и еще большую емкость в корпусах большего размера. Позже снижение стоимости технологии КМОП позволило производить с ее использованием те же устройства, добавив к номерам устройств букву «С» (27xx(x) — n-MOS, а 27Cxx(x) — CMOS).
Хотя детали одного и того же размера от разных производителей совместимы в режиме чтения, разные производители добавили разные, а иногда и несколько режимов программирования, что привело к небольшим различиям в процессе программирования. Это побудило устройства большей емкости ввести «режим подписи», позволяющий программисту EPROM идентифицировать производителя и устройство. Это было реализовано путем подачи +12 В на контакт A9 и считывания двух байтов данных. Однако, поскольку это не было универсальным, программное обеспечение программатора также позволяло вручную настраивать производителя и тип устройства чипа для обеспечения правильного программирования. [16]
| Тип СППЗУ | Год | Размер — бит | Размер — байты | Длина ( шестнадцатеричный ) | Последний адрес ( шестнадцатеричный ) | Технология |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1702, 1702А | 1971 | 2 Кбит | 256 | 100 | ФФ | ПМОП |
| 2704 | 1975 | 4 Кбит | 512 | 200 | 1FF | НМОП |
| 2708 | 1975 | 8 Кбит | 1 КБ | 400 | 3FF | НМОП |
| 2716, 27С16, ТМС2716, 2516 | 1977 | 16 Кбит | 2 КБ | 800 | 7FF | НМОП/КМОП |
| 2732, 27С32, 2532 | 1979 | 32 Кбит | 4 КБ | 1000 | ФФФ | НМОП/КМОП |
| 2764, 27C64, 2564 | 64 Кбит | 8 КБ | 2000 | 1ФФФ | НМОП/КМОП | |
| 27128, 27С128 | 128 Кбит | 16 КБ | 4000 | 3ФФФ | НМОП/КМОП | |
| 27256, 27С256 | 256 Кбит | 32 КБ | 8000 | 7ФФФ | НМОП/КМОП | |
| 27512, 27C512 | 512 Кбит | 64 КБ | 10000 | ФФФФ | НМОП/КМОП | |
| 27С010, 27С100 | 1 Мбит | 128 КБ | 20000 | 1FFFF | КМОП | |
| 27C020 | 2 Мбит | 256 КБ | 40000 | 3FFFF | КМОП | |
| 27C040, 27C400, 27C4001 | 4 Мбит | 512 КБ | 80000 | 7FFFF | КМОП | |
| 27C080 | 8 Мбит | 1 МБ | 100000 | ФФФФФ | КМОП | |
| 27С160 | 16 Мбит | 2 МБ | 200000 | 1ФФФФФ | КМОП | |
| 27С320, 27С322 | 32 Мбит | 4 МБ | 400000 | 3ФФФФФ | КМОП |
Галерея
[ редактировать ]-
СППЗУ 32 КБ (256 Кбит). -
Микроконтроллер 8749 хранит свою программу во внутренней СППЗУ. -
NEC 02716, СППЗУ 16 Кбит
См. также
[ редактировать ]- Программируемое ПЗУ
- ЭСППЗУ
- Флэш-память
- Intel HEX — формат файла
- SREC - Формат файла
- Программы (аппаратное обеспечение)
Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Texas Instruments (1997), TMS27C040 524 288 С 8-битной УФ-стираемой памятью TMS27PC040 524 288 с 8-битной программируемой постоянной памятью
- ^ «История ЦП — EPROM» . www.cpushack.com . Проверено 12 мая 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д «1971: Представлено многоразовое полупроводниковое ПЗУ» . Музей истории компьютеров . Проверено 19 июня 2019 г.
- ^ "Люди" . Кремниевый двигатель . Музей истории компьютеров . Проверено 17 августа 2019 г.
- ^ Сах 1991 , с. 639.
- ^ Оклобдзия, Вожин Г. (2008). Цифровой дизайн и производство . ЦРК Пресс. стр. 5–17. ISBN 978-0-8493-8602-2 .
- ^ Айерс, Джон Э (2004), Цифровые интегральные схемы: анализ и проектирование , CRC Press, стр. 591, ISBN 0-8493-1951-Х .
- ^ Горовиц, Пол ; Хилл, Уинфилд (1989), Искусство электроники (2-е изд.), Кембридж: Издательство Кембриджского университета, стр. 817 , ISBN 0-521-37095-7 .
- ^ «Техническое описание M27C512» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 6 сентября 2018 г. Проверено 7 октября 2018 г.
- ^ Фроман, Дов (10 мая 1971 г.), Electronics Magazine (статья) .
- ^ Марголин Дж. (8 мая 2009 г.). «ЭПРОМ» . .
- ^ Сах 1991 , с. 640.
- ^ «Intel 1702A 2K (256 x 8) УФ-стираемый ПРОМ» (PDF) .
- ^ «Программируемое постоянное запоминающее устройство AMD Am1702A на 256 слов и 8 бит» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 января 2018 г. Проверено 19 января 2018 г.
- ^ «16K (2K x 8) ПРОМЫШЛЕННЫЙ УФ-Стираемый» (PDF) . amigan.yatho.com . Интел. Архивировано из оригинала (PDF) 13 сентября 2020 года . Проверено 18 апреля 2020 г.
- ^ Комиссия по международной торговле США, изд. (октябрь 1998 г.). Определенные СППЗУ, ЭСППЗУ, флэш-память и флэш-микроконтроллеры, полупроводниковые устройства и изделия, содержащие их, инв. 337-ТА-395 . Издательство Диана. стр. 51–72. ISBN 1-4289-5721-9 . Подробности метода Silicon Signature SEEQ, используемого программистом устройства для считывания идентификатора EPROM.
Библиография
[ редактировать ]- Сах, Чи-Тан (1991), Основы твердотельной электроники , World Scientific, ISBN 981-02-0637-2 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Технические описания Intel EPROM. Архивировано 19 марта 2022 г. на Wayback Machine — intel-vintage.info.
- Книга данных Intel 1976 года, включает таблицы данных 1702, 2704, 2708 — archive.org
- Подробная информация о типах EPROM и программировании EPROM.
- Видео Intel 1702 EPROM