Erinevus lehekülje "EPROM" redaktsioonide vahel

Mine navigeerimisribale Mine otsikasti
Eemaldatud 5787 baiti ,  3 aasta eest
resümee puudub
(Parandasin korduva kirjavea.)
{{ToimetaAeg|kuu=jaanuar|aasta=2013}}
{{keeletoimeta}}
{{Mälu tüübid}}
[[Pilt:ST Microelectronics M27C256B (2006).jpg|pisi|EPROM-mälukomponent<br> Läbi kvartsakna (keskel) saab ultraviolettvalgusega andmerid kustutada]]
'''EPROM''' (lühend ingliskeelsest nimetusest ''Erasable Programmable Read Only Memory'', eesti keeles 'kustutatav programmeeritav püsimälu') on [[mälukiip]], mis säilitab andmed ka ilma toitepingeta.
 
'''EPROM''' (lühend ingliskeelsest nimetusest ''Erasable Programmable Read Only Memory'', eesti keeles 'kustutatav programmeeritav püsimälu') on [[mälukiippüsimälu]], mis võimaldab andmete korduvat kirjutamist ja mis säilitab andmed ka ilma toitepingeta (nii nagu teisedki ROMi versioonid).
Kiibis on ühendamata paisuga [[transistor]]ide (''floating-gate transistors'') read, mis on programmeeritud elektroonilise programmeerimisseadme poolt. Programmeerimisseade ehk [[programmaator]] annab programmeerimisel kiibile suuremat pinget kui kasutatakse andmete lugemiseks. Programmeeritud EPROM-i saab kustutada tugevas [[ultraviolettkiirgus|ultraviolettkiirguses]]. EPROM on kergesti äratuntav selle peal oleva läbipaistva kvartsist kustutusakna järgi, läbi mille on nähtav ränikiip.
 
KiibisAndmete onkirjutamiseks ühendamata(mida paisuganimetatakse [[transistor]]ide (''floating-gatekiibi transistors''programmeerimiseks) readkasutatakse elektroonilist programmeerimisseadet, mis on programmeeritud elektroonilise programmeerimisseadme poolt. Programmeerimisseade ehk [[programmaator]] annab programmeerimisel kiibile suuremat pinget kui kasutatakse andmete lugemiseks. Programmeeritud EPROM-iilt saab andmeid kustutada tugevastugeva [[ultraviolettkiirgus|ultraviolettkiirguses]]ega. EPROMEPROMi komponent on kergesti äratuntav selle peal oleva läbipaistva kvartsist kustutusakna järgi, läbi mille on nähtav ränikiip.
EPROM-i mälu areng algas vigase integraallülituse uurimisest, mille transistoridevahelised ühendused olid katki ja kus salvestatud laengud nende isoleeritud ühendustes muutsid nende omadusi. EPROM-i leiutas firma [[Intel]] töötaja [[Dov Frohman]] 1971. aastal. USA patent 3660819 EPROM-i kohta avaldati 1972. aastal.
 
EPROM-itüüpi mälu arengväljatöötamine algassai alguse vigase integraallülituse[[integraallülitus]]e uurimisest, mille transistoridevahelised ühendused olid katki ja kus salvestatud laengud nende isoleeritud ühendustes muutsidmõjutasid nendetransistori omadusijuhtivust. EPROM-iEdasine leiutasuurimistöö firmaviis [[Intel]]ujuva töötajalisapaisuga [[Dov Frohman]] 1971. aastal. USA patent 3660819 EPROM-i kohta avaldati 1972.transistori aastalloomiseni.
==Tööpõhimõte==
Iga bitti hoitakse EPROM-is ühel [[väljatransistor|väljatransistoril]] (''field-effect transistor''), mis koosneb pooljuhtkiibis paiknevast kanalist. Väljatransistori allika (''source'') ja neelu (''drain'') ühendused tehakse kanali lõpus. Isolatsioonikihi oksiid pannakse üle kanali, seejärel paigutatakse juhitav (räni või alumiiniumi) elektrood, ja veel paks kiht oksiidi paigutatakse üle paisu (''gate'') elektroodi. Ujuva paisuga (''floating gate'') elektrood ei ole ühendused kiibis ühegi teise osaga ja on isoleeritud ümbritseva oksiidikihiga. Juhtpaisu elektrood on seega paigutatud kiibi sisse ja kaetud oksiidiga.
 
EPROM-i leiutas firma Intel töötaja Dov Frohman 1971. aastal. USA patent 3660819 EPROM-i kohta avaldati 1972. aastal. See püsimälu tüüp oli kasutusel kuni 1990. aastate keskpaigani, kui teda hakkas eriti arvutitehnikas asendama elektriliselt kustutatav püsimälu [[EEPROM]].
Andmete kättesaamiseks EPROM-ilt, aadress esindab väärtusi EPROM-i aadressi klemmidel, mis on dekodeeritud 8 bitina ja mida kasutatakse, et ühendada üks andmesõna (tavaliselt 8 bitti ehk bait) või säilitatakse väljundpuhvri võimendites hilisemaks kasutamiseks. Iga andmesõna bitt on kas 1 või 0, sõltuvalt sellest kas transistor on sisse- või väljalülitatud, st. kas transistor on juhtivas või mittejuhtivas olekus.
 
[[Pilt:Floating gate transistor.png|pisi|Ujupaisuga [[väljatransistor]]i läbilõige: <br> Control gate – juhtpais, Fluating gate – ujupais, Source – läte, Drain – neel]]
Transistori üleminekut ühelt olekult teisele kontrollib kontrolltransistori pinge. Pinge juuresolekul selles väravas loob juhtiva kanali transistoris, mis lülitab selle sisse. See võimaldab salvestatud laengul väravas transistori läve pingel programmeerida.
Andmete salvestamiseks mällu tuleb valida antud aadress ja kohaldada kõrgemat pinget transistorile. See tekitab laviini tühjakslaskmise elektronidel, mis on piisav energia, et läbida isoleerivat oksiidi kihti ning koguneda värava elektroodile. Kui kõrgepinge on eemaldatud, on elektronid lõksus elektroodis. Andmed võivad säilida aastakümneid, kuna kõrge soojusisolatsiooni väärtus ränioksiids, mis ümbritseb väravat, ei lase salvestatud laengul kergesti ära lekkida.
 
== Ehituse ja töötamise põhimõte ==
Erinevalt EEPROM-ist pole EPROM-i programmeerimise protsess elektriliselt pöörduv. Transistoridele salvestatud andmete kustutamiseks tuleb ultraviolettkiirgus juhtida läbi klaasi. UV valguse footonid loovad ionisatsiooni jooksul ränioksiidist, mis võimaldavad salvestatud laengul „floating gate“ hajutada. Kuna kogu mälu massiiv on avatud, kustub kogu mälu samal ajal. Protsess võtab aega mitu minutit normaalsuuruses UV-lampi kasutades, päikesevalgus kustutaks kiipi mitu nädalat ja siseruumide lambid mitu aastat. Üldiselt EPROM-mälu tuleb kustutamiseks seadmest eemaldada, kuna tavaliselt pole otstarbekas ehitada sisse UV-lamp, mis kustutaks vooluringi osasid.
Bitiväärtusi (1 või 0) kandvad mälupesad ehk mäluelemendid on paigutatud ränikiibile ridadest ja veergudest koosneva [[maatriks]]ina. Mäluelemendiks on eriline [[MOSFET]]-transistor, millel on juhtpaisu all lisaelektrood. Sellel puudub väljaviik ja ta on igast küljest isoleeritud [[oksiid]]ikihiga. Seda [[elektrood]]i nimetatakse ujuvaks paisuks ehk ujupaisuks. Kui juhtpaisule anda piisavalt kõrge pinge, kanduvad elektronid läbi õhukese isoleerkihi ujupaisule ja võivad seal kestvalt püsida (kuni kümneid aastaid). Elektronide siirdumine läbi dielektriku põhineb [[kvantfüüsika]] nähtustel.
 
Mäluelemendi bitiväärtus sõltub sellest, kas transistori lätte ja neelu vaheline kanal on juhtiv või mitte. Selleks et kirjutada mällu 0, antakse juhtpaisule piisavalt kõrge pinge, mille mõjul saab võimalikuks [[Kuuma elektroni injektsioon |kuumade laengukandjate injektsioon]] ja [[elektron]]id kanduvad juhtpaisult läbi dielektrikukihi ujupaisule, andes sellele negatiivse [[elektrilaeng]]u. Selle tulemisena transistori kanal (lätte ja neelu vahel) sulgub (muutub mittejuhtivaks) – mälupessa salvestub bitiväärtus 0. Laenguta ujupaisuga transistori kanal on juhtiv ja mäluelement kannab väärtust 1.
==Detailid==
[[Pilt:Floating gate transistor.png|pisi|Läbilõige ''floating-gate transistor''ist]]
Kvartsekraani suure tootmiskulu tõttu toodi tagasi OTP (ühekordsed programmeeritav) kiibid, millele paigaldati läbipaistmatu kate, et pärast programmeerimist ei saaks seda kustutada. Seetõttu kadus vajadus testida kustutamisfunktsiooni, tänu millele vähenesid edasised kulud. Kuigi OTP EPROM (kas eraldi või osa suuremast kiibist) on üha enam asendatud EEPROM-iga väikeste summadega, kus tüki hind ei ole liiga suur ja mälu suurem.
 
Iga programmeerimismiskord kulutab veidi ujupaisu isoleerivat dielektrikut, mistõttu mõnesaja lugemiskorra järel muutub EPROM kasutuskõlbmatuks.
Programmeeritud EPROM säilitab oma andmed vähemalt 10–20 aastat, paljud EPROM-id säilitavad oma andmeid isegi pärast 35 aastat või kauemgi ja nendelt saab informatsiooni lugeda lõpmata arv kordi. Kustutamise aken peab olema kaetud läbipaistmatu kattega, et kaitsta kiipi juhusliku UV-kiirguse eest. Vanad PC BIOS kiibid olid enamasti EPROM ja kustutamise aken oli enamasti kaetud kilega, mis sisaldas BIOS-i väljaandja nime, BIOS läbivaatamise ja autoriõiguse märget. Sageli oli see silt fooliumist, et tagada kaitse UV-kiirguse eest.
 
Andmete mälust väljalugemisel kasutatakse juhtelektroodil madalat pinget, mis transistori olekut ei mõjuta.
EPROM-i kustutamine toimub lainepikkustel, mis on lühem kui 400 nm. Ühenädalane kokkupuude päikesevalgusega või 3 aastat toavalguse käes võib põhjustada EPROM-i mälu kustumise. Soovitatav kustutamise protsess on kokkupuude UV-valguses lainepikkusel 253,7 nm vähemalt 15 W-sec/cm2 20–30 minutit, kus lamp asub umbes 2,54 cm kaugusel.
Kui kõik andmed on vaja EPROM-kiibilt kustutada, saab seda teha [[UV-kiirgus |ultraviolett-]] või [[röntgenkiirgus]]ega. Enamasti kasutati elavhõbelambist saadavat UV-kiirgust lainepikkusega 245 nm ja võimsusega 4,9 [[elektronvolt]]i. Sel juhul kestab kustutamine paarkümmend minutit.
 
Normaalselt on kvartsaken kaetud läbipaistmatu firmakleebisega. Päikesevalguses kustuksid andmed avatud kiibilt mõne nädala jooksul. Üldiselt tuleb EPROM-mälu kustutamiseks seadmest eemaldada.
[[Pilt:EPROM.png|pisi|EPROM-i elektriskeemi ülevaade, kuidas juht- ja ujuvpaisu abil talletatakse mälupessa infot.]]
Kustutatud mällu on võimalik uuesti kirjutada.
Kustutada saab ka röntgenikiirgusega:"Kustutamine tuleb saavutada mitteelektroonilisel teel, kuna värav elektrood ei ole kättesaadav elektriliselt. Särava ultraviolettkiirguse paistmine mistahes katmata seadme osale põhjustab fotoelektrilise elektrivoolu („photocurrent“), mis liigub väravast tagasi räni substraati ja võtab esialgse laenguta oleku. See kustutamismeetod võimaldab enne paki lõplikku sulgemist mälu täielikult katsetada ja parandada. Kui pakend on suletud, saab veel andmeid kustutada, allutades seda röntgenikiirguse kätte, mis ületab 5 * 104 rad, doosi, mis on kergesti saavutav kaubandusliku röntgenikiirguse generaatoriga.
 
On toodetud ka ilma aknata EPROM-mälusid, mis on ainult üks kord programmeeritavad ja tarbe korral kustutatavad röntgenkiirgusega.
Teisisõnu, EPROM-i kustutamiseks tuleb esmalt lasta EPROM-ile röntgenikiirgust ja siis panna see ahju temperatuuril umbes 600 kraadi Celsiuse järgi (et karastada pooljuhtide muutused, mis on tingitud röntgenikiirgusest). Selle protsessi usaldusväärsuse osas oleks pidanud tegema ulatuslikumaid katseid ja seetõttu otsustati akna kasuks.
 
EPROMi edasiarendusena loodi [[EEPROM]], mida saab kustutada UV-kiirguse asemel elektriimpulssidega.
EPROM-il oli piiratud, kuid suur hulk kustutatavaid tsükleid. Ränidioksiidi ümber väravate koguvad kahju igast tsüklist, muutes kiibi ebausaldusväärseks pärast mitu tuhat tsüklit. EPROM-i programmeerimine on aeglane võrreldes teiste mäludega. Kuna kõrgtihedusega osadel on vähe kaitsmata oksiidiga ühendusi ja värav vahel, muutub ultravioletikustutamine vähem praktiliseks väga suurte mälude puhul. Isegi tolm paki sees võib takistada osade rakkude kustutamist.
 
==Rakendused saritootmises==
Suurte tootmismahtude korral (tuhandeid tükke või rohkem) on maskiga programmeeritud püsimälud (''mask ROM'') madalaima hinnaga. Samas nõuab selline kiipide valmistamine mitu nädalat ajavaru, kuna andmete salvestamiseks on vaja kiibimaski muuta. Esialgu arvati, et EPROM-i on masstootmises kasutamiseks liiga kulukas ja seda kasutati ainult arendamiseks. Peagi leiti, et väikeste mahtude tootmine on ökonoomsem just EPROM-püsimäludega, lisaks on EPROM-ide eeliseks kiire [[püsivara]] uuendamise võimalus.
 
Mõnedes EEPROM-ide ja välkmälu ajastule eelnevates mikrokontrollerites kasutati EPROM-i programmi salvestamiseks, näiteks mõned versioonid Intel 8048, Freescale 68HC11 ja PIC mikrokontrollerite C-seeriast. Sarnaselt EPROM-kiipidele olid ka mikrokontrollerid kustutusakendega ja seetõttu kallid. Kustutusakendega kiibiversioone kasutati tarkvaraarendusel. Sama kiip tuli hiljem läbipaistmatu OTP kestaga ilma kustutusvõimaluseta tootmisse ja oli seetõttu mõnevõrra odavam. Jättes kustutusaknaga kiibi valguse kätte võib see muuta ootamatul käitumist. Seetõttu mindi seadmete [[saritootmine|saritootmise]] puhul aknaga püsimälu kiibilt aknata ja kustutusvõimaluseta püsimälu kiipidele.
 
==EPROM-mälu mahud ja kestade tüübid==
EPROM-püsimälud erinevad üksteisest nii füüsilise kesta kui ka mälumahu poolest. Samatüübilised püsimälud on valmistatud erinevate tootjate poolt ja on lugemise poolest ühilduvad, kuid programmeerimise protsessis on väikeseid erinevusi.
 
Enamikku EPROM-püsimälusid saab identifitseerida läbi kiibi [[programmaator]]i, funktsiooni "signature mode" abil, kui anda kahebaidise tunnuse lugemiseks 12 V pinge klemmile A9. Kiipide tunnused pole universaalsed, mistõttu võimaldab programmaator tundmatu tunnusega kiipidele ka tootja ja kiibitüübi käsitsi seadistamist.
 
{| class="wikitable" style="text-align:center"
|-
! EPROM-i tüüp !! Aasta !! Maht – [[bitt]]ides !! Maht – [[bait]]ides !! Maht ([[hexadecimal|hex]]) !! Viimane aadress ([[hexadecimal|hex]])
|-
| 1702, 1702A || 1971 || 2 [[kbit]] || 256 || 100 || FF
|-
| 2704 || 1975 || 4 kbit || 512 || 200 || 1FF
|-
| 2708 || 1975 || 8 kbit || 1 [[Kilobyte|KB]] || 400 || 3FF
|-
| 2716, 27C16, TMS2716, 2516 || 1977 || 16 kbit || 2 kB || 800 || 7FF
|-
| 2732, 27C32, 2532 || 1979 || 32 kbit || 4 kB || 1000 || FFF
|-
| 2764, 27C64, 2564 || || 64 kbit || 8 kB || 2000 || 1FFF
|-
| 27128, 27C128 || || 128 kbit || 16 kB || 4000 || 3FFF
|-
| 27256, 27C256 || || 256 kbit || 32 kB || 8000 || 7FFF
|-
| 27512, 27C512 || || 512 kbit || 64 kB || 10 000 || FFFF
|-
| 27C010, 27C100 || || 1 [[Megabitt|Mbit]] || 128 kB || 20 000 || 1FFFF
|-
| 27C020 || || 2 Mbit || 256 kB || 40 000 || 3FFFF
|-
| 27C040, 27C400 || || 4 Mbit || 512 kB || 80 000 || 7FFFF
|-
| 27C080 || || 8 Mbit || 1 [[Megabyte|MB]] || 100 000 || FFFFF
|-
| 27C160 || || 16 Mbit || 2 MB || 200 000 || 1FFFFF
|-
| 27C320 || || 32 Mbit || 4 MB || 400 000 || 3FFFFF
|}
 
== Vaata ka ==
*[[VälkmäluPüsimälu]]
*[[EEPROM]]
 
[[Kategooria:Arvuti mälu]]

Navigeerimismenüü