Czy Słońce wyczyści pamięć EPROM?

Dawno dawno temu w urządzeniach dane tylko do odczytu były przechowywane w pamięciach EPROM. Tego typu pamięci były programowane elektrycznie natomiast kasowane promieniowaniem UV. Kasowanie było możliwe dzięki okienku kwarcowemu w obudowie (istniały też tańsze jednokrotnie programowalne pamięci bez okienka w obudowie).

Na EPROM-y można było natrafić na płytach głównych PC (BIOS), kartach sieciowych (program botujący), oraz urządzeniach automatyki i sterowania (przechowywały program wykonywany przez mikrokontroler).
Większość hobbystów miała dostęp lub posiadała programator EPROM (np. Willem), natomiast bardzo rzadko ktoś posiadał kasownik EPROM. Kasowniki wyposażone były w źródła światła UV-C, szczelnie zamknięte w kasecie na układy pamięci EPROM (UVC jest szkodliwe dla człowieka - szczególnie skóra i oczy), lepsze modele posiadały prosty układ czasowy wyłączający naświetlanie EPROM.


Jak hobbyści radzili sobie z kasowaniem EPROM?
Zwykle wykorzystywali posiadane źródło UVC np. w postaci jarznika z lampy rtęciowej, świetlówki bakteriobójczej UV-C lub tzw. kwarcówki. Przy odrobinie wprawy i zachowaniu ostrożności, takim "darmowym" sposobem udawało się kasować zawartość EPROM. Czytając tematy Kasowanie pamięci EPROM z oczkiem UV i Kasowarka pamięci EPROM domowej roboty można trafić na zaskakujące propozycje wykorzystania pieprzniczki i migomatu, lampy błyskowej oraz słońca.



Czy promieniowanie słoneczne skasuje EPROM?
W ostatnie upały postanowiłem sprawdzić w praktyce ile zajmie kasowanie EPROM światłem słonecznym. W specyfikacji pamięci 27C256 Microchip znalazłem informację, że należy doprowadzić dawkę 15Ws/cm² i zastosować źródło światła o długości fali 2537 angstremów (253,7nm UV-C), przy natężeniu 12000µW naświetlanie powinno trwać 20minut. Według specyfikacji zdolność do przechowywania danych wynosi >200 lat jednak zdarzało mi się trafiać na urządzenia automatyki, w których zawartość EPROM uległa degradacji po ~20 latach.




Promieniowanie UVC jest dość dobrze tłumione przez atmosferę i ciężko określić jaki czas naświetlania będzie potrzebny. Według Wikipedii Słońce potrafi skasować EPROM w tydzień natomiast świetlówka (taka zwykła świecąca światłem widzialnym) w trzy lata. Nie bez powodu na EPROM-ach umieszczone były papierowe lub aluminiowe naklejki z nadrukiem, które poza funkcją informacyjną blokowały dostęp światła UV degradującego zawartość pamięci.


Link


Do eksperymentu zostały pozyskane pamięci EPROM niewiadomego pochodzenia, patrząc na zawartość jednej z kostek widać, że pochodziła z urządzenia mającego jakieś ustawienia językowe.

Pamieć 27C256 została umieszczona na dachu budynku na dwa tygodnie. Pamięć posiada pojemność 32KB czyli dokładnie 32768 bajtów co daje 262144 bitów, √ 262144 = 512 czyli możemy zwizualizować zawartość pamięci jako obrazek 512x512 pikseli. Bity 0 oznaczmy jako piksel niebieski bity 1 jako piksel czerwony natomiast bity skasowane słońcem (0->1) jako piksele żółte. Poniżej "wygląd" pamięci przed wystawieniem na promieniowanie słoneczne, oraz po dwóch tygodniach naświetlania.

Widać że większość pamięci została skasowana, czyli sposób działa jednak jest dość nieprzewidywalny i zależny od aktualnej pogody. Miałem jeszcze kilka EPROM-ów, ciekawe jak kasowanie pamięci przebiega w czasie. EPROM został umieszczony na wschodniej ścianie budynku, natomiast zawartość była cyklicznie odczytywana z wykorzystaniem Arduino Mini i zapisywana na karcie SD. Prosty kod i dwa liczniki '4040 pozwoliły na adresowanie wszystkich komórek pamięci 27C256 i zapisywanie zawartości w 512 bajtowych blokach do kolejnych plików na karcie micro SD. Układ zasilany był napięciem 5V dlatego dla karty SD został zastosowany konwerter poziomów i stabilizator 3.3V.

Kod dla Arduino cyklicznie odczytujący dane z EPROM:


Kolejne zrzuty zawartości EPROM zostały zmienione prostym skryptem w Python na pliki PNG o rozdzielczości 512x512 pikseli obrazujące proces kasowania pamięci przez promieniowanie słoneczne. Skrypt został uruchomiony w środowisku Python 3.5 wykorzystując bibliotekę do tworzenia plików PNG PILLOW 3.3.0.

Kod w Python do zamiany danych z EPROM na pliki PNG 512x512 pikseli:


Zamiana serii plików png na plik wideo mp4 jest możliwa np. przy wykorzystaniu ffmpeg.
Po wydaniu polecenia:
ffmpeg -i out%06d.png -vf fps=30 -pix_fmt yuv420p output.mp4
otrzymujemy plik wideo output.mp4 którego kolejne klatki zostały zaimportowane z plików PNG.

Tym razem kasowanie EPROM zajęło około trzy tygodnie. Po ponad dwóch tygodniach pojawiło się zjawisko "migotania" bitów (aby to zobaczyć warto uruchomić film w HD). Te same bity identyfikowane były czasami jako 0 lub 1, przy takim stanie degradacji urządzenie mogłoby się zawieszać a czasami działać prawidłowo. Po prawie trzech tygodniach nastąpiło lawinowe kasowanie komórek pamięci EPROM (zmiana wartości bitów z 0->1).

Czy lampa błyskowa skasuje EPROM?
Lampa błyskowa może zakłócić działanie urządzeń elektronicznych (impuls napięcia w odsłoniętym złączu PN wytworzony jasnym błyskiem), jednak wątpię aby skasowała EPROM, tak czy inaczej sprawdziłem to w praktyce.
Po ponad 600 błyskach emitowanych z palnika IFK120 połączonego z kondensatorem 250µF@300V ~11J, zawartość pamięci EPROM nie została naruszona.

Co było motywem dla ponad miesięcznego eksperymentu?
Ciekawość, chęć sprawdzenia w praktyce "legend miejskich", wyjaśnienie odległej w czasie awarii pewnego urządzenia oraz rozstrzygnięcie zawartego zakładu .

Czy kiedykolwiek trafiliście na uszkodzenie elektroniki spowodowane promieniowaniem UV, X lub innym promieniowaniem jonizującym?

Fajne!

Nieco dziwne pytanie zadałeś na końcu, bo choć uszkodzenia sprzętu spowodowane zmianą zawartości EPROM się zdarzają to trudno zwykle wskazać przyczynę. To jest proces długotrwały (sam to zauważyłeś), jednym 'błyskiem' jakiegoś promieniowania trudno uszkodzić zawartość pamięci (wtedy przyczyna byłaby oczywista). O ile łatwo odciąć pamięć od światła widzialnego, to np. jakieś urządzenia Rtg w pobliżu (w sensie np. sąsiednim budynku) mogą sobie pracować gdy użytkownik pamięci o nich nawet nie wie.
No i jeszcze jedna ważna różnica - sprawdzałeś proces kasowania, a nie sprawdziłeś procesu uszkadzania - czyli ile wytrzyma pamięć nie do całkowitego wyczyszczenia, ale do pojawienia się pierwszej zmiany zawartości. Na pewno jest to znacznie mniejsza dawka promieniowania.
Jeden fajny aspekt widać na zaprezentowanym obrazku - środek pamięci został wykasowany dość skutecznie, jednak skrajne górne i dolne fragmenty pozostały niedoczyszczone. Pewnie jest to skutek cienia jaki rzuca obudowa na strukturę w miarę przesuwania się Słońca po niebie.

Zgadza się, ustalenie wpływu jakiegoś promieniowania jako przyczyny awarii to zwykle trudna sprawa. Stąd moje pytanie, jestem ciekawy czy ktoś wyszedł poza obszar przypuszczeń i udało się jednoznacznie ustalić taką przyczynę usterki.
Problem wpływu promieniowania jonizującego występuje np. w przypadku urządzeń pracujących w przestrzeni kosmicznej, niektórzy producenci dostarczają układy "radiation hardened", które znajdują zastosowanie np. w satelitach.
Wpływ promieniowania jonizującego można zaobserwować także w przypadku matrycy CCD, można trafić na opisy prób wykorzystania kamery w smartfonie do takich celów: http://www.pocketmagic.net/ccd-radiation-detectors

W drugiej próbie "online" pierwsze błędy odczytu pojawiły się po dwóch tygodniach (czasami pojedyncze bity "0" były odczytywane jako "1"), efekt z czasem się nasilał, widać też moment (po prawie trzech tygodniach) gdy następuje lawinowe kasowanie pamięci. W obu próbach zostały wykorzystane EPROMy o różnym wyglądzie struktury, pierwsza EPROM posiadała większą bardziej kwadratową strukturę, druga pamięć miała mniejszą strukturę bardziej prostokątną (widoczne na zdjęciu z trzema pamięciami).
Na czas kasowania miała zapewne wpływ pogoda, a także "przeszłość" pozyskanych pamięci. Do powtarzalnego eksperymentu należałoby użyć takich samych pamięci zaprogramowanych tuż przed próbą. Ten eksperyment nie był laboratoryjny i można sobie pozwolić na takie podejście, wykorzystanie EPROMów mających swoją "tajemnicę" było ciekawsze .

W temacie wspomnianym w materiale pojawia się także informacja o sposobie programowania EPROM "płytkim" i "głębokim" w zależności od czasu impulsu programującego, to również może mieć wpływ na czas kasowania i odporność na degradację.
Co ciekawe w pierwszej próbie "offline" gdybym zdjął EPROM z dachu kilka dni później prawdopodobnie całość była by już skasowana i nie udałoby się zauważyć niebieskich obszarów na początku i końcu pamięci.

Co do cienia rzucanego przez obudowę, widoczny jest on na miniaturze filmu na YT, to zaskakujące jak czynniki zewnętrzne mogą w trudny do przewidzenia sposób wpływać na wyniki eksperymentu. Podczas próby "online" widziałem że w zależności od pory dnia struktura była w różnym stopniu oświetlona.

Na obecną chwilę chyba bardziej przydatne byłoby zdobycie doświadczenia z trwałością zapisu powszechnych pamięci typu FLASH które są rozwinięciem pamięci EEPROM .Oczywiście nie posiadają okienka i potrzeby ekspozycji na UV by skasować ale ciekawe jak odporne są na przenikliwe promieniowanie otoczenia.W mojej praktyce wielokrotnie spotkałem się z samoistnym(?) skasowaniem pamięci tego typu.Pamieć EPROM UV zdarzało mi się spotkać uszkodzone ale tylko z przyczyn elektrycznych(np.brak uziemienia urządzenia dużej mocy).Co do zauważalnych zjawisk związanych z uszkodzeniem sprzętu elektronicznego to zdarzały mi się głównie TV .Seriami przychodziły różne z identycznym uszkodzeniem tego samego tranzystora (BU508-sterowanie odchylania poziomego) w tym samym mniej więcej czasie. Gdy zapanowała era internetu ponieważ interesuje się kosmosem i astronomią skojarzyłem to z info dot.aktywności Słońca.Może się mylę ale tak ja kojarzę te uszkodzenia.

Świetny pomysł, chętnie poczytałbym na elektroda.pl o wynikach próby z pamięciami EEPROM i FLASH, które zostały wystawione na działanie promieniowania X lub jakiejś formy promieniowania jonizującego, które dotarłoby do struktury w obudowie.
Niestety nie posiadam dostępu do takich źródeł oraz doświadczenia aby wykonać takie próby w bezpieczny sposób.

Widzę że temat badała m.in NASA: https://nepp.nasa.gov/workshops/etw2012/talks/Tuesday/T13_Irom_NVM_Radiation.pdf
https://www.esa.int/gsp/ACT/doc/EVENTS/memris...rois_2015-04-30%20ResistiveMem%20workshop.pdf

Można próbować w taki sposób jak z tym EPROM-em.Wystawić jedna kostkę FLASH zapisaną jednorodną matrycą 010101... na ekspozycję słoneczną i nie tylko-ogólnie wystawić "pod niebo"(tak jak u kolegi -na dachu),a drugą identyczną schować w domu w ciemnym pudełku "pod dachem".Metoda testowania może być podobna .I uzbroić się w cierpliwość bo pewnie na jakiś efekt zapewne dłuuugo poczekamy.

Kilka slow ode mnie:

- po pierwsze efektywność kasowania zależy od konstrukcji komórki pamięci (rozmiar, geometria, technologia itp)
- po drugie od sposobu zaprogramowania (tzw szybkie algorytmy oferują mniejszą trwałość niż wolny algorytm)
- po trzecie warto pamiętać ze wyprowadzenia EPROM powinny być zwarte (wystarczy pianka ESD - przewodząca ładunki elektryczne) - podczas naświetlania pamięci wytwarza się dość znaczny ładunek elektryczny który w skrajnie niekorzystnym zbiegu okoliczności może uszkodzić pamięć.

Do autora w kwestii językowej.
"Czy pamięć EPROM wyczyści Słońce?"
Po jakiemu to?
Wychodzi na to, że Słońce zostanie wyczyszczone przez pamięć EPROM.
Autorze, popraw to, bo bije po oczach!

@Sofeicz niezła wpadka, ale nie moja gdyż jako autor tego materiału nadałem mu tytuł "Pamieć EPROM vs Słońce" (co można sprawdzić np. na FB elektroda.pl https://www.facebook.com/elektroda/ ). Może pierwotny tytuł nie był idealny ale na pewno lepszy niż zauważony przez Ciebie. Zmieniam na "Czy Słońce wyczyści pamięć EPROM" to będzie coś pośrodku...
Dzięki za info.

P.S.
W dodatku zmieniony temat zauważony przez Ciebie trafił teraz na stronę główną elektroda.pl oraz do powiadomień e-mail , poczekamy za jakiś czas powinien się zmienić.

Sorry za lekki OT ale przypomniałem sobie taki fakt.W latach 80 pracowałem przy programie cyfrowych terminali.Program umieszczany był zwykle w kościach EPROM.Ponieważ problematyczne wówczas było zdobycie podzespołów (zielone dewizy) dobierało się podzespoły z KDL(staży wiedzą o co chodzi).Najciekawiej zachowywały się scalaki od Wielkiego Brata.Pomijając fakt że miały raster 2,5mm to albo nie dawały się skasować po zaprogramowaniu albo nie dawały się zaprogramować w ogóle.Chodziły pogłoski że to wersje odporne na atak atomowy i tylko bliski wybuch bomby neutronowej może ją skasować.

Ciekawe jaki błąd podczas tworzenia struktury powodował takie efekty, czyli albo brak możliwości wprowadzenia/utrzymania ładunku dla bramki, lub brak możliwości usunięcia ładunku. Zły rodzaj materiału/procesu technologicznego?

Można je oglądnąć w necie(EPROM ZSRR).A ile złota!Za biżut mogą robić.

Jacekser napisał:

Najciekawiej zachowywały się scalaki od Wielkiego Brata.Pomijając fakt że miały raster 2,5mm to albo nie dawały się skasować po zaprogramowaniu albo nie dawały się zaprogramować w ogóle.Chodziły pogłoski że to wersje odporne na atak atomowy i tylko bliski wybuch bomby neutronowej może ją skasować.

Hehehe, potwierdzam, mam kilka radzieckich EPROM'ów i owszem, bardzo ciężko się je kasowało (kilka godzin naświetlania), co do programowania - zależy jak się je programowało - 2KiB (К)573РФ2 - odpowiedniki 2716 właściwie po kilku podejściach było OK...
A co do rastra - tzw cal metryczny (25mm) to nie był problem w wypadku DIL 24/28 pin - zaczynał być problem w wypadku DIL 40 .

Cytat:

Czy kiedykolwiek trafiliście na uszkodzenie elektroniki spowodowane promieniowaniem UV, X lub innym promieniowaniem jonizującym?

Owszem, tak. W Eltrze swojego czasu pojawił się problem związany z nowym produktem, chodziło o wieżę wprowadzoną właśnie do produkcji. Masowo napływały informacje do serwisu, że wieże zachowują się dziwnie - głośność zmienia się samoczynnie, zdarzają się wyłączenia sprzętu czy przełączanie stacji radiowych, źródeł sygnału itp.
Po analizie problemu w komórce obsługi produkcji wyszło na jaw, że winne temu było... słońce oraz inne źródła promieniowania podczerwonego, na przykład świecąca blisko żarówka w lampce na biurku.
Czujnik pilota, znajdujący się na płycie głównej wieży, po oświetleniu słońcem czy właśnie żarówką, generował losowy szum impulsów, wśród których przypadkowo pojawiały się sekwencje uruchamiające to lub owo. Tak, jakby ktoś wciskał przyciski na pilocie.
Problemowi zaradzono metodą filtrów barwnych przed oczkiem czujnika, selektywnie
przepuszczających wybrane pasmo podczerwieni.
Nie wyeliminowało to w 100% zjawiska, ale znacząco je ograniczyło.
P.S. To była końcówka lat 90-tych ubiegłego wieku.

Jakby co to mam sporo EPROM'ów z "oczkiem". Pochodzą z drukarek (tak jak zapewne ten z testów). Mogę dać kilka do prób. Mogą być zaprogramowane, lub mogę wykasować, bo akurat posiadam profesjonalną "kasowaczkę".

Pozdrawiam.
CMS

krru napisał:

bo choć uszkodzenia sprzętu spowodowane zmianą zawartości EPROM się zdarzają to trudno zwykle wskazać przyczynę.

Pamiętajcie, że nie tylko UV niszczy EPROM, bo zdecydowanie ważniejsze są zakłócenia !!!
To jest szyna równoległa.
Już wielokrotnie były awarie jak ktoś, kto odwalił kawał dobrej roboty, akurat o tym akurat nie pomyślał.


Przykład osobisty, jakich miałem kilka.

Pewnego razu zostawiłem coś pod żelówką 12V - ten się rozładował i sprzęt był do wyrzucenia (zabezpieczony ROM).
Ponad 10 lat minęło zanim odzyskałem urządzenie na allegro (rzemieślnicza robota).

Już przegnita ścieżka czy wilgoć/korozja (niezwykle częste) może być tego powodem.
Są to realia rzeczywistości spotykane od hobby młodego technika aż po przypadki uszkodzeń na fabrykach.

Ciekawy artykuł Link

carrot napisał:

Ciekawy artykuł Link

Wygląda na urban legend a już wzmianka o Odrze jako komputerze zdolnym do DSP (sygnał radarowy) świadczy o mocno wybujałej wyobraźni.

Śmiem twierdzić ze F-117 również używa procesorów z polowy lat 80 może początku 90. W technice wojskowej niezwykle ostrożnie używa się nowych technologi. Znany mi system przetwarzania danych radarowych (15 stacji radarowych) - cala funkcjonalność implementowana na DSP TI (320C30 + 320C40) i jest tego naprawdę sporo.

carrot napisał:

Ciekawy artykuł Link

Istotnie, ciekawy artykuł.
Zastanawia mnie, jak na ludzi działały te świnki/krówki, skoro promieniowanie potrafiło z kilkunastu metrów i to w krótkim czasie (przejazd pociągu) mieć aż tak istotny wpływ na działanie komputera, który podejrzewam był w grubej metalowej obudowie.

Pozdrawiam.
CMS

Artykuł jest niewiarygodny - autorowi nie chciało się nawet zilustrować go zdjęciem maszyny SM1800 tylko została użyta fotka zestawu DWK-2... o reszcie "sensacji" nie ma nawet co pisać...

Przedmówco, to sobie poczytaj jak działa mechanizm Win95.CIH. Sprytnie opisuje co z takim EPROMem zrobisz. Ja miałem okazję wymieniać taki BIOS. Opisany sposób może budzić wątpliwości, ale nie zaprzeczaj kiedy są inne powody do zmartwień..

Trzeba też rozdzielić kasowanie od niszczenia zawartości to dwie zupełnie różne sprawy.

Hektar Zahler napisał:

opisuje co z takim EPROMem zrobi

EPROMowi nic nie zrobi CIH

Hektar Zahler napisał:

Przedmówco, to sobie poczytaj jak działa mechanizm Win95.CIH. Sprytnie opisuje co z takim EPROMem zrobisz. Ja miałem okazję wymieniać taki BIOS. Opisany sposób może budzić wątpliwości, ale nie zaprzeczaj kiedy są inne powody do zmartwień..

Trzeba też rozdzielić kasowanie od niszczenia zawartości to dwie zupełnie różne sprawy.

Nie myl FLASH z EPROM - FLASH zaprojektowany jest w taki sposób by programować go w systemie a EPROM wymaga zewnętrznego programatora (konieczność używania wyższych napiec np) choć mógłbym wyobrazić sobie system z wbudowanym programatorem EPROM to jednak w takiej sytuacji zazwyczaj problem załatwia się inaczej instalując NVRAM bądź symulując ROM w RAM i małym bootloaderem ładuje się właściwy kod.

Co do materiału Link, może zakłócenia w pracy systemu wynikały z promieniowania jonizującego pyłu którym pokryte były wagony, a może powód był jeszcze inny np. elektrowóz ciągnący ten skład emitował zakłócenia radioelektryczne o szczególnym widmie lub mocy?

@deus.ex.machina ja wiem teoria, ale wyjątkowo da radę podważyć. Starocie dogadujące się między sobą po rozległym gąszczu obwodów. Chodzi o ich mnogość, bo rosną szanse uszkodzeń natury chemicznej - obwody, szczególnie złącza, skorodowane stawiają zawartość na łasce najwyższego. Dodajmy skoki napięcia na zasilaniu i problem gotowy. Zdecydowana większość z nich będzie wieczna, jak miało być, ale nie zawsze. Zdradzę Ci coś z praktyki chemia lubi czepiać się prądu.

Hektar Zahler napisał:

@deus.ex.machina ja wiem teoria, ale wyjątkowo da radę podważyć. Starocie dogadujące się między sobą po rozległym gąszczu obwodów. Chodzi o ich mnogość, bo rosną szanse uszkodzeń natury chemicznej - obwody, szczególnie złącza, skorodowane stawiają zawartość na łasce najwyższego. Dodajmy skoki napięcia na zasilaniu i problem gotowy. Zdecydowana większość z nich będzie wieczna, jak miało być, ale nie zawsze. Zdradzę Ci coś z praktyki chemia lubi czepiać się prądu.

No wiec raz jeszcze - mając 45 lat na karku twierdze ze żaden CIH nie przeprogramuje/uszkodzi EPROM w stylu 27128 - 27512 (bo takie kiedyś bywały BIOS). Deszcz pada nie dlatego ze anioły sikają (słyszałem taka interpretacje tego zjawiska)...