EEPROM
EEPROM (Electronically Erasable Programmable Read-Only Memory), küçük boyuttaki verileri kalıcı olarak saklamak için bilgisayar ya da diğer cihazlarda kullanılan bir yongadır. Boyutu daha büyük olan sabit verileri saklamak için ise flaş bellek gibi daha ekonomik yöntemler kullanılır. EEPROM, elektrikle yazılıp silinme özelliğine sahiptir.
RAM'lere yazmak EPROM'lara yazmaya göre hızlıdır (RAM'lara birkaç nanosaniyede yazılabilirken EEPROM'lar için bu süre mikrosaniyeler mertebesindedir). Buna ek olarak RAM'lar genelde uçucudur yani güç kesilmesi halinde içeriklerini kaybederler.
Silinebilir ve programlanabilir hafızaların en gelişmiş olanı elektriksel olarak silinebilen Sadece Okunabilir Belleklerdir (Read-Only Memory). Bu hafızalarda, hafıza hücrelerine istenen bir değer yazılabilir ve yazılan bu bilgi yeni bir yazmaya kadar kalır. EEPROM'un silinmesi, EPROM'un silinmesi ile aynı anlamı taşımamaktadır.
EEPROM'lar birkaç byte dan 128 KB'a kadar olan aralıklarda, tipik olarak düzen parametrelerini saklamada rol oynarlar. Modern bilgisayarlarda şimdiye dek kullanılan CMOS kalıcı BIOS bellek teknolojisi (CMOS nonvolatile BIOS memory) ile yer değiştirmiştir. Örneğin; kişisel bilgisayarlarda bu yongalar BIOS kodlarını ve sistem ayarlarını saklamak için kullanılır.
Ram üzerine tekrar tekrar yazmak mümkünken, EEPROMlar üzerlerinde bulunan ince yalıtkan madde zarar görene dek yazma ve silme işlemi yapabilmekle sınırlandırılmıştır.
İlk kullanılan EEPROM'lar 100 defa silme-yazma işlemi gerçekleştirirken, günümüz teknolojisinde kullanılan EEPROMlar 1.000.000’da fazla yazma-silme işlemini yerine getirebilmektedirler. Flash bellekler EEPROM’dan daha ucuz olmasına karşın daha çabuk yıpranır ve zarar görürler (yaklaşık 10.000 yazma-silme işleminden sonra). EEPROM’un daha etkili olduğunun düşünülmesinin diğer bir sebebi; flash bellek birden fazla bellek bölgesini aynı anda silmek zorundadır. Sadece bir baytı değiştirmek için tüm bloğu silmek ve tekrar yazmak gerekir. Bu da flash belleğin çabuk yıpranmasının sebebidir.
Tarihçe
Uçucu olmayan ilk yarı iletken (NVSM) bellek Dawon Kahng ve Simon Sze tarafından 1967 yılında önerildi. Öneri yük depolamak ve non-lineer taşıma sistemlerini programlamak ve silmek icin düşünülmüştü. Bu bellekler şu an enerji kesilse bile uzun süre bilgiyi saklama (10-100 yıl ), elektriksel olarak yazılma, düşük güç tüketme ve yüksek bit yoğunluğuna sahip olma özelliklerini barındırmaktaydı.
Buluş, daha sonraları içinde EPROM EEPROM ve Flash bellek gibi bellek birimlerini içeren bellek ailesinin hızla yükselmesini sağladı. 1990'ların başında NVSM (NonVolatile Semiconductor Memory) telefon, bilgisayar, dijital kamera, mp3 çalar vb birçok taşınabilir elektronik cihazın temel bellek birimi olarak kullanılmaya başlandı. Sadece geçen 5 yılda bile 10 milyarın üstünde ürünün üretiminde NVSM teknolojisi kullanıldı. 2010 yılında bu sayının 40 milyarı aşacağı tahmin ediliyor.
1960'lı yıllarda programlanabilir-salt okunur bellekler (PROM'lar) mühendislerin kullandığı en büyük güçlerden biriydi. Fakat bu belleklerin çok göze çarpan bir kısıtlaması vardı: bu bellekler tekrar programlanamıyorlardı. ROM tipi belleklere bilgisayar kartlarının üretimi sırasında üretici firmalar tarafından sistemi destekleyen programlar bir defa olmak üzere yazılırlardı. Bu tip yongalar bilgisayar kartlarına takıldıktan sonra sisteme sadece bilgi vererek çalışırlardı. ROM'dan komut işletmek için adresin tanımlanması yeterlidir. ROM'lara yapıları itibarıyla veri yazma imkânı yoktur. Bütün doneler üretici firma tarafından belirlenir ve bir defa ve o sistemde kullanılmak üzere üretilirlerdi. ROM belleklerde yapılarından dolayı bilgiler bilgisayar sistemi kapatılsa bile kaybolmaz. Bu bellekler Dov Frohman yeni bir fikir ortaya çıkarana kadar kullanıldı.
Frohman kontrol kapısı üzerinde -yüzer vaziyette duran ve herhangi bir bağlantısı olmayan -extra geçit bulunduran yeni bir MOS tasarladı. Kaynak (source)-savak (drain) hattı üzerinden akım geçirerek kayan geçidin üzerinde yük birikmesini sağladı. Daha sonra güç kaynağını kestiğinde kayan geçidin üzerinde biriken yükün olduğu gibi korunduğunu, kaybolmadığını ispatladı. Bu biriken yükü seçilen sıralı transistörlerin kayan geçitler üzerinde gezdirerek elektrikle programlanabilen-salt okunur bellek (EPROM) yapmayı başardı. Böylece mikroelektronik teknolojisindeki hızlı gelişmeler PROM belleğin daha kullanılmadan yere gömdü ve hem silinip hem yazılabilen EPROMLAR PROM'ların yerini almış oldu.
EPROMlar X ışınlarına maruz bırakılarak silinmekteydi. Bu yöntemi kullanmak için çok fazla enerji gerekiyordu, bu nedenle EPROM'lar sızdırmaz özel paketler içinde siliniyorlardı.Fakat X ışınları bir problem yaratıyordu; oksit istikrarsızlığı gösteriyorlardı. Bu nedenle Frohman X ışınlarından pek memnun değildi.
Frohman X ışınlarının yaptığı elektronları uyararak kayan geçitlerde depolama işini yapacak başka radyasyon şekilleri araştırmaya başladı ve aklına UV ışınları geldi (UVPROM). Ancak yine bir problem vardı. Kullanıcıları UV ışınlarının bir paket içinde güvenilir şekilde EPROMları yazıp sileceğine nasıl inandıracaktı?
Gordon Moore, Eprom'ları şirketin terasında uzun süre güneş ışınlarına maruz bırakmayı teklif etti. Teklif uygulandığında kayan geçitlerin yüklerinde herhangi bir düşüş söz konusu olmamıştı. Güneş ışığı testi bilimsel bir değerlendirmeye direnmediği için bu test, müşterileri EPROM'un belleğini yitirmediğine ikna etmek için yeterliydi.
1971 yılında Intel firması ticari bir mikroişlemci olan 4004 modelini tanıttı. Bu model EPROMlara pazarda büyük bir zemin hazırlamış oldu. Mikroişlemci bir program istedi; öyle ki bu program değişmeye yatkın olacaktı. Bu da EPROMların kullanımını artırdı. EPROM çok büyük faydalar sağlıyordu. Tekrar tekrar programlanabilip kullanıldığından dolayı, üretim hızını artırıyor ve daha ucuza mal oluyordu.
4004 piyasaya çıktıktan birkaç ay sonra Intel firması 1702 modelini çıkardı. Bu model 2k-bitlik P-kanal bir EPROMdu. Bu bellek {+5, -12, - 25} voltajlarıyla çalışıyordu ve bu voltajlar birçok sistem için uygun değildi.
1974 yılında George Perlegos Intel firmasına katıldı ve n-kanal EPROM (model:2708 8k-bitlik) tasarlamayı başardı. N-kanal EPROM'lar p-kanal EPROM'lardan daha hızlı çalışıyordu ve bu yongayı programlamak daha kolaydı. Ayrıca hem p-kanal EPROM’un kullandığı {+5 , -5 , -12} voltaj değerlerini kullanıyordu. Buna ek olarak +25 V sadece çevre birimleri için kullanıldı.
Perlegos sadece +5 V ile çalışan 2716 modelini tasarladı. Programlama için hala yüksek voltaja ihtiyaç duyan bu model +15 V ile bu ihtiyacını da gideriyordu. 1978 yılında Perlegos büyük bir buluş icat etti. Öyle bir EPROM tasarladı ki ultraviyole ışınlarına ya da yarı iletken malzemelerin silikon dioksitinde yük birikmesine ihtiyaç kalmayacaktı. Bu bellek sadece 1 baytı ya da belli bir zamanda bir 'bayt dizisini' okuyan, yazan veya silebilen bir cihazdı. Çok fazla zaman harcamıyordu, ayrıca kullanılması zor olan geçite de (BULK) ihtiyaç kalmamıştı.
Çok ince bir oksit tabakası kullanılarak 100 angstrom (santimin yüzmilyonda biri) elektronların yüzer vaziyetteki tabakaya tünelle ulaşmaları sağlandı. Kapı (gate) ve savak arasına 220 V gerilim uygulanarak elektronlar yüzeydeki tabakaya ulaştılar. Böylece elektrikle programlanabilen "silinebilen" EPROM üretilmiş oldu ve adına da EEPROM ya da E²PROM denildi.
Arabirimler
EEPROM cihazlarının birçok elektriksel arabirimi vardır.Bunlardan en genel olanları
- Seri veriyolu
- Paralel veriyolu
Seri Veriyolu Aygıtı
En genel seri veriyolu arayüzleri; SPI (çevresel arabirim yolu), I²C (gömülü entegre devreleri), ve 1-wire (tek kablo) olarak belirtilebilir.
Seri EEPROM'lar üç evrede çalışırlar. Bunlar;
- İşlem kodu evresi
- Adres evresi
- Veri evresi
Her EEPROM fonksiyonlarını gerçekleştirmek için kendine ait işlem kodu komut kümesine sahiptir.Örneğin SPI EEPROM’da gerçekleşen bazı işlemler şöyledir:
- Write Enable (yazma aktif)
- Write Disable (yazma inaktif)
- Read Status Register (okuma durum yazmacı)
- Write Status Register (yazma durum yazmacı)
- Read Data (veri okuma)
- Write Data (veri yazma)
EEPROM tarafından desteklenen diğer işlemler ise;
- program,
- sektör silme,
- yonga silme komutları olarak ifade edilebilir.
İşlemin son aşaması genelde veri aşamasıdır.Write (yazma) işlemi gerçekleştiği takdirde, yonga secenegi, “low” olana kadar denetleyici veriyi beslemek zorundadır. Read (okuma) işlemi gerçekleştiğinde ise yonga seçeneği, “low” olana kadar veriyi her saat vuruşunda denetlemek zorundadır.
Paralel Veriyolu Aygıtı
Paralel veriyolu aygıtları 8-bitlik bir veriyolu ve bellegi kapsayacak genişlikte bir adres yoluna sahiptir.Birçok aygıt; yonga seçme pini ve yazma koruma pinine sahiptir.Bazı mikrodenetleyiciler ise tümleşik paralel EEPROMlara sahiptir.
Flash Bellek
EEPROM’un özel bir uygulaması Flash bellek’dir. Aralarındaki en önemli fark ise EEPROM’a bilgilerin byte byte yazılması flash belleğe ise bilgilerin sabit bloklar halinde yazılmasıdır. Bu sabit bloklar 512 bytedan 256 KB’a kadar olan bir aralıkta değişir. Bu sabit bloklar halinde yazılma özelliği flash bellek’i EEPROM’a göre daha hızlı yapmıştır.
EEPROM ile EPROM’un karşılaştırılması
EPROM iki adet kısıtlamaya sahiptir;
- silinmesi için devreden çıkarılarak ultraviyole ışınlarına maruz bırakılmak zorundadır.
- programlamak için genelde yüksek voltajlara ihtiyaç vardır.
- EEPROMlar elektriksel olarak programlanıp silinebilir.
İki salt-okunur bellek arasındaki fark; yalıtkan maddenin kalınlığıdır.Bu kalınlık EPROM’da 3 nanometre civarındayken EEPROM’da bu değer daha küçüktür (yaklaşık 1nanometre).Bu tabakanın ince olması belleğin programlanması için gereken voltajın miktarını azaltır.