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EPROM Definition & Begriffserklärung

EPROMDie Abkürzung EPROM steht für die englische Bezeichnung erasable-programmable-read-only-memory. Es handelt sich hierbei um einen löschbaren und programmierbaren Nur-Lese-Speicher, der in früheren Computern eingesetzt wurde. Dieser elektronische Speicherbaustein wird auch als nichtflüchtig bezeichnet, da er seine Informationen auch nach dem Ausschalten des Rechners nicht verliert. In heutiger Zeit wurde das EPROM jedoch weitgehend vom EEPROM abgelöst.

Programmierung eines EPROMs

Ein EPROM wird mithilfe eines EPROM-Brenners, einem speziellen Programmiergerät programmiert. Nach einer erfolgreichen Programmierung kann der Inhalt erst durch UV-Licht wieder gelöscht werden. Die Haltbarkeit ist jedoch nicht als unbegrenzt anzusehen. Je nach Typ ist die Lebensdauer auf 100 bis 200 Löschvorgänge begrenzt. EPROMs besitzen auf ihrem Gehäuse ein Quarzglasfenster. Nur durch dieses Quarzglas kann die UV-Löschung erfolgen. Da die Herstellung nicht einfach ist, sind EPROMs verhältnismäßig teuer in der Produktion. Im Gegensatz zu den mehrfach zu löschenden EPROMs, gibt es auch Versionen ohne Quarzglasfenster. Diese Bausteine lassen sich jedoch nur einmal programmieren. Man nennt sie One Time Programmable (OTP).

Aufbau eines EPROMs

In der Regel besteht ein EPROM aus einer Matrix aus etlichen Speicherzellen. In jeder Speicherzelle stellt ein Transistor ein Bit dar. Dabei handelt es sich um einen sogenannten MOSFET-Transistor, der mit dem Floating Gate, einer isolierten Hilfselektrode versehen ist. Während der Programmierung über den EPROM-Brenner wird eine entsprechend hohe Spannung angelegt. Durch den entstehenden Tunneleffekt wird das Floating Gate geladen. Die Ansteuerspannung verschiebt sich hierdurch und der Transistor wird geschaltet. Die gespeicherten Daten können nun beliebig ausgelesen werden, da die Lesespannung immer unterhalb der Programmierspannung liegt.

Soll ein EPROM gelöscht werden, bewirkt die UV-Bestrahlung eine großflächige Ionisierung des Halbleiters. Hierdurch kann die bei der Programmierung aufgebrachte Ladung an den Transistoren das Floating Gate wieder verlassen. Als Ergebnis erhält man das EPROM in seinem Ursprungszustand, da das Bitmuster komplett wieder gelöscht wurde. Auch EPROMs ohne Quarzglasfenster, die sogenannten OTPs lassen sich löschen. Hierzu wird jedoch eine Röntgenstrahlung verwendet. Eine erneute Programmierung ist jedoch nicht möglich. Der Löschvorgang eines EPROMs dauert in der Regel zwischen 10 und 30 Minuten. Auch nach Ausschalten der UV-Lampe hält die Ionisierung noch eine Weile an.

Je nach verwendetem Baustein kann sich dieser während des Löschens erhitzen, wobei keine sofortige Programmierung wieder stattfinden kann. Erst nachdem sich das EPROM abgekühlt hat, kann mit der neuen Programmierung begonnen werden. Es gibt aber auch EPROM-Brenner, die sich einer UV-Blitzlicht-Technik bedienen. Anstelle einer dauerhaften UV-Bestrahlung werden die Bausteine intensiven Lichtblitzen ausgesetzt, wobei sich der Löschvorgang wesentlich verkürzt. Hierbei ist jedoch Vorsicht geboten.

Nicht alle Hersteller von EPROM-Bausteinen gewähren mit dieser Methode eine hohe Datenlebensdauer. Nach einer erfolgreichen Programmierung sollte das Quarzglas-Fenster mit einer lichtundurchlässigen Folie zugeklebt werden. Meist wird hierfür ein kleiner Streifen selbstklebende Silberfolie verwendet. Bei einem offenliegenden Quarzglas kann direktes Sonnenlicht dieses nach ungefähr 90 Tagen aus Versehen löschen. Ebenfalls sollte vermieden werden, mit einem herkömmlichen Fotoblitzgerät ein offenliegendes EPROM zu fotografieren. Der Blitz kann zu kurzeitigen Datenverfälschungen und schlimmstenfalls zum Ausfall des Computers führen. Wie es bei den meisten integrierten Schaltkreisen üblich ist, ist auch die PIN-Belegung eines EPROMs standardisiert.

In-Circuit-Simulationen helfen bei der Entwicklung von EPROM-Programmen

Leider sind die meisten EPROMs nicht unbegrenzt wiederbeschreibbar. Insbesondere wenn es um die Entwicklung von Programmen für EPROMs geht, bietet sich ein Simulationsprogramm an. Ein Beispiel wäre die Simulation über den herkömmlichen USB-Anschluss. Diese Geräte verwenden kein richtiges EPROM, können jedoch die Funktionsweise bis 4 MBit simulieren. Man nennt dies auch In-Circuit-Simulation. Der jeweilige Programmcode wird über die USB-Schnittstelle in den Simulator geladen. Anschließend wird das so simulierte EPROM über einen Steckadapter in den eigentlichen Schaltungsaufbau integriert.

Die jeweils zu testende Schaltung erkennt das simulierte EPROM als echtes EPROM und verhält sich dementsprechend. Eine andere Methode ist die Verwendung von batteriegepufferten Speicherbausteinen, die mit einem Schreibschutzschalter versehen sind. Diese Bausteine können direkt über einen EPROM-Brenner programmiert werden und anschließend mit dem aktivierten Schreibschutz auf der jeweiligen Testschaltung eingesetzt und überprüft werden.

Verwendung von ROM im PC

Bei dem sogenannten Festwertspeicher eines PCs, dem ROM, handelt es sich ebenfalls um ein EPROM. Mithilfe seines kleinen Dienstprogramms, dem Bootloader, verhilft es dem Rechner hochzufahren und nach einem Test der Hardwareumgebung das Betriebssystem in den Hauptspeicher zu laden. So verfügten beispielsweise die ersten PC-ATs lediglich über 5 ¼ Zoll Laufwerke. Als die 3,5 Zoll Diskettenlaufwerke auf dem Markt erschienen, konnten viele Rechner erst dann umgerüstet werden, wenn auch ihr ROM an die neue Hardware angepasst wurde. Dies machte es nötig, den ROM-Baustein auszutauschen. In einigen Fällen konnte das EPROM ohne Probleme umprogrammiert werden. Erst danach waren auch ältere Rechner in der Lage, mit 3,5 Zoll Diskettenlaufwerken zu arbeiten.

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