Кіріспе
Кішкентай деректерге арналған компьютерлік жад – EEPROM немесе E2PROM (электрлік түрде өшірілетін, бағдарламаланатын, тек оқуға арналған жад) – ұшпайтын жадтың бір түрі. Ол компьютерлерде, көбінесе смарт-карталар және сымсыз кілт жүйелері сияқты микробағдарламаларға біріктіріледі, немесе жеке чип ретінде қолданылады, бұл жеке байттарды өшіруге және қайта бағдарламалауға мүмкіндік береді, соның арқылы салыстырмалы түрде аз көлемдегі деректерді сақтайды. EEPROM-дар жүзбек қақпалы транзисторлардың тізімдері ретінде ұйымдастырылған. EEPROM-ды схемада, арнайы бағдарламалау сигналдарын қолдану арқылы бағдарламалауға және өшіруге болады. Алғашқыда EEPROM бір байттық операциялармен шектелген, бұл оларды баяулатты, бірақ қазіргі EEPROM көп байттық беттік операцияларды қолдайды. EEPROM-ның өшіру және қайта бағдарламалау циклының саны шектеулі, қазіргі EEPROM-дарда миллион операцияға жетеді. Жиі қайта бағдарламаланатын EEPROM-да, EEPROM-ның қызмет ету мерзімі маңызды жобалау факторы болып табылады. Флэш-жад – жоғары жылдамдық пен жоғары тығыздыққа арналған EEPROM түрі, бірақ үлкен өшіру блоктарымен (әдетте 512 байт немесе одан да үлкен) және шектеулі жазу циклдарымен (көбінесе 10 000). Екеуінің арасында нақты шекара жоқ, бірақ "EEPROM" термині көбінесе кішкентай өшіру блоктарымен (бір байтқа дейін) және ұзақ қызмет ету мерзімімен (әдетте 1 000 000 цикл) ұшпайтын жадты сипаттау үшін қолданылады. Көптеген бұрынғы микроконтроллерлер екеуін де қамтыды (флэш-жад – микрокод үшін және кішкентай EEPROM – параметрлер үшін), бірақ қазіргі микроконтроллерлер флэш-жадты пайдаланып EEPROM-ды эмуляциялауға бейім. 2020 жылғы мәліметтерге сәйкес, флэш-жад байттық бағдарламаланатын EEPROM-нан әлдеқайда арзан және жүйеге үлкен көлемдегі ұшпайтын, қатты күйдегі жад қажет болған жағдайларда басым жад түрі болып табылады. Дегенмен, EEPROM-дар әлі де аз көлемдегі жадты қажет ететін қолдануларда қолданылады, мысалы, тізбектік қатысуды анықтауда.
EEPROM or E2PROM (electrically erasable programmable read only memory) is a type of non volatile memory. It is used in computers, usually integrated in microcontrollers such as smart cards and remote keyless systems, or as a separate chip device, to store relatively small amounts of data by allowing individual bytes to be erased and reprogrammed. EEPROMs are organized as arrays of floating gate transistors. EEPROMs can be programmed and erased in circuit, by applying special programming signals. Originally, EEPROMs were limited to single byte operations, which made them slower, but modern EEPROMs allow multi byte page operations. An EEPROM has a limited life for erasing and reprogramming, reaching a million operations in modern EEPROMs. In an EEPROM that is frequently reprogrammed, the life of the EEPROM is an important design consideration. Flash memory is a type of EEPROM designed for high speed and high density, at the expense of large erase blocks (typically 512 bytes or larger) and limited number of write cycles (often 10,000). There is no clear boundary dividing the two, but the term "EEPROM" is generally used to describe non volatile memory with small erase blocks (as small as one byte) and a long lifetime (typically 1,000,000 cycles). Many past microcontrollers included both (flash memory for the firmware and a small EEPROM for parameters), though the trend with modern microcontrollers is to emulate EEPROM using flash. As of 2020, flash memory costs much less than byte programmable EEPROM and is the dominant memory type wherever a system requires a significant amount of non volatile solid state storage. EEPROMs, however, are still used on applications that only require small amounts of storage, like in serial presence detect.
FLOTOX құрылымының теориялық негізі
Алдыңғы бөлімде сипатталғандай, ескі EEPROM-дар жоғары кернеуде бұзылуға бейімделген, қар көшкініне негізделген ыстық тасымалдаушы инъекциясын қолданады. Ал FLOTOX-тың теориялық негізі – жүзетін қақпа мен кремний пластина арасындағы жұқа кремний диоксиді қабаты арқылы жүзеге асырылатын Fowler-Nordheim туннельдік ыстық тасымалдаушы инъекциясы. Яғни, ол туннельдік байланысты пайдаланады. Физикалық құбылыстың теориялық негізі бүгінгі флэш-жадтың негізімен бірдей. Бірақ әрбір FLOTOX құрылымы жеке оқуды басқару транзисторымен жұптастырылған, себебі жүзетін қақпа тек бір дерек битін бағдарламалау және жою үшін қолданылады. Intel компаниясының FLOTOX құрылғысы EEPROM-ның сенімділігін арттырды, яғни жазу және жою циклдарының беріктігін, сондай-ақ деректерді сақтау мерзімін ұзартты. FLOTOX-тың жекелеген оқиға әсеріне қатысты зерттеу материалдары бар. Қазіргі таңда FLOTOX құрылғысының құрылымын егжей-тегжейлі түсіндіретін академиялық материалдарды көптеп табуға болады.
EEPROM-тың қазіргі құрылымы
Қазіргі кезде EEPROM кіріктірілген микробасқарушыларда да, стандартты EEPROM өнімдерінде де қолданылады. EEPROM жадыдағы белгілі бір байтты жою үшін әлі де бір битке 2 транзисторлық құрылымды қажет етеді, ал флэш-жадта жадтың бір бөлігін жою үшін бір битке 1 транзистор жеткілікті.
Қауіпсіздік қорғау
EEPROM технологиясы кейбір қауіпсіздік құрылғыларында, мысалы, кредиттік карталарда, SIM карталарда, кілтсіз кіру жүйелерінде және тағы да басқаларда қолданылатындықтан, кейбір құрылғыларда көшіруден қорғау сияқты қауіпсіздік механизмдері қарастырылған.
Электрлік интерфейс
EEPROM құрылғылары деректерді енгізу/шығару үшін тізбекті немесе параллель интерфейсті пайдаланады.
Параллельді шина құрылғылары
Параллель EEPROM құрылғылары әдетте 8 биттік деректер шинасымен және толық жадты қамтитын жеткілікті кеңдіктегі мекенжай шинасымен жабдықталады. Көптеген құрылғыларда чипті таңдау және жазудан қорғау тіректері болады. Кейбір микроконтроллерлерде де параллель EEPROM интеграцияланған. Параллель EEPROM-ның жұмысы сериялық EEPROM-мен салыстырғанда қарапайым және жылдам, бірақ осы құрылғылар тірек санының көптігінен (28 тірек немесе одан да көп) үлкенірек және сериялық EEPROM немесе флэш-жадқа қарағанда азайып бара жатыр.
Басқа құрылғылар
EEPROM жады басқа түрдегі өнімдерде, қатаң түрде жад өнімдері емес, қосымша мүмкіндіктерді іске қосу үшін қолданылады. Нақты уақыт сағаттары, цифрлық потенциометрлер, цифрлық температура сенсорлары және тағы да басқалары сияқты өнімдер қуат жоғалған жағдайда қолжетімді болуы тиіс калибрлеу ақпаратын немесе басқа деректерді сақтау үшін аз көлемдегі EEPROM-ға ие болуы мүмкін. Бұрын, сыртқы және ішкі флэш жадтар пайдаланылмаған кезде, ойынның прогресі мен конфигурацияларын сақтау үшін бейне ойын картридждерінде де қолданылған.
Ақаулық режімдері
Сақталған ақпараттың екі шектеуі бар: беріктігі және деректерді сақтау мерзімі. Жазбаларды қайта жазу кезінде, жүзуші қақпалы транзисторлардағы қақпа оксиді біртіндеп тұтқынға түскен электрондарды жинақтайды. Тұтқынға түскен электрондардың электр өрісі жүзуші қақпадағы электрондарға қосылып, нөлдер мен бірліктер үшін шекті кернеулер арасындағы айырманы азайтады. Белгілі бір қайта жазу циклдарынан кейін, бұл айырмашылықты анықтау мүмкін болмайды, жад ұясы бағдарламаланған күйде тұрып қалады және беріктік бұзылады. Өндірушілер әдетте қайта жазудың максималды саны 1 миллион немесе одан да көп деп көрсетеді. Сақтау барысында, жүзуші қақпаға енгізілген электрондар оқшаулағыш арқылы, әсіресе жоғары температурада, қозғалып, зарядтың жоғалуына себеп болып, жад ұясын бастапқы күйіне қайтарады. Өндірушілер әдетте деректерді 10 жыл немесе одан да ұзақ сақтауға кепілдік береді.
Қарым-қатынас түрлері
Флеш-жад – EEPROM-ның кейінгі түрі. Индустрияда EEPROM термині көбінесе байттап өшірілетін жадтарды атау үшін қолданылады, олар флеш-жадтардан, олар блоктап өшіріледі, өзгешеленеді. EEPROM, бірдей сыйымдылықтағы флеш-жадқа қарағанда, көбірек чиптік аумақты алады, себебі әр жасушаға әдетте оқу, жазу және өшіру транзисторы қажет, ал флеш-жадта өшіру тізбектері жасушалардың үлкен блоктарымен (көбінесе 512×8) бөліседі. FeRAM және MRAM сияқты жаңа ұшпа жад технологиялары кейбір қолданбаларда EEPROM-ды баяу ауыстырып жатыр, бірақ болашақта EEPROM нарығының аз бөлігі болып қалатыны күтілуде.
EPROM және EEPROM/flash-пен салыстыру
EPROM мен EEPROM арасындағы айырмашылық жадты бағдарламалау және өшіру әдістерінде жатыр. EEPROM электрондық түрде, электрондық өріс эмиссиясы арқылы (кәсіптік ортада көбінесе «Фоулер-Нордхайм туннельдеуі» деп аталады) бағдарламаланып, өшіріледі. EPROM-ды электрондық түрде өшіруге болмайды және олар қозғалмалы қақпаға ыстық тасымалдаушыларды инъекциялау арқылы бағдарламаланады. Өшіру ультракүлгін сәуле көзімен жүзеге асырылады, бірақ практикада көптеген EPROM-дар ультракүлгін сәулеге өткізбейтін пластикпен қапталған, оларды «бір рет бағдарламаланатын» жасайды. Көптеген NOR флэш-жадтар гибридтік типтес болып келеді – бағдарламалау ыстық тасымалдаушы инъекциясы арқылы, ал өшіру Фоулер-Нордхайм туннельдеуі арқылы жүзеге асырылады. Типі Шлюзге электрондарды инъекциялау (көбінесе біт=0 ретінде түсіндіріледі) Ұзақтығы Шлюзден электрондарды алу (көбінесе біт=1 ретінде түсіндіріледі) Ұзақтығы/режимі EEPROM электрондық өріс эмиссиясы 0.1–5 мс, байттық электрондық өріс эмиссиясы 0.1–5 мс, блоктық NOR флэш жады ыстық тасымалдаушы инъекциясы 0.01–1 мс электрондық өріс эмиссиясы 0.01–1 мс, блоктық EPROM ыстық тасымалдаушы инъекциясы 3–50 мс, байттық ультракүлгін сәуле 5–30 минут, бүкіл чип.