EEPROM：電気で書き換えられる記憶装置

EEPROM：電気で書き換えられる記憶装置

概要

電気で動く機器の頭脳ともいえる計算機や電子機器の中には、情報を記憶しておくための部品がいくつか備わっています。その中で、EEPROMと呼ばれる記憶装置は、情報を覚えておくための特別な部品です。EEPROMは、読み出し専用の記憶装置（ROM）の仲間ですが、他のROMとは異なり、電気を使って記憶した情報を消したり、書き換えたりすることができるという特徴があります。一度書き込んだ情報は、電源を切っても消えることなく、ずっと記憶されています。このような性質を持つ記憶装置のことを、電源を切っても情報を保持できる記憶装置と呼びます。

EEPROMは、機器の設定情報や、機器を動かすための手順書のような小さなプログラムなどを保存しておくために使われています。例えば、私たちのよく使うパソコンの中には、BIOSと呼ばれる基本的な設定情報がEEPROMに保存されていることがあります。また、テレビのリモコンの設定などもEEPROMに保存されていることがあります。リモコンのボタンを押すと、テレビがそれに応じてチャンネルを変えたり、音量を調節したりしますが、これらの設定はEEPROMに保存されているおかげで、電源を切っても記憶されているのです。

EEPROMが登場する前は、紫外線を使って情報を消すUV-EPROMという記憶装置が使われていました。しかし、紫外線を使って情報を消すのは、手間がかかり不便でした。EEPROMは電気を使って情報を消去・書き換えできるため、UV-EPROMよりも手軽に操作できます。この技術の進歩によって、機器の設定変更が簡単になり、私たちの生活はより便利になりました。EEPROMのような記憶装置は、電子機器の進化を支える重要な部品の一つと言えるでしょう。

書き換えの仕組み

電気的に書き換えできる記憶装置、通称EEPROMは、情報を記憶するために、特別な仕組みを持つトランジスタを用いています。このトランジスタは『流れ込み口』のような電極を持っており、そこに電気を蓄えることで情報を記録します。電気の量によって0と1を区別し、多くの0と1の組み合わせで様々な情報を表現しています。

この記憶装置の情報を変えるには、少し複雑な手順が必要です。まず、記憶されている情報を全て消去しなければなりません。一部分だけ書き換えることはできず、全てを白紙に戻す必要があるのです。これは、例えるなら、黒板に書いた文字を消す際に、一部分だけ消すことができず、一度黒板全体を消してから書き直すようなものです。

情報を全て消した後は、新しく書き込みたい情報を設定し、電気を加えることで書き込みを行います。この書き込み作業には少し時間がかかります。別の種類の書き換え可能な記憶装置、紫外線で消去する記憶装置に比べると時間はかかりますが、紫外線を当てる特別な装置が必要ないため、簡単に書き換え作業ができるという利点があります。EEPROMは、何度も繰り返し書き換えられるという特徴も持っています。情報の書き換えが必要な様々な電子機器で広く使われており、私たちの生活を支える重要な部品の一つとなっています。

書き換え回数

電気的に情報を消したり書き込んだりできる記憶装置、つまり電気的消去可能読み出し専用記憶装置には、書き換え回数の制限があります。内部の仕組みである浮遊ゲートトランジスタが、情報の書き込みと消去を繰り返すうちに劣化していくことが原因です。このトランジスタは、電荷を蓄えることで情報を保持していますが、繰り返し使用することで電荷を保持する能力が低下していきます。ちょうど、何度も折り曲げると紙が弱くなっていくようなものです。

一般的には、数万回から数十万回の書き換えが可能とされています。これは、使用する状況や情報の書き込み方法によって変化します。たとえば、高温環境で使用すると劣化が早まり、寿命が短くなることがあります。また、一度に大量の情報を書き込むよりも、少量ずつ書き込む方が寿命を延ばすことができます。

電気的消去可能読み出し専用記憶装置の寿命が尽きると、データを正しく書き込んだり、保持したりすることができなくなります。情報を正しく読み出せなくなったり、書き込んだ情報がすぐに消えてしまったりする可能性があります。これは、記憶装置が故障したのと同じ状態です。

そのため、電気的消去可能読み出し専用記憶装置を使う際には、書き換え回数を考慮した設計が重要です。書き換え回数が多い場所に使うのは避け、もし頻繁に書き換えが必要な情報を保存する場合は、書き換え回数に制限のない記憶装置、例えばフラッシュメモリなどを使う方が適切です。このように、それぞれの記憶装置の特性を理解し、適切な場所に使うことで、装置全体の寿命を延ばし、安定した動作を実現することができます。

種類

電子的な情報を記憶しておく部品である電気的に消去・書き込み可能な読み出し専用記憶装置（EEPROM）には、大きく分けて二つの種類があります。一つは、データを一つずつ順番に送受信する方式（シリアルEEPROM）です。この方式は、データのやり取りに使う配線の数が少なく済むため、装置全体の大きさを小さくできるという利点があります。そのため、比較的小さな電子機器、例えば、家庭にある電化製品や、様々な機器に組み込まれる小さな制御装置などに広く使われています。もう一つは、データを複数同時に送受信する方式（パラレルEEPROM）です。こちらは、一度に多くの情報をやり取りできるため、シリアル方式と比べてデータの送受信速度が速いという特徴があります。このため、大きなデータを扱う必要がある機器、例えば、パソコンや情報処理を行う大型機器などに用いられることがあります。

シリアルEEPROMは、必要な記憶容量が比較的小さい場合に適しています。例えば、家電製品の設定情報などを保存する用途に利用されます。一方、パラレルEEPROMは、より多くの情報を保存する必要がある場合に適しており、過去にはパソコンやサーバーなどで使用されることもありました。しかし、近年では、記憶容量が大きく、価格も安い別の記憶装置（フラッシュメモリ）が普及してきたため、EEPROMの利用範囲は狭まってきています。とはいえ、EEPROMには、書き換え回数に限りがあるという特性があります。一見すると欠点にも思えるこの性質ですが、逆に、情報を書き換えられないようにすることで、不正な改変を防ぐセキュリティ対策などの用途に活用されることもあります。このように、EEPROMは、それぞれの特性に合わせた使い分けがされています。

用途

電気的に書き換え可能で、電源が切れても記憶内容が失われない不揮発性メモリであるイー・イー・ピー・ロムは、多様な電子機器で活用されています。身近な例としては、テレビやエアコンなどの家電製品における設定情報の保存です。テレビであれば、視聴者が普段見ているチャンネルの情報や音量などが記憶され、エアコンであれば、設定温度や運転モードなどが記録されます。電源を切ってもこれらの設定が保持されるのは、イー・イー・ピー・ロムのおかげです。

パソコンでは、基本入出力システム（バイオス）の設定情報の保存にもイー・イー・ピー・ロムが使用されています。基本入出力システムは、パソコンの起動時にハードウェアの初期設定などを行う重要なプログラムであり、その設定情報を安全に保存するためにイー・イー・ピー・ロムが不可欠です。また、ゲーム機においても、ゲームの進行状況やキャラクターのデータなどのセーブデータを保存するために使用されることがあります。

さらに、イー・イー・ピー・ロムは、工場の自動化システムや産業用ロボットといった産業機器にも広く利用されています。これらの機器では、稼働に関する様々な設定値や動作パラメータを記憶する必要があります。イー・イー・ピー・ロムは、電源が切れてもこれらの情報を保持できるため、安定した稼働と精密な制御に貢献しています。自動車においても、エンジンの制御装置などにイー・イー・ピー・ロムが搭載されています。エンジンの状態や燃費に関する情報を記憶することで、最適な制御を行い、より効率的な運転を実現しています。このように、イー・イー・ピー・ロムは、様々な機器の動作を支える重要な部品として活躍しています。

将来

電気機器の記憶を担う部品として、長年活躍してきたのがEEPROMです。EEPROMは電源を切っても記憶内容が消えないという特徴を持っています。しかし、近年では、EEPROMに代わる新しい記憶技術が登場し、その利用は減ってきています。

例えば、フラッシュメモリや不揮発性RAMといった技術がEEPROMの役割を奪いつつあります。これらの新しい技術は、EEPROMよりも情報のやり取りが速く、より多くの情報を記憶できます。さらに、部品の寿命も長い場合が多いのです。特にフラッシュメモリは、EEPROMと同じく電源を切っても記憶内容が消えない上に、価格が安く、多くの情報を記憶できるため、様々な機器でEEPROMの代わりに使われています。

とはいえ、EEPROMにも独自の強みがあります。EEPROMは書き換えられる回数に限りがあるという性質があるのですが、これを逆手に取って、情報を守るための用途に活用できるのです。例えば、機器固有の情報をEEPROMに書き込んでおけば、その情報を書き換えることができなくなるため、不正な改造を防ぐことができます。

このように、EEPROMは新しい技術に押されつつも、書き換え回数制限という特徴を活かした特定の分野では、今後も活躍が期待されています。EEPROMの需要は全体としては減っていくかもしれませんが、安全性を重視する分野などでは、なくてはならない部品として、今後も一定の需要が見込まれるでしょう。