Как работает карта памяти

Обновлено: 21.11.2024

Карты памяти помогают нам хранить любую информацию — от картинок до песен и видео.

Хотя некоторые из первых компьютеров были размером с два холодильника, в них было достаточно памяти только для хранения того, что сегодня было бы одной фотографией. Теперь мы можем хранить тысячи фотографий на карте памяти размером с ноготь.

Одним из устройств, изменивших способ хранения информации, стал сверхмалюсенький транзистор. Мой друг Ганапати Бхат, доцент Университета штата Вашингтон, рассказал мне об этом подробнее.

Транзистор примерно в 2000 раз тоньше пряди человеческого волоса. Вы можете думать об этом как о электрическом переключателе внутри карты памяти.

Транзисторы помогают карте памяти определить, должен ли электрический ток «останавливаться» или «идти» по печатной плате — а таких транзисторов на карте памяти могут быть миллиарды.

Глядя на карту памяти, вы также можете заметить, что на ее верхней части есть несколько блестящих разъемов. Некоторые из этих разъемов помогают подавать питание на карту памяти с вашего устройства. Другие помогают карте памяти обмениваться данными с вашим устройством на двоичном языке.

В языке всего два символа: 1 и 0. 1 и 0 называются битами. Когда соберется достаточное количество битов, мы назовем их байтами.

На компьютерном языке «0» означает «выключено», поэтому транзистор останавливает поток электричества. «1» означает «включено», а крошечный транзистор поддерживает ток.

Если бы мы хотели сохранить слово «привет!» на микросхеме памяти потребуется этот двоичный код:

01001000 01100101 01101100 01101100 01101111 00100001. Каждая буква алфавита имеет свой собственный установленный код в двоичном формате, который известен как кодировка ASCII (американский стандартный код для обмена информацией). Даже числа имеют свой код.

Тем временем ваше устройство использует программное обеспечение для перевода двоичного языка, поэтому все эти единицы и нули отображаются в виде фотографий, музыки или фразы «привет!»

На самом деле большинство компьютеров хранят данные таким образом, но некоторые устройства не могут хранить их вечно. Как только вы выключаете устройство, данные теряются. Ученые и инженеры, которые хотели придумать способ хранения данных в течение более длительного периода времени, разработали нечто, называемое флэш-транзистором.

Типичный транзистор имеет часть, называемую источником, где электрический ток входит в транзистор. Ток покидает транзистор через часть, называемую стоком. Между истоком и стоком находится часть, называемая воротами.

Но флэш-транзисторы в карте памяти имеют два затвора. Часть электричества проникает из нижних ворот в верхние и остается там. Она как бы задерживает электричество, поэтому карта памяти может продолжать хранить информацию, даже если она не вставлена в устройство.

За прошедшие годы люди научились хранить большое количество информации в крошечных запоминающих устройствах. Это то, о чем стоит подумать в следующий раз, когда вы отправите другу фото, послушаете любимую песню или загрузите школьный проект на флешку.

С уважением,

Доктор. Вселенная

Ask Dr. Universe — это проект Университета штата Вашингтон. Задайте вопрос на странице askdruniverse.wsu.edu.

Местная журналистика очень важна.

Передавайте напрямую в серию форумов сообщества The Spokesman-Review Northwest Passages, которая помогает компенсировать расходы на несколько должностей репортеров и редакторов в газете, используя простые варианты, указанные ниже. Подарки, обработанные в этой системе, не облагаются налогом, но в основном используются для удовлетворения местных финансовых потребностей, необходимых для получения национальных фондов долевых грантов.

Карты Secure Digital (SD) – это карты флэш-памяти, соответствующие стандартам, установленным SD Association.

Многие ноутбуки и мобильные устройства, которые вы можете купить сегодня, имеют встроенные слоты для карт памяти Secure Digital, обычно называемых просто SD-картами. SD-карта — это устройство хранения данных, обладающее множеством полезных функций в зависимости от того, как и где оно используется. Вот несколько распространенных способов использования SD-карт:

Вы можете добавить SD-карту в небольшое устройство, например в мобильный телефон, чтобы расширить пространство для хранения мелодий звонка, текстов, приложений, музыки и других данных.
Когда одна SD-карта в вашей камере заполняется фотографиями и видео, вы можете заменить ее на пустую SD-карту вместо того, чтобы удалять какие-либо файлы.
Вы можете сохранять файлы на SD-карту, чтобы передавать их между устройствами или передавать кому-то еще.

SD-карты соответствуют стандартам, разработанным и поддерживаемым Secure Digital Association. Panasonic, SanDisk и Toshiba создали SD Association в январе 2000 года с целью разработки и продвижения стандартов для хранения данных на флэш-памяти. Технология SanDisk, которая уже является мировым лидером в области флэш-памяти, стала образцом для новых стандартов.

Штаб-квартира находится в Сан-Рамоне, Калифорния., Ассоциация SD не производит и не продает какие-либо продукты самостоятельно. Тем не менее, более 1000 членов ассоциации, в основном крупные производители электроники по всему миру, в настоящее время вносят свой вклад в постоянное совершенствование стандартов SD. Эти стандарты охватывают сами SD-карты, а также оборудование и драйверы устройств, используемые для чтения и записи на них.

Возможно, вы использовали другие слова, такие как карты памяти или флэш-память, для описания SD-карт в разговоре. Однако слово «память» может ввести некоторых людей в заблуждение, поскольку оно также используется для обозначения оперативной памяти (ОЗУ), которая служит совершенно другой цели в вычислениях. Слово флэш-память описывает средство, с помощью которого данные сохраняются на твердотельном материале внутри SD-карты, о чем вы можете прочитать в разделе «Как работает флэш-память». Здесь мы будем использовать термин SD-карта, поскольку речь идет об устройстве флэш-памяти, которое соответствует стандарту SD и имеет товарный знак SD Association.

В этой статье мы подробно рассмотрим различные форм-факторы, емкости и скорости SD, а также рассмотрим функции, преимущества и проблемы карт Secure Digital. Начнем с типов SD-карт, доступных сегодня.

Типы SD-карт

SD-карты поставляются со стандартным набором размеров и форматов емкости и от разных производителей. Здесь показаны стандартная карта SD, две карты SDHC и карта microSDHC.

На первый взгляд SD-карта представляет собой небольшой плоский прямоугольный объект с выемкой на одном краю и медными выводами, называемыми штырями, встроенными с одной стороны вдоль другого края. Но есть несколько разных форм-факторов. Вот физические размеры SD-карт:

32 x 24 мм, толщина 2,1 мм. Это наиболее распространенный размер. Этот размер имеет девять контактов и имеет переключатель защиты от записи на одной стороне для переключения между состояниями только для чтения и чтения-записи.
20 x 21,5 мм, толщина 1,4 мм. Это "мини"-версия с 11 контактами, и она менее распространена, чем два других размера.
15 x 11 миллиметров, толщина 1 миллиметр — это «микро» версия с восемью контактами. Поскольку он очень маленький, этот размер стал популярным в мобильных устройствах, таких как смартфоны.

Стандартизирован не только внешний вид карты. SD-карты также бывают разной емкости. Форматы емкости для SD-карт перечислены в порядке от самой старой к самой новой:

SD — стандартный формат с объемом до 2 ГБ на карту, доступны все три размера по цене менее 10 долларов США.
SDHC — формат большой емкости: от 4 до 32 ГБ на карту, доступны все три размера, от 10 до 100 долларов США.
SDXC — формат увеличенной емкости с емкостью от 32 ГБ до 2 ТБ на карту, доступный только в больших и микроразмерах, по цене от 80 долларов США.

Это три формата емкости, каждый из которых имеет два или три размера. Чтобы считывать и записывать данные на карту, вам потребуется аппаратное устройство для чтения карт, которое может обрабатывать как коэффициент размера, так и указанный класс емкости. Кроме того, если вы используете мини- или микрокарту, но у вас есть ридер большого размера, вы можете вставить меньшую карту в специальный адаптер в форме большей карты. Некоторые производители SD-карт даже продают карты microSDHC вместе с адаптерами SDHC-размера, чтобы упростить перемещение карт между устройствами.

Здесь нужно быть осторожным. Например, если у вас есть старая цифровая камера, которая поддерживает карты формата SD, карта SDHC может не работать, даже если она подходит к камере. Проверьте спецификацию вашего оборудования, чтобы узнать, какие форматы емкости поддерживает ваше устройство. Затем найдите карты с логотипом SD, которые соответствуют нужному вам сочетанию емкости и размера. Вы можете увидеть все эти логотипы на веб-сайте SD Association здесь.

В дополнение к этим типам SD-карт существует еще одна классификация, которую вам может понадобиться знать при покупке SD-карты: ее скорость. Далее рассмотрим, для каких действий требуется более высокая скорость SD-карты, и как Ассоциация SD классифицирует карты по скорости.

Класс скорости и класс скорости UHC

Еще одно измерение, которое вы увидите на SD-карте, — это ее скорость. Скорость не очень важна, если вы просто храните файлы или делаете фотографии. Однако скорость очень важна, когда речь идет о съемке и воспроизведении видео, особенно в формате высокой четкости (HD). Если у вас есть SD-карта с более высокой скоростью, вы сможете записывать видео лучшего качества с более плавным воспроизведением.

Ассоциация SD имеет два стандарта, связанных со скоростью: класс скорости и класс скорости сверхвысокой скорости (UHS). Эти два стандарта несовместимы, поэтому обязательно используйте стандарт, подходящий для вашего записывающего устройства. Давайте подробнее рассмотрим каждый класс и как определить, на какую скорость способна SD-карта.

Класс скорости применяется ко всем SD-картам. Вы увидите класс скорости для SD-карты рядом с ее логотипом SD в виде числа внутри круглой буквы «C».Ниже приведены классы скорости, определенные ассоциацией SD и картами, а также качества видеозаписи и воспроизведения, обычно связанные с этими классами:

2 – стандартное разрешение (SD), максимальная скорость – 12,5 МБ в секунду.
6 или 4 — HD (720p, 1080i, 1080p), максимальная скорость 25 МБ в секунду.
10 – Full HD (1080p), максимальная скорость – 25 МБ в секунду.

Класс сверхвысокой скорости (UHS) доступен для SD-карт с интерфейсом шины UHS-I. Это означает, что SD-карта имеет схему, предназначенную для чтения и записи в память со скоростью до 312 МБ в секунду. На упаковке SD-карты UHS может быть указан класс скорости плюс дополнительный класс, написанный в виде числа внутри буквы «U». Однако на самой карте класс скорости UHS обозначается римской цифрой «I» справа от логотипа SD.

Теперь, когда вы разобрались со скоростью и емкостью SD-карт, давайте посмотрим, что делает карты Secure Digital "безопасными".

Безопасность в Secure Digital

Что делает карту памяти Secure Digital безопасной? Все SD-карты имеют защиту авторских прав для стандартных типов данных SD. Это позволяет коммерческим дистрибьюторам размещать на устройстве музыку или другие медиафайлы, защищая их от незаконного копирования. Технология, лежащая в основе этой функции SD-карты, называется защитой содержимого для записываемых носителей (CPRM).

CPRM был разработан 4C Entity, LCC, организацией, занимающейся лицензированием защиты авторских прав для IBM, Intel и соучредителей SD Panasonic и Toshiba. Компания 4C Entity также разработала соответствующую технологию защиты контента для предварительно записанных носителей (CPPM), которая относится к музыкальному формату DVD-Audio. CPRM и CPPM обычно ассоциируются с форматами флэш-памяти и DVD.

CPRM не применяется автоматически только потому, что вы используете SD-карту. Чтобы данные были защищены с помощью CPRM, устройство, записывающее данные, должно сначала создать идентификатор носителя и блок ключа носителя (MKB) на SD-карте. Идентификатор носителя и MKB записываются в физическую часть SD-карты, известную как защищенная область. Данные, хранящиеся в защищенной области, недоступны через файловую систему SD-карты, но любое устройство с поддержкой CPRM, читающее SD-карту, может использовать ее для операций защиты контента.

Чтобы защитить данные с помощью CPRM, устройство использует идентификатор носителя и MKB для кодирования данных при их записи на SD-карту. Чтобы прочитать данные, устройство с поддержкой CPRM обращается к идентификатору носителя и MKB и использует их для расшифровки данных по мере их чтения с SD-карты. Поэтому, даже если вы скопируете файлы, защищенные CPRM, из файловой системы SD-карты, вы не сможете прочитать их за пределами этой SD-карты.

Помимо CPRM, на SD-картах размером 32 x 24 мм (SD, SDHC и SHXC) есть еще одна функция безопасности: блокировка для защиты от записи. Блокировка представляет собой крошечный ползунок на одной стороне SD-карты. В разблокированном положении вы можете читать и записывать на SD-карту, как если бы вы использовали USB-накопитель или любое другое запоминающее устройство для чтения и записи. В заблокированном положении SD-карта не позволяет вносить какие-либо изменения в свою файловую систему, что делает ее устройством только для чтения. Вы можете использовать эту функцию, если опасаетесь случайной перезаписи данных с камеры, например, при чтении данных с SD-карты на ноутбуке или настольном компьютере.

До сих пор мы концентрировались на емкости, скорости и безопасности SD-карт. На следующей странице мы снимаем пластиковую крышку и смотрим на технологию внутри.

Внутри SD-карты

SD-карта — это твердотельное устройство. Это означает, что он не имеет движущихся частей, чтобы функционировать. Это большое улучшение по сравнению со старыми портативными устройствами хранения данных. Гибкие диски, например, имели хрупкие диски внутри, которые вращались с высокой скоростью и подвергались потере данных при размещении вблизи магнитных полей. Компакт-диски и DVD-диски больше по размеру и менее долговечны, а их емкость быстро ухудшается из-за большого количества перезаписей. Компоненты SD-карты являются частью ее схемы, а ее упаковка меньше и прочнее по сравнению с этими предшественниками.

Говоря о долговечности, мы вскрыли SD-карту для изображения на этой странице. Это было нелегко, что является свидетельством вышеупомянутой долговечности. Однако размеры мини и микро более хрупкие, и вы все равно не хотите хранить SD-карту там, где она может погнуться, отколоться или сломаться.

Внутри SD-карты находится схема, включающая флэш-память. В нашей статье «Как работает флэш-память» мы расскажем, как эта схема управляет потоком электричества при записи или стирании данных на микросхеме флэш-памяти. Несмотря на то, что каждая SD-карта соответствует стандартам форм-фактора, емкости, скорости и общего интерфейса ввода-вывода, разные производители SD-карт используют разные подходы к разработке флэш-памяти и вспомогательных компонентов внутри.

В соответствии со стандартами каждая SD-карта отформатирована с использованием файловой системы File Allocation Table (FAT), которая совместима практически со всеми операционными системами, которым требуется доступ к файлам в этой системе. Иногда вам может потребоваться переформатировать SD-карту, либо чтобы «обнулить» данные для полной очистки всех данных, либо для восстановления файловой системы после повреждения, которое может произойти при извлечении карты во время критических операций чтения-записи. . Когда вам нужно переформатировать, SD Association рекомендует использовать свое программное обеспечение SD Formatter, доступное здесь. Одна из причин этого заключается в том, что сторонние форматировщики дисков могут не учитывать защищенную область, используемую в функциях CPRM SD-карты.

До сих пор мы рассмотрели аппаратное обеспечение SD-карты и техническую сторону ее работы. Далее рассмотрим некоторые проблемы, возникающие при использовании SD-карт и картридеров.

Проблемы использования SD-оборудования

С картой microSD может быть сложно обращаться. Вот один из них внутри смартфона, аккуратно спрятанный под небольшой металлической скобой рядом с логотипом microSD.

SD-карты могут многое предложить. Они маленькие, прочные и могут использоваться в любом из тысяч устройств. Однако у них есть некоторые проблемы и недостатки.

Одним из недостатков являются известные ограничения технологии флэш-памяти. По словам компании Toshiba, которая изобрела эту технологию, ячейки памяти на твердотельных SD-картах могут пройти только около 10 000 циклов записи/стирания, прежде чем аппаратное обеспечение перестанет сохранять или обновлять свои данные. Хотя это проверенное ограничение, оно редко может быть серьезной проблемой для вас, поскольку это эквивалентно полной записи и удалению всего содержимого карты один раз в день, каждый день в течение 27 лет. [источник: Тошиба]

Возможно, более важными, чем срок службы данных, являются проблемы с физическими картами. Хотя каждая SD-карта является прочной, она может выпасть из кармана, проскользнуть в тесные щели, потеряться в стопке бумаг или быть непоправимо повреждена, если на нее наступить или погрузить в жидкость. Вставка SD-карты в картридер и из него тоже может быть сложной задачей, особенно для карт мини- и микроразмера. Если SD-карта выступает из устройства, в котором вы ее используете, будьте осторожны при перемещении устройства. Чтобы решить эти проблемы, всегда обращайтесь с картой осторожно, следите за тем, где она находится, пока используете ее, и защищайте ее между использованиями.

Еще одна проблема, связанная с SD-картами, заключается в том, чтобы убедиться, что они подходят для вашего устройства. Выбрать нужный размер легко; обычно вы можете просто посмотреть на слот для SD-карты и узнать, какой из трех размеров требуется. Однако вам также необходимо выбрать емкость и скорость, совместимые с вашим устройством. Это может быть сложно, когда вы смотрите на стену SD-карт в магазине и пытаетесь выбрать ту, которая дает вам больше всего за ваши деньги. Эту задачу лучше всего решать, зная, какие SD-карты поддерживает ваше устройство, как минимальные, так и рекомендуемые, и как выглядят логотипы SD для необходимого вам стандарта: SD, miniSD, microSD, SDHC, miniSDHC, microSDHC, SDXC и microSDXC.

Одна последняя проблема с SD-картами — это то, от чего невозможно избавиться независимо от того, какую технологию вы используете: тенденция к тому, что старые стандарты устаревают, а новые заменяют их. Для самой SD-карты это не проблема, поскольку новые устройства чтения карт могут читать старые карты. Устройства, использующие SD-карты, представляют большую проблему. Чтобы продолжить использовать старое устройство, вам нужно найти карты, соответствующие старым стандартам. Тем не менее, SD еще не отказалась от каких-либо стандартов, поэтому обратите внимание на то, что эти старые стандартные карты будут доступны еще какое-то время.

С учетом стольких перспектив, каким будет будущее технологии SD-карт? Давайте рассмотрим это на следующей странице.

SD-карта (сокращение от Secure Digital card) – это съемная карта памяти, используемая для чтения и записи больших объемов данных в самых разных мобильных устройствах, камерах, смарт-устройствах и т. д.

Он стал стандартом карты памяти по умолчанию для большинства бытовой электроники (хотя уменьшенная версия, карта Micro SD, обычно используется в телефонах и других устройствах, где физическое пространство важнее).

Что нужно знать о SD-картах

Карта SD дебютировала в 1999 году и является преемницей уже устаревшей карты MultiMediaCard (MMC). Это был один из нескольких конкурирующих форматов карт памяти, используемых бытовой электроникой, таких как несуществующая карта Sony Memory Stick и карта CompactFlash, которая, хотя и используется до сих пор, гораздо менее распространена, чем в прошлые десятилетия.

По мере развития электронной промышленности исходная спецификация SD-карт несколько раз обновлялась, чтобы обеспечить более высокую емкость.Это означает, что сегодня продаются и используются SD-карты нескольких типов:

SD: оригинальная SD-карта больше не производится. Он имел максимальную емкость 2 ГБ и использовал файловую систему FAT16.
SDHC. Карта Secure Digital High Capacity (SDHC) дебютировала в 2006 году. Она поддерживает емкость до 32 ГБ и использует файловую систему FAT32.
SDXC. Формат Secure Digital eXtended Capacity (SDXC) появился в 2009 году. Он может хранить до 2 ТБ в файловой системе exFAT.
SDUC: карты Secure Digital Ultra Capacity (SDUC) появились в 2018 году и могут поддерживать 128 ТБ на карту с использованием exFAT.

Общие способы использования SD-карт

Благодаря относительно небольшому размеру SD-карты получили широкое распространение в бытовой электронике для недорогого хранения гигабайт данных. Их можно найти в цифровых камерах, игровых консолях, телевизионных приставках и устройствах домашнего кинотеатра, таких как проигрыватели Blu-ray, а также в устройствах умного дома/Интернета вещей, таких как камеры видеонаблюдения. В то время как в первых смартфонах использовались SD-карты, большинство телефонов перешли на меньший формат карт Micro SD.

SD-карты используются во множестве бытовой электроники — от камер до ноутбуков и игровых консолей. Николас_/Getty Images

Из-за популярности SD-карт во многие настольные компьютеры и ноутбуки встроено устройство чтения SD-карт. для тех, кто этого не делает, есть недорогие концентраторы USB и устройства чтения карт памяти, которые подключаются к свободному порту USB.

Карта microSD — это самая маленькая из используемых сегодня карт флэш-памяти, ориентированных на потребителя. Это вариант стандартной SD-карты (сокращение от Secure Digital) и использует аналогичный набор электрических соединений. Это позволяет использовать карты microSD в стандартных слотах для карт SD с использованием адаптера. MicroSD была представлена как альтернатива портативной электронике.

Чем карты microSD отличаются от SD

Из-за спроса на портативную электронику все меньшего размера к началу 2000-х традиционная SD-карта оказалась слишком большой для многих типов устройств, таких как смартфоны. В 2005 году дебютировала карта microSD размером примерно в одну шестую и половиной толщины SD-карты. SD-карта имеет размеры 32 x 24 x 2,1 мм, а карта microSD — 15 x 11 x 1 мм.

Несмотря на гораздо меньший размер, карты microSD имеют одинаковую базовую архитектуру, включая те же электрические контакты. Таким образом, вместо нового слота для карт microSD на компьютерах карты microSD можно вставлять в адаптеры и использовать существующие слоты для карт SD.

Помимо размера, основное различие между SD-картами и их аналогами microSD заключается в емкости. В то время как новейшие карты SDUC «сверхемкости» могут поддерживать до 128 ТБ, формат microSD ограничен максимальным объемом 1 ТБ.

Кроме того, хотя на большинстве SD-карт есть язычки для защиты от записи, которые позволяют заблокировать их от записи или стирания, на карте microSD нет места для физического язычка для защиты от записи, поэтому ее нельзя заблокировать.

Основные приложения для карт microSD

Как и следовало ожидать, карта microSD используется для хранения больших объемов данных в устройствах, которые выигрывают от ее миниатюрного дизайна. Более крупные устройства по-прежнему полагаются на обычные SD-карты, когда это целесообразно, поскольку они поддерживают гораздо большую емкость, но, в частности, такие устройства, как смартфоны, видеорегистраторы и небольшие камеры (например, экшн-камеры), полагаются на карту microSD из-за ее крошечной формы.

Читайте также: