EEPROMS: una actualización de EPROMS

El progreso continuo en la tecnología impulsa constantemente la necesidad de mejores opciones de almacenamiento de memoria, lo que lleva al desarrollo de EPROM a EEPROM.Este artículo explora los principios básicos y cómo funcionan EPROM y EEPROM, comparando sus estructuras, cómo borran los datos y cómo se utilizan en diferentes tecnologías.También analiza el movimiento de EPROM que utiliza la luz ultravioleta para borrar los datos, a EEPROM, lo que facilita a los usuarios al permitir que los datos se borren eléctricamente.Este cambio no solo muestra un crecimiento tecnológico, sino que también resuelve los problemas prácticos de EPROM, lo que ayuda a crear dispositivos electrónicos más duraderos y flexibles.

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Figura 1: memoria EPROM

¿Qué son las tecnologías EPROM y EEPROM?

La memoria de solo lectura programable borrable (EPROM) y la memoria de solo lectura programable eléctrica (EEPROM) son tipos importantes de memoria que no pierden sus datos cuando la potencia se apaga.Han jugado un papel importante en el crecimiento de los dispositivos electrónicos.

EPROM, creado a mediados de la década de 1970, fue un gran paso adelante porque permitió que la memoria se reutilice.Antes de EPROM, un chip de memoria solo podía programarse una vez.Con EPROM, podría borrar los datos y programarlos nuevamente exponiendo el chip a una luz ultravioleta (UV) fuerte.Esto hizo posible actualizar o arreglar dispositivos sin necesidad de reemplazar el chip de memoria.

Eeprom salió a fines de la década de 1970 y mejoró las cosas aún más al dejarlo borrar y reescribir datos utilizando una carga eléctrica en lugar de luz UV.Esto facilitó la actualización de la memoria porque podría cambiar partes específicas de los datos sin afectar el resto.EEPROM es más flexible y útil para muchos propósitos diferentes porque puede actualizar los datos directamente dentro del dispositivo.

Figura 2: Memoria de EEPROM

Importancia de la memoria no volátil en la electrónica moderna

En la electrónica cotidiana como los teléfonos inteligentes y las computadoras, la memoria no volátil (NVM) almacena información importante como configuraciones y software que deben mantenerse intactos incluso cuando el dispositivo está apagado.Esto asegura que los usuarios no pierdan sus datos y puedan retomar justo donde lo dejaron después de un apagón.

En entornos industriales y automotrices, NVM es bueno para almacenar datos que asegura que las máquinas y los vehículos funcionen de manera segura y continua.Esta memoria protege cualquier información durante los cortes de energía o los reinicios del sistema, asegurando operaciones suaves.

A medida que más dispositivos se conectan a través de Internet de las cosas (IoT), la demanda de memoria confiable que mantiene los datos incluso cuando está apagado ha aumentado.Estos dispositivos dependen de datos almacenados para operar de forma independiente.

Además, este tipo de memoria se puede reprogramarse, lo que permite que los dispositivos se actualicen fácilmente con nuevas características sin cambiar el hardware.Esto hace que la electrónica sea más sostenible y adaptable, lo que les permite evolucionar para satisfacer las necesidades de los usuarios.

Figura 3: memoria volátil y no volátil

¿Cómo EPROM almacena datos sin energía?

EPROM (memoria de solo lectura programable borrable) es un tipo de memoria no volátil utilizada en computadoras y dispositivos electrónicos para almacenar datos que deben conservarse incluso cuando el dispositivo está apagado.Ser no volátil significa que EPROM conserva sus datos sin necesidad de una fuente de alimentación constante.A diferencia de PROM (memoria programable de solo lectura), que solo se puede escribir una vez, EPROM se puede borrar y reprogramarse varias veces.

La tecnología detrás de EPROM se basa en una variedad de transistores, cada uno que representa un poco de datos.Un elemento en cada transistor es la puerta flotante, un componente aislado eléctricamente que juega un papel importante en el almacenamiento de datos.La presencia o ausencia de carga en la puerta flotante altera el voltaje umbral del transistor.Si el voltaje umbral es suficientemente alto, el transistor se enciende, lo que indica un "1" binario.Si no, permanece apagado, lo que indica un binario "0".

La capacidad de EPROM para retener datos sin energía se basa en el diseño de la puerta flotante.La carga en la puerta flotante está atrapada y permanece estable durante años debido a una capa de óxido que la aísla eléctricamente, evitando cualquier fuga.Este aislamiento asegura que los datos almacenados se conserven sin una fuente de alimentación hasta que la memoria se borre deliberadamente.

Figura 4: Diagrama de circuito del programador EPROM

¿Cómo se programa EPROM usando inyección de electrones en caliente?

La programación de un EPROM implica cambiar el estado de las puertas flotantes dentro de su matriz de transistores.Esto se logra a través de una técnica llamada inyección de electrones en caliente, requiere aplicar un voltaje más alto de lo normal a los desagües de los transistores.Este voltaje elevado acelera electrones dentro del canal entre la fuente y el drenaje, dándoles alta energía cinética.

Algunos de estos electrones energizados, denominados "electrones calientes", obtienen suficiente impulso para penetrar la capa delgada de óxido que separa el canal de la puerta flotante.Una vez que pasan por esta barrera, quedan atrapados en la puerta flotante, elevando así su voltaje umbral.Este aumento en el voltaje cambia efectivamente el estado del transistor para representar un "1" binario.

Este método permite un control preciso sobre qué bits se establecen en "1" durante la programación EPROM.Los datos, una vez escritos, permanecen almacenados como carga en las puertas flotantes, no afectados por la fuente de alimentación hasta que la memoria se borra intencionalmente.El borrado implica exponer el EPROM a la luz ultravioleta (UV), proporciona suficiente energía para liberar los electrones atrapados y restablecer los estados del transistor de nuevo a "0".

Figura 5 :: Estructura interna de EPROM

Proceso de borrado de datos de EPROM

Borrar un EPROM no es tan simple como sobrescribir los datos en una unidad flash.En cambio, implica el uso de la luz ultravioleta (UV), se basa en el efecto fotoeléctrico para restaurar el chip a su estado original y no programado.

Cada chip EPROM está equipado con una pequeña ventana de cuarzo que permite que la luz UV alcance la capa de silicio donde se almacenan los datos.Los datos en un EPROM se almacenan en transistores de puerta flotante.Cuando el chip está expuesto a la luz UV, los fotones de la luz tienen suficiente energía para excitar electrones en la puerta flotante, lo que hace que escapen.Este proceso restablece el transistor a su estado inicial, borrando efectivamente los datos almacenados y dejando el chip listo para ser reprogramado.El transistor se puede recargar o dejar sin carga, representando valores binarios de 0 y 1.

La luz UV utilizada para borrar EPROM típicamente tiene una longitud de onda de aproximadamente 253.7 nanómetros, cae dentro del rango UVC.Esta longitud de onda específica es efectiva para proporcionar la energía requerida para eliminar las cargas almacenadas en los transistores.El proceso de borrado lleva de 10 a 30 minutos, dependiendo de la intensidad de la luz UV y el modelo EPROM específico.Durante este período, todo el chip debe estar expuesto uniformemente a la luz UV para garantizar que todos los datos estén completamente borrados, dejando el chip listo para una programación fresca.

Figura 6: EVROM UV EPROM

Limitaciones de EPROM y el cambio a las tecnologías de memoria moderna

A pesar de que las EPROM se pueden reutilizar, tienen algunos inconvenientes debido a cómo deben borrarse y reprogramarse.Un gran problema es que debes sacar físicamente el EPROM de su dispositivo para borrarlo.Esto se debe a que la luz UV tiene que brillar directamente sobre el silicio a través de una ventana de cuarzo, generalmente difícil de alcanzar cuando el chip está en una placa de circuito.Eliminar el EPROM causa problemas como el tiempo de inactividad, ya que el dispositivo debe desactivarse y separarse parcialmente para alcanzar el chip, lo que puede ser un problema en algunas situaciones.También existe el riesgo de dañar el chip o sus pines durante la eliminación, y la descarga electrostática (ESD) podría dañar las piezas electrónicas.El proceso también requiere que los trabajadores calificados manejen el equipo de borrado UV correctamente y vuelvan a colocar el chip sin causar daños.Además, en sistemas o dispositivos grandes con muchos EPROM, borrando y reprogramando cada chip uno por uno puede llevar mucho tiempo y puede no ser práctico.Estos desafíos condujeron a la creación de otros tipos de memoria como EEPROM y memoria flash que se puede borrar y reprogramarse sin necesidad de eliminarlos del circuito.Estas alternativas son más fáciles de usar y más flexibles, pero pueden no ser tan duraderas o pueden ser más caras.

Aplicaciones de EPROMS en tecnología

Almacenar biografías en computadoras

El BIOS (sistema básico de entrada/salida) es un software importante que ayuda al sistema operativo de una computadora a comunicarse con su hardware.Los EPROM se utilizan para almacenar el BIOS porque mantienen datos incluso cuando la computadora está apagada.Cuando inicia una computadora, el BIOS en el EPROM enciende el hardware y maneja las tareas básicas hasta que el sistema operativo se hace cargo.Se asegura de que la computadora pueda iniciarse y funcionar correctamente.

EPROMS también permite que el BIOS se actualice a través de un proceso llamado "flashing".Esto significa que el BIOS se puede cambiar si hay problemas o se requieren nuevas características, sin tener que cambiar el hardware.Esta habilidad hace que las computadoras sean más duraderas y adaptables.

Almacenamiento de firmware para módems y tarjetas de video

Los EPROM también se usan en módems y tarjetas de video para almacenar firmware, un software especializado que controla directamente el hardware.En los módems, el software almacenado en un EPROM controla cómo las señales digitales se convierten hacia y desde señales analógicas, lo que permite comunicarse a través de las líneas telefónicas.Este software es importante porque permite que el módem funcione con diferentes protocolos y velocidades de datos, asegurando que funcione correctamente con varios estándares de comunicación.

Del mismo modo, en las tarjetas de video, EPROMS almacena firmware que rige las operaciones de la Unidad de Procesamiento de Gráficos (GPU).Este firmware es responsable de administrar funciones básicas de visualización y manejar tareas de procesamiento gráfico.Al almacenar este firmware en un EPROM, los fabricantes se aseguran de que la tarjeta de video se pueda actualizar para admitir nuevos software y sistemas operativos, lo que ayuda al dispositivo a durar más.

Uso temprano en las CPU

Durante los primeros días del desarrollo de la computadora, se utilizaron EPROM para almacenar el microcódigo para unidades de procesamiento central (CPU).Microcode es un conjunto de instrucciones de bajo nivel que dictan cómo la CPU ejecuta instrucciones de código de máquina de nivel superior.Estas instrucciones son necesarias para la capacidad de la CPU para realizar tareas, ya que definen la lógica central y los protocolos operativos.

Al usar EPROM para almacenar el microcódigo, los fabricantes podrían mejorar y actualizar las funciones de la CPU sin tener que cambiar el hardware real.Esto fue útil en los primeros días de la tecnología informática cuando las cosas avanzaban rápidamente y los procesadores deben ajustarse a menudo.

Características de la época

EEPROM difiere de otros tipos de memoria no volátil, como ROM (memoria de solo lectura) y memoria flash, principalmente en cómo se puede modificar.ROM está programada durante la fabricación y no se puede alterar después.Por otro lado, EEPROM se puede reescribir y borrarse eléctricamente, ofreciendo una mayor flexibilidad.A diferencia de EPROM que requiere exposición a una fuerte luz ultravioleta para borrarse, EEPROM permite estas modificaciones sin la necesidad de intervención física y hacerlo más conveniente para actualizar las configuraciones del dispositivo o aplicar parches de software.

Figura 7: Diagrama de circuito de memoria de EEPROM

Capacidad y estructura de memoria de EEPROM

Los datos en EEPROM se almacenan en unidades pequeñas, como bytes o nivel de palabra, por lo que puede borrar y reescribir piezas específicas sin afectar el resto.Esta es una gran mejora sobre los tipos de memoria más antiguos como EPROM, donde tuvo que borrar grandes secciones o toda la memoria a la vez.

Dentro de EEPROM, hay una cuadrícula de células de memoria, cada una con un poco de datos.Estas celdas usan un tipo especial de transistor llamado transistor de puerta flotante para almacenar la información.Los datos se guardan agregando o eliminando electrones de la puerta flotante.El número de electrones cambia el voltaje umbral del transistor, que es el voltaje que debe encenderlo, lo que le permite almacenar un valor binario (ya sea 0 o 1).

Figura 8: Cell Memory de EEPROM

Para escribir datos en EEPROM, se aplica un voltaje más alto de lo habitual, lo que hace que los electrones se muevan a través de una capa delgada de material en la puerta flotante, un proceso llamado túnel Fowler-Nordheim.Una vez que los electrones están atrapados en la puerta flotante, permanecen allí porque el material circundante los aísla, manteniendo los datos seguros.

Para borrar los datos, el proceso se invierte.Se aplica un voltaje negativo que saca los electrones de la puerta flotante, borrando los datos almacenados y restableciendo el voltaje umbral del transistor de regreso a su estado original.

Las células de memoria de EEPROM funcionan principalmente debido a dos partes: la puerta flotante y la puerta de control.

Puerta flotante: la puerta flotante es una parte pequeña y eléctrica aislada del transistor que se encuentra entre la puerta de control y el canal del transistor.Su función principal es mantener una carga atrapando electrones dentro de su estructura.Esta puerta está rodeada por una capa de óxido aislante, evita que los electrones escapen.La presencia o ausencia de electrones en la puerta flotante cambia el voltaje umbral del transistor, codificando así los datos como un binario '1' o '0'.La puerta flotante es parte de la celda de memoria que realmente almacena los datos.

Figura 9: Puerta flotante y puerta de control en EEPROM

Puerta de control: la puerta de control es el electrodo de la puerta externa que controla la escritura y el borde de los datos.Durante el proceso de escritura, la puerta de control se utiliza para aplicar un voltaje que obliga a los electrones a túnel a través de la capa de óxido y hacia la puerta flotante.Durante el proceso de borrado, se aplica un voltaje de la polaridad opuesta y elimina los electrones de la puerta flotante.La puerta de control, por lo tanto, sirve como la interfaz que permite que los circuitos externos interactúen con la puerta flotante, lo que permite leer, escribir y borrar datos.

Las capacidades de almacenamiento de datos de los EEPROM dependen en gran medida de la interacción entre la puerta flotante y la puerta de control.La puerta flotante almacena de forma segura los datos atrapando electrones, mientras que la puerta de control permite un control preciso sobre los procesos de lectura, escritura y borrado.Esta interacción garantiza que los EEPROM sean una opción confiable y flexible para el almacenamiento de datos no volátil.

Proceso de programación y borrado de EEPROM

Borrar datos de un EEPROM implica eliminar electrones de las celdas de memoria sin sacar el chip del dispositivo.Esto se hace aplicando un voltaje de borrado que es lo opuesto al voltaje utilizado para escribir datos.

Durante el borrado, se aplica un fuerte voltaje negativo a una parte del chip, mientras que otra parte se mantiene a un voltaje más alto.Esto crea un poderoso campo eléctrico que hace que los electrones dejen las celdas de la memoria y vuelvan al material del chip.Esta acción restablece la memoria, devolviéndola a su estado original, representa un "1" o un estado borrado.

La ventaja de poder borrar datos sin eliminar el chip EEPROM es que permite actualizaciones fáciles y eficientes.Los datos se pueden borrar y reescribir mientras el dispositivo aún se está ejecutando, eso es importante para las tareas que necesitan actualizaciones regulares como ajustar la configuración o almacenar datos de calibración sin detener el dispositivo.

En resumen, EEPROM utiliza un proceso que mueve electrones de manera controlada para borrar y escribir datos.Esto, junto con la capacidad de borrar datos sin eliminar el chip, hace que EEPROM sea muy útil en muchos dispositivos electrónicos.

Aplicaciones de EEPROM

• Actualizaciones de firmware: almacena el software que controla hardware, permitiendo actualizaciones sin reemplazar el hardware, bueno para dispositivos duraderos.

• Configuración del dispositivo: conserva la configuración del dispositivo después de la pérdida de energía, asegurando un funcionamiento constante, como se ve en los enrutadores que almacenan configuraciones de red.

• Almacenamiento de datos de calibración: mantiene datos de calibración importantes en instrumentos de precisión, asegurando la precisión con el tiempo a pesar de los cambios ambientales.

• Electrónica de consumo: recuerda la configuración de los usuarios en dispositivos cotidianos como microondas, mejorando la conveniencia y la experiencia del usuario.

• Automóviles: almacena datos como lecturas del odómetro y preajustes de radio, asegurando que estas configuraciones persistan después de apagar el automóvil.

• Dispositivos de computación personal: se encuentran en el BIOS para almacenar cualquier configuración de que las computadoras se inicien y funcionen correctamente.

• Tarjetas inteligentes e identificación: almacena información de forma segura como alfileres y claves de acceso, proporcionando seguridad y accesibilidad rápida en tarjetas inteligentes.

Comparación de las tecnologías de memoria EPROM y EEPROM

Figura 10: Memoria EPROM y EEPROM

Aspecto	EPROM	Eeprom
Tipo de memoria	No volátil	No volátil
Método de programación	Requiere voltajes más altos	Cargas eléctricas estándar
Método de borrado	Exposición a la luz UV a través de una ventana de cuarzo	Borrado eléctrico, sin necesidad de luz UV
Borrador de datos	El chip completo se borra a la vez	Borrado a nivel de bytes
Eliminación de chips	Requiere la eliminación del circuito para borde	Se puede actualizar directamente en circuito
Capacidad de reescritura	Requiere exposición a la luz UV y reprogramación	Reescribe eléctricamente, permitiendo fácil actualizaciones
Durabilidad	Menos duradero debido a la exposición a la luz UV degradando el chip	Más duradero con una vida útil más larga debido a borrado eléctrico
Practicidad para actualizaciones frecuentes	Menos práctico, ya que requiere un chip completo borrado y reprogramación	Más práctico, permite actualizaciones frecuentes y modificaciones selectivas
Aplicaciones	Dispositivos mayores o especializados que requieren actualizaciones poco frecuentes	Dispositivos modernos, electrodomésticos, Firmware en equipos de redes

Conclusión

El cambio de EPROM a EEPROM es un importante paso adelante en la tecnología de memoria, resolviendo muchos problemas de los tipos de memoria más antiguos.EEPROM es más flexible, duradero y más fácil de usar, mejor para las necesidades de los dispositivos electrónicos de hoy.Permite que los cambios se realicen de manera rápida y eficiente sin tener que eliminar el chip o usar luz UV.Esto facilita que los dispositivos se mantengan al día con la tecnología de cambio rápido y se preparen para el futuro.El desarrollo de EEPROM muestra un movimiento hacia la creación de electrónica más eficiente y fácil de usar, ayudando a impulsar la innovación continua en la tecnología de memoria.

Preguntas frecuentes [Preguntas frecuentes]

1. ¿Se puede cambiar EPROM?

EPROM se puede alterar pero no con la misma facilidad que otros tipos de memoria programable.Para cambiar los datos almacenados en un EPROM, debe exponerlos a una luz ultravioleta fuerte a través de una ventana diseñada para este propósito, que se encuentra en la parte superior del chip.Este proceso borra los datos existentes, permitiendo que se programen nuevos datos.Sin embargo, esta no es una tarea trivial y requiere equipos y condiciones específicos, a diferencia de los EEPROM más modernos o la memoria flash.

2. ¿Es EEPROM más rápido que Flash?

La memoria EEPROM y Flash tienen características de velocidad comparables, pero EEPROM puede ser más lento para las operaciones de escritura.Esto se debe a que EEPROM permite que los datos se escriban y borren al nivel de bytes individuales, lo que proporciona flexibilidad pero puede ser más lento.La memoria flash, por otro lado, borra y escribe datos en bloques, lo que hace que estas operaciones sean generalmente más rápidas pero menos precisas en términos del volumen de datos administrado por operación.

3. ¿Cuánto durará Eeprom?

La longevidad de EEPROM es alta.Puede retener datos durante aproximadamente 20 a 25 años en condiciones normales.Sin embargo, esto puede variar según factores como la calidad de la EEPROM, las condiciones ambientales a las que está expuesto y con qué frecuencia se accede para escribir o borrar las operaciones.La retención de datos es una de las fuertes demandas de EEPROM, lo que lo hace adecuado para aplicaciones donde se requiere almacenamiento de datos a largo plazo sin cambios frecuentes.

4. ¿Cuántas veces se puede borrar un EEPROM?

La resistencia de un EEPROM, o cuántas veces se puede borrar y reescribir, varía según el diseño específico de chips, pero varía de aproximadamente 100,000 a 1,000,000 de ciclos de borrado/escritura.Esto hace que EEPROM sea bueno para aplicaciones que requieren que los datos se actualicen con frecuencia, aunque no tan de alta frecuencia como algunos tipos más nuevos de memoria, como ciertas recuerdos flash que pueden mantener aún más ciclos.

5. ¿Es SSD un EEPROM?

No, un SSD (unidad de estado sólido) no se clasifica como un EEPROM.Los SSD generalmente usan memoria flash tipo NAND, permite un acceso de datos más rápido, una mayor capacidad y operaciones de escritura y borrado más eficientes en comparación con EEPROM.Si bien tanto los SSD como los EEPROM son tipos de memoria no volátil (lo que significa que conservan los datos cuando la energía está apagada), sus tecnologías y aplicaciones son diferentes, siendo los SSD la opción preferida para soluciones de almacenamiento masivo en computadoras y dispositivos modernos.