PROM (Programmable Read-Only Memory)

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 19:10, 2 апреля 2017.

PROM (англ. Programmable Read-Only Memory, программируемое ПЗУ, ППЗУ) — класс полупроводниковых запоминающих устройств, постоянная память с пережигаемыми перемычками.[Источник 1]

Микросхема PROM

Программирование этих микросхем осуществляется только с помощью специальных программаторов, в целевых устройствах они устанавливаются в «кроватки» или запаиваются. Как и масочные, эти микросхемы практически нечувствительны к электромагнитным полям (в том числе и к рентгеновскому облучению), и несанкционированное изменение их содержимого в устройстве исключено (конечно, не считая отказа).

Память представляет собой двумерный массив проводников (строк и столбцов) на пересечении которых находится специальная перемычка из металла (например, нихрома или титаново-вольфрамового сплава) или аморфного кремния. Программирование заключается в пропускании через соответствующую перемычку тока, который её расплавляет или испаряет. Восстановление расплавленных перемычек невозможно. Записанное в PROM, невозможно изменить. PROM содержит данные даже когда компьютер выключен. Обладая возможностью программирования изготовителем целевого оборудования, эта память получила более широкое применение в графических адаптерах, а также для хранения кодов BIOS. Горизонтальные и вертикальные линии матрицы накопителей исходной микросхемы PROM во всех местах их пересечения соед. элемент. связи (эл. памяти) : диоды, транзисторы с включенными последовательно с ними перемычками. При использовании перемычек типа fuse(плавкий предохранитель) программирование 0 или 1 в элементах памяти осуществляется устранением (пережиганием) или оставлением без изменений соответствующей перемычки. Возможно вариант организации элемента связи в виде двух встречно включенных диодов. В исходном состоянии этот элемент эквивалентен разомкнутой цепи (логический 0), а запись логической 1 осуществляется воздействием на него повышенного напряжения пробивая обратно смещенный диод с образованием в нем короткого замыкания.[Источник 2]

История

Она была разработана в конце 1970-х годов компанией Texas Instruments и имела емкость от 1 Кбайт (8 Кбит) до 2 Мбайт (16 Мбит) и больше. Эти микросхемы могут быть идентифицированы по номерам вида 27nnnn в маркировке, где 27 указывает PROM типа TI, a nnnn — емкость кристалла {микросхемы} в килобитах. Например, в большинстве персональных компьютеров с PROM использовались микросхемы 27512 или 271000, которые имели емкость 512 Кбит (64 Кбайт) или 1 Мбит (128 Кбайт).

Принцип записи

Типичное программируемое устройство (многоразъемное) для прожига памяти PROM

Считается, что эти микросхемы после изготовления не содержат никакой информации, но на самом деле при изготовлении они прописываются двоичными единицами. Другими словами, микросхема PROM емкостью 1 Мбит содержит 1 млн единиц (фактически 1 048 576). При программировании такой "пустой" PROM в нее записываются нули. Этот процесс обычно выполняется с помощью программатора. Процесс программирования часто называется прожигом. Каждую "1" можно представить как неповрежденный плавкий предохранитель. Большинство таких микросхем работают при напряжении 5 В, но при программировании PROM подается более высокое напряжение (обычно 12 В) по различным адресам в пределах адресного пространства, отведенного для микросхемы. Это более высокое напряжение фактически записывает "0", сжигая плавкие предохранители в тех местах, где необходимо преобразовать 1 в 0. Этот процесс необратим, т.е. нельзя преобразовать 0 в 1. Программирующее устройство исследует программу, которую необходимо записать в микросхему, и затем выборочно изменяет в микросхеме 1 на 0 только там, где это необходимо. Поэтому микросхемы PROM часто называются микросхемами ОТР (One Time Programmable — программируемые один раз). Они могут быть запрограммированы только однажды. Большинство микросхем PROM стоят совсем недорого, примерно 3 доллара. Поэтому при замене программы в PROM старая микросхема выбрасывается, а новая прожигается в соответствии с новыми данными. Процесс программирования PROM занимает от нескольких секунд до нескольких минут, в зависимости от емкости микросхемы и применяемого алгоритма. Отличие PROM от ROM (read-only memory - память только для чтения) в том, что PROM производятся чистыми, в тот время как в ROM данные загружаются в процессе производства на заводе. А для записи данных в память PROM, применяются программаторы.[Источник 3]

Преимущества

  1. Записанные данные невозможно уничтожить электрическим способом, разрушение происходит лишь при физическом воздействии на носитель.
  2. Высокая скорость доступа к данным — 35 нс и менее.
  3. Возможность программировать готовую микросхему, что удобно для штучного и мелкосерийного производства.

Недостатки

  1. Малый объём хранимых данных.
  2. В PROM возможно изменение данных путём «довыжигания» тех перемычек, которые ещё не были уничтожены. Для борьбы с такими изменениями могут применяться биты четности и другие контрольные суммы.
  3. Большой процент брака.

Программирование ППЗУ

В исходном состоянии в микросхеме имеется все перемычки, то есть записаны все нули. Операция программирования заключается в разрушении (пережигании) части плавких перемычек на поверхности кристалла импульсами тока амплитудой 30 — 50 мА в ячейках, в которых нужно изменить исходное состояние. Пережигание происходит в соответствии с таблицей истинности, путём подачи более высокого напряжения U = 10 – 12В. В. Это в чём-то сходно с перегоранием предохранителей при возрастании тока выше допустимого значения. Часто ППЗУ называют однократно программируемыми. Из принципа действия их понятно, что программировать их можно сколько угодно раз, но каждый раз пережигая новые перемычки, в то время, как восстановить их уже нельзя. Некоторые микросхемы при поставке могут содержать несколько бит с уже изменённой информацией. Причиной этого является проверка микросхем на заводе на программируемость при изготовлении. Эти ячейки указываются в паспорте. Пережигание перемычек производится по одной, чтобы не допустить перегрева и выхода из строя микросхемы. Для программирования ПЗУ используются специальные устройства, называемые программаторами. В настоящее время существует много промышленных и радиолюбительских устройств для программирования ПЗУ. После программирования нужно проверить информацию в ПЗУ, так как не все нужные перемычки могут быть разрушены. Для различных типов ППЗУ вероятность правильного программирования (коэффициент программирования) составляет:

Кпр. = 0,65 – 0,9

При необходимости – производят повторное программирование. Возможно использование форсированного режима с использованием импульсов большей длительности (но не амплитуды!) Часто для повышения надёжности запрограммированное ППЗУ подвергают термотренировке – выдерживанию в термостате в течение определённого времени при высокой температуре (например – 168 час. при температуре +125 градусов). Если после термотренировки обнаружены ошибки – производят повторное программирование. Нужно учитывать возможность восстановления перемычек, что на первый взгляд кажется невероятным. Причиной этого являются сложные явления миграции электронов на микроэлектронном уровне. Этого явления не происходит в перемычках из силицида платины или поликристаллического кремни.[Источник 4]

Источники

  1. Википедия [Электронный ресурс]: EPROM / Дата обращения: 05.03.2017. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/PROM
  2. Персональный сайт [Электронный ресурс]: PROM / Дата обращения: 05.03.2017. — Режим доступа: http://vanek979.narod.ru/index/0-19
  3. PersCom [Электронный ресурс]: PROM / Дата обращения: 05.03.2017. — Режим доступа: http://perscom.ru/index.php/bios/51-bios10/221--prom
  4. Studentpmr [Электронный ресурс]: PROM / Дата обращения: 05.03.2017. — Режим доступа: http://studentpmr.ru/?p=25215