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杏彩体育招商:藏在石英窗口下的突破:这颗芯片50周年!让CPU终于有了 “可塑的记忆”

来源:杏彩体育招商    发布时间:2025-11-10 04:31:04

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  1975 年,2708 成为首款切实可行的 EPROM—— 工程师们只要能为其供电,就能将它插入 8 位系统中使用。

  20 世纪 70 年代初,掩模 ROM 成了行业瓶颈。每次固件更新,硬件团队都得等待新的光刻掩模,既耗时又费钱。1971 年推出的英特尔 1702 是一项突破:它是基于浮栅晶体管的首款可擦除可编程只读存储器(EPROM),可通过紫外线 是 PMOS 器件,读取速度慢、编程操作繁琐,且与新兴的高速 NMOS 微处理器(如 8080)并不匹配。

  英特尔 2708 的出现改变了这一局面。它是首款专为 8 位微型计算机设计的 NMOS EPROM,可直接提供字节宽度的数据。1975 年左右推出的 2708,在 24 引脚陶瓷双列直插封装(DIP)中集成了 8 千位(1KB)的容量,既能通过电子方式编程,又能通过紫外线擦除。它成为首款实用性足够强的 EPROM—— 无论是爱好者还是专业工程师,都能将固件烧录其中,并直接插入微处理器板的插槽。

  尽管 2708 在功能上实现了飞跃,但其供电要求却颇为苛刻。当时大多数 TTL 和 NMOS 系统仅需单一 + 5V 电源,而 2708 却需要三个电压:

  若要对其编程,还需在编程引脚施加约 25-26V(VPP)的脉冲,且对地址、数据和芯片使能信号的时序有严格要求。

  这些限制让 2708 的应用颇为棘手。基于英特尔 8080 或摩托罗拉 6800 的微型计算机系统,往往需要专用电源或转接板才能稳定运行 EPROM。编程时,高压脉冲的持续时间必须精确:太短,位无法锁存;太长,浮栅可能过充或损坏。

  即便如此,2708 的设计仍比 1702 等早期 EPROM 有显著优势。它采用 NMOS 浮栅雪崩注入型 MOS(FAMOS)晶体管,读取速度更快(约 450 纳秒),集成度也高于 PMOS 单元。其 1024×8 的组织结构与 8 位微处理器的自然字长相匹配,使固件存储和内存映射 I/O 的实现更简洁。

  与所有 EPROM 一样,2708 的核心是浮栅 MOSFET(金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管)。普通 MOS 晶体管仅有一个控制导电的栅极端子,而 FAMOS 结构在控制栅下方嵌入了第二个电隔离的栅极(即浮栅)。

  编程时,高压脉冲使电子隧穿栅氧化层并被困在浮栅上。这些捕获的电荷会改变晶体管的阈值电压—— 根据电荷的有无,芯片便能有效存储数字 “0” 或 “1”。

  由于浮栅处于绝缘状态,电荷可保留数年,除非主动清除。这就用到了 2708 封装顶部的石英窗口:将芯片裸片暴露在 253.7 纳米的紫外线下时,被捕获的电子会获得足够能量逃离栅氧化层,放电回到平衡状态。擦除后,芯片可重新编程。

  这种机制让 EPROM 兼具灵活性和可重复使用性,尽管存在一些特性:擦除是 “全有或全无” 的操作,无法针对单个位或字节;且擦除时间很长,通常在紫外灯下需要 10 到 30 分钟,还需在重新编程前让芯片 “静置” 一段时间。

  尽管如此,电子编程与光学擦除的结合,赋予了 2708 前所未有的能力:固件可在现场更新、在开发中修订,或在不同系统间共享,无需重新制作硅片。

  从量产角度看,2708 的生命周期并不长,但它首次实现了 —— 系统设计师能切实基于一种 “非易失性、电可编程、字节可访问” 的存储器件进行开发。它迅速成为早期 S-100 计算机、单板套件和嵌入式控制器的首选固件介质。

  话虽如此,三电压要求始终是工程师的困扰。随着系统电压逐渐统一为 + 5V,市场需要更简单的供电方案。短短几年内,英特尔及其他厂商便推出了 2716 等后续产品:容量翻倍至 2KB,取消了读取操作所需的 - 5V 和 + 12V 电压轨,正常使用时仅需单一 + 5V 供电,仅在编程时保留 + 25V 电压。

  这些新型 EPROM 几乎一夜之间就让 2708 被淘汰。人们制作了转接器,将 2708 的插槽转换为适配 2716;编程器也不再支持这种老旧的三电压器件。

  即便如此,2708 的历史意义仍不可否认。它向人们展示了:当设计师不再受限于掩模 ROM 或繁琐的二极管矩阵时,固件能实现怎样的突破。它将可重编程存储器交到了工程师、教育工作者和爱好者手中,并确立了 EPROM 在引脚定义和封装上的规范 —— 这一规范在此后数十年中被行业沿用。

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