Πώς λειτουργούν οι κάρτες SD

ισχυρό>, που σημαίνει ότι μπορεί να προγραμματιστεί και να διαγραφεί ηλεκτρονικά.

Εκτός από τις κάρτες SD, η μνήμη flash NAND χρησιμοποιείται επίσης σε μονάδες flash USB, SSD και άλλες συσκευές μνήμης. Παρακάτω παρατίθενται πέντε από τους τύπους του: Κυψέλες ενός επιπέδου (SLC): Αυτό το NAND αποθηκεύει μόνο ένα bit πληροφοριών με τη μορφή 0 ή 1 σε κάθε κελί, κάνοντας τη ροή δεδομένων ταχύτερη. Αν και έχουν την υψηλότερη αντοχή, είναι σχετικά ακριβά.Κυψέλες πολλαπλών επιπέδων (MLC): Αυτό το NAND αποθηκεύει δύο bit πληροφοριών σε κάθε κελί. Έτσι, είναι πιο αργά από τα SLC αλλά είναι συγκριτικά οικονομικά.Κυψέλες τριπλού επιπέδου (TLC): Όπως υποδηλώνει το όνομα, αυτό το NAND αποθηκεύει τρία bit πληροφοριών σε κάθε κελί. Έτσι, είναι ακόμη λιγότερο ισχυρά από τα SLC και τα MLC.Κυψέλες τετραπλού επιπέδου (QLC): Αυτό το NAND αποθηκεύει τέσσερα bit δεδομένων ανά κελί. Ως εκ τούτου, πιστεύεται ότι είναι τα πιο αργά, φθηνότερα και με το μικρότερο προσδόκιμο ζωής μεταξύ των τεσσάρων τύπων.3D NAND: Σε αντίθεση με τα προαναφερθέντα 2D NAND, είναι πολυεπίπεδα και αποθηκεύουν δεδομένα σε κελιά μνήμης στοιβάζονται το ένα πάνω από το άλλο. Αυτό εξασφαλίζει καλύτερη αντοχή και βελτιωμένη απόδοση σε σχέση με το πρώτο.

Βασικά, αυτοί οι τύποι NAND είναι ένας από τους πολλούς παράγοντες που καθορίζουν τη διάρκεια ζωής των SSD, των καρτών SD και άλλων μονάδων μνήμης. Επομένως, εάν έχετε μια κάρτα SD που υποστηρίζει 3D NAND, γενικά διαρκεί περισσότερο.

Αν και οι περισσότεροι κατασκευαστές ισχυρίζονται ότι οι κάρτες SD τους διαρκούν δέκα χρόνια, θα πρέπει να γνωρίζετε ότι υπάρχουν ακόμα άλλα πράγματα που καθορίζουν τη διάρκεια ζωής. Για παράδειγμα, η χρήση των καρτών μνήμης σε ακραίες θερμοκρασίες, το σπάσιμο των ακίδων ή η διατήρησή τους κοντά σε ισχυρό μαγνήτη (ηλεκτρομαγνητικό πεδίο) μπορεί να επηρεάσει αρνητικά τη ζωή τους.

Πώς οι κάρτες SD αποθηκεύουν και ανακτούν δεδομένα;

h2> Το ASCII Η τιμή του’E’είναι αποθηκευμένη στην κάρτα SD

Τις προηγούμενες μέρες, βασιζόμασταν σε μεγάλο βαθμό σε άλλες μονάδες αποθήκευσης, όπως Memory Sticks, κάρτες Compact Flash, κάρτες Smart Media κ.λπ. Τελικά, αντικαταστάθηκαν από κάρτες SD ως έχουν σχετικά ελαφρύτερο σε μέγεθος και υποστηρίζει επιπλέον μεγάλο αποθηκευτικό χώρο.

Κοιτάζοντας προσεκτικά την κάρτα SD, πιθανότατα θα παρατηρήσετε μια σειρά από τερματικά (ακίδες) στο επάνω τμήμα. Βασικά, ορισμένες ακίδες εδώ είναι υπεύθυνες για την τροφοδοσία της κάρτας, ενώ άλλες βοηθούν τους χρήστες να αποθηκεύουν ή να ανακτούν δεδομένα, όπως φωτογραφίες, βίντεο, έγγραφα και άλλα αρχεία.

Όπως και άλλες συσκευές αποθήκευσης, αυτές οι κάρτες μνήμης flash. Επίσης αποτελούνται από τρανζίστορ (που λειτουργούν σαν ηλεκτρικοί διακόπτες) για να βοηθήσουν στην αποθήκευση δεδομένων σε κώδικα ASCII (συνδυασμός 0 και 1). Επομένως, εάν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος, η τιμή”1″αποθηκεύεται στην κάρτα SD και εάν είναι απενεργοποιημένη, αποθηκεύεται το”0″.

Για παράδειγμα, εάν προσπαθήσετε να αποθηκεύσετε τη λέξη”Παράδειγμα”, θα αποθηκευτεί ως”01000101 01111000 01100001 01101101 01110000 01101100 01100101″.

Λοιπόν, η χρήση κανονικών τρανζίστορ βοηθά μόνο στην προσωρινή αποθήκευση δεδομένων. Ως εκ τούτου, τα αποθηκευμένα δεδομένα χάνονται και δεν μπορούμε να τα ανακτήσουμε ξανά. Έτσι, η τεχνολογία NAND που υιοθετήθηκε από τις κάρτες SD χρησιμοποιεί MOSFET (Transistor Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor) που χρησιμοποιεί έλεγχο και αιωρούμενες πύλες για την αποθήκευση δεδομένων μόνιμα.

Εικονογράφηση του τρόπου αποθήκευσης των δεδομένων σε ένα τρανζίστορ μίας πύλης

Όπως φαίνεται στην παραπάνω εικόνα, ένα τυπικό τρανζίστορ αποτελείται από μία μόνο πύλη. Εδώ, όταν κάποια θετική τάση περνά από την πηγή (η τιμή είναι 1), η πύλη είναι ανοιχτή και τα δεδομένα αποθηκεύονται. Ομοίως, όταν δεν υπάρχει τάση (η τιμή έχει οριστεί στο 0), η πύλη είναι κλειστή και οι πληροφορίες δεν αποθηκεύονται.

Σε αυτήν την περίπτωση, εάν αφαιρέσουμε τη μονάδα δίσκου από την πηγή ρεύματος, δεν υπάρχει τάση ρεύματος. περάσει, και ακόμη και τα αποθηκευμένα δεδομένα θα χαθούν. Επομένως, η χρήση τρανζίστορ μίας πύλης δεν ισχύει για κάρτες SD.

Δεδομένα που αποθηκεύονται ως φορτία πάνω από την αιωρούμενη πύλη σε ένα MOSFET

Τώρα, ας δούμε την εικόνα του MOSFET, όπως φαίνεται παραπάνω. Εδώ, όταν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος και περάσει η θετική τάση, κάποια τάση αποθηκεύεται στο πάνω μέρος της αιωρούμενης πύλης.

Αυτό διασφαλίζει ότι τα δεδομένα που αποθηκεύονται παραμένουν ακόμη και όταν αφαιρέσουμε την κάρτα SD από την κάρτα SD. την υποδοχή του. Τώρα, μπορούμε εύκολα να ανακτήσουμε αυτές τις πληροφορίες από οποιαδήποτε άλλη συσκευή. Είναι ενδιαφέρον ότι μπορείτε ακόμη και να χρησιμοποιήσετε συσκευές ανάγνωσης καρτών SD και προσαρμογείς εάν ο υπολογιστής σας δεν διαθέτει υποδοχή κάρτας SD.

Βασικά, ο αριθμός των τρανζίστορ σε μια κάρτα SD καθορίζει τη συνολική χωρητικότητα μνήμης σε μια κάρτα SD. κάρτες SD. Αυτό σημαίνει ότι όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των MOSFET, τόσο περισσότερες πληροφορίες θα αποθηκευτούν. Για παράδειγμα, μια κάρτα μνήμης 32 GB έχει πιο σημαντικό αριθμό τρανζίστορ από ό,τι μια 16 GB, γι’αυτό μπορούμε να αποθηκεύσουμε περισσότερες πληροφορίες στην πρώτη.

Τέλος, όταν διαγράφετε τα αποθηκευμένα δεδομένα στη μονάδα SD σας. κάρτα, αυτή τη φορά, περνάει αρνητική τάση στην πύλη ελέγχου. Αυτό αφαιρεί τη θετική τάση, προκαλώντας τη διαγραφή των δεδομένων.

Αρχιτεκτονική κάρτας SD

Αρχιτεκτονική κάρτας SD

Μια κάρτα SD λειτουργεί με αυτά τα έξι στοιχεία – Καρφίτσες επαφής, καταχωρητές, ελεγκτής διασύνδεσης κάρτας, διεπαφή πυρήνα μνήμης, ενεργοποίηση ανίχνευσης και πυρήνας μνήμης. Σε αυτήν την ενότητα, θα συζητήσουμε για καθένα από αυτά εν συντομία.

Καρφίτσες επαφής

Οι εννέα ακίδες επαφής ή τα μαξιλαράκια σε μια κάρτα SD διασφαλίζουν ότι ολόκληρο το σώμα έχει τοποθετηθεί σωστά στις ειδικές υποδοχές στις υποστηριζόμενες συσκευές. Διαφορετικά, ο υπολογιστής σας πιθανότατα δεν θα διαβάσει την κάρτα SD.

Βασικά, οι κάρτες μνήμης διαθέτουν καρφίτσες δεδομένων, τροφοδοσίας και υποδοχής που λειτουργούν είτε σε λειτουργία διαύλου SPI (Serial Peripheral Interface) είτε σε δίαυλο SD λειτουργία. Επιπλέον, λειτουργούν μόνο μετά τη διασύνδεση με τη μονάδα μικροελεγκτή ().

Ακολουθούν καθεμία από τις ακίδες και οι μεμονωμένες λειτουργίες που διαθέτουν: Επιλογή chip (CS): Αυτό το pad ή pin επιλέγει ένα ή ένα σύνολο ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Όταν είναι ενεργό, ανταποκρίνεται στις αλλαγές εισόδου και όταν είναι ανενεργό, αγνοεί τυχόν μηνύματα που λαμβάνονται.Εντολή (CMD): Αυτή είναι η ακίδα εντολών που βοηθά την κάρτα SD να αλληλεπιδρά με τον μικροελεγκτή για την ανταλλαγή ζωτικής σημασίας πληροφορίες.VSS1 ή GND: Το VVS1 είναι η πρώτη ακίδα πηγής τάσης όπου πρόκειται να συνδεθεί η γείωση. VCC: Το VCC ή ο συλλέκτης τάσης είναι μια άλλη ακίδα τροφοδοσίας που χρησιμοποιείται σε κάρτες SD και συνδέεται με τη θετική ισχύ στις κάρτες SD. Συχνά, ονομάζονται επίσης VDD ή voltage drain. Ρολόι (CLK): Η ακίδα του ρολογιού είναι υπεύθυνη για τη λήψη των σημάτων ρολογιού ή των παλμών από τον μικροελεγκτή.VSS2: Όπως το VSS1, συνδέονται με τη γείωση και ονομάζονται επίσης ο ακροδέκτης GND.DAT0 ή DO: Βασικά, το Data Out ή το pin DAT0 στέλνει σειριακά δεδομένα στο. Στη λειτουργία SPI, αυτό χρησιμοποιείται από το SPI Slave.DAT1 και DAT2: Οι δύο τελευταίες ακίδες σχετίζονται με δεδομένα και είναι υπεύθυνες για την αμφίδρομη επικοινωνία μεταξύ της κάρτας SD και του. Όπως μια κάρτα SD, η κάρτα miniSD έχει επίσης εννέα ακίδες επαφής, αλλά η κάρτα microSD έχει μόνο οκτώ ακίδες, όπου λείπει το DAT2.

Μητρώα

Οι καταχωρητές καρτών SD είναι βασικά στοιχεία που ελέγχουν διάφορες λειτουργίες μνήμης και αποθήκευσης. Επιπλέον, διατηρούν ζωτικές πληροφορίες, όπως τον αριθμό ταυτότητας της κάρτας μνήμης, τον σειριακό αριθμό, την ημερομηνία κατασκευής κ.λπ. Παρακάτω υπάρχει ένας πίνακας που αποτελείται και από τους έξι καταχωρητές με το μήκος και τη λειτουργία τους:

Έξι καταχωρητές με τις λειτουργίες και το μήκος τους (σε bit)

Ελεγκτής διασύνδεσης κάρτας

Ο ελεγκτής διασύνδεσης κάρτας SD επικοινωνεί με τις ακίδες επαφών, τα μητρώα και τη διεπαφή πυρήνα μνήμης για τη διαχείριση της συνολικής εσωτερικής αποθήκευσης της κάρτας μνήμης. Βασικά, ο ελεγκτής λαμβάνει εντολές από έναν τελικό χρήστη και ανταποκρίνεται ανάλογα.

Λοιπόν, μια κάρτα SD είναι μια συσκευή εισόδου και όταν την τοποθετούμε σε υπολογιστή, η CPU πρέπει να κρατήσει άλλες λειτουργίες και να δώσει προτεραιότητα στις εντολές της. Ωστόσο, χάρη στον ελεγκτή διασύνδεσης κάρτας, αυτές οι διακοπές του συστήματος ελαχιστοποιούνται σημαντικά.

Επιπλέον, ο ελεγκτής διασύνδεσης κάρτας εκτελεί πολλές λειτουργίες, όπως ανάγνωση, εγγραφή και διαγραφή αποθηκευμένων πληροφοριών στο τις κάρτες SD.

Διεπαφή πυρήνα μνήμης

Η διεπαφή πυρήνα μνήμης αλληλεπιδρά με τον ελεγκτή διασύνδεσης κάρτας για να παρέχει μια απλή και αποκριτική διεπαφή σε μια κάρτα SD.

Βασικά. , το στοιχείο είναι υπεύθυνο για τη συνολική υλοποίηση της κάρτας μνήμης. Επίσης, δίνει εντολή και στέλνει σημαντικές πληροφορίες στον ελεγκτή διασύνδεσης κάρτας για την εκτέλεση λειτουργιών δεδομένων.

Power on Detection

Το Power on Detection, που βρίσκεται στη δεξιά πλευρά, ανιχνεύει την κάρτα SD μετά από το έχουμε τοποθετήσει σε μια συσκευή υποστήριξης.

Επιπλέον, παρέχει ισχύ στον ελεγκτή διασύνδεσης κάρτας και στη διεπαφή πυρήνα μνήμης για σωστή λειτουργία. Επίσης, χρειάζεστε αυτό το στοιχείο εάν σκοπεύετε να επαναφέρετε τη διεπαφή μνήμης και τον ελεγκτή της κάρτας SD.

Πυρήνας μνήμης

Το τελευταίο στοιχείο των καρτών SD είναι ο πυρήνας μνήμης. Βασικά, αυτή είναι η βασική περιοχή για αποθήκευση δεδομένων.

Ωστόσο, η περιοχή αποθήκευσης εξαρτάται από την οικογένεια καρτών SD που χρησιμοποιείτε. Πράγματι, η λειτουργία μιας κάρτας SD επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τον τύπο της. Εν ολίγοις, τα SDUC έχουν την υψηλότερη χωρητικότητα αποθήκευσης (2 TB έως 128 TB) και επίσης λειτουργούν πιο γρήγορα από τις άλλες οικογένειες SD (SDSC, SDHC και SDXC).

Το παρακάτω σχήμα θα σας βοηθήσει να προσδιορίσετε το μέγεθος. και χωρητικότητα μνήμης διαφορετικών τύπων καρτών SD.

Οικογένειες καρτών SD με το μέγεθος και τη χωρητικότητα μνήμης

Πόσο ασφαλείς είναι οι κάρτες SD;

Ένας από τους κύριους λόγους για τους οποίους οι τελικοί χρήστες προτιμούν τις κάρτες SD είναι η CPRM (Προστασία περιεχομένου για Εγγράψιμα μέσα) χαρακτηριστικό. Αυτό διασφαλίζει την προστασία των πνευματικών δικαιωμάτων. Ως εκ τούτου, άλλοι δεν μπορούν να αντιγράψουν το περιεχόμενό σας παράνομα.

Για να ενεργοποιήσετε το CPRM, πρέπει να κωδικοποιήσετε το περιεχόμενό σας με Αναγνωριστικό μέσου και Μπλοκ κλειδιού μέσων. Με αυτόν τον τρόπο, ακόμα κι αν κάποιος άλλος χρήστης αντιγράψει τα δεδομένα, δεν θα μπορεί να τα διαβάσει. Επιπλέον, για να αποκτήσετε πρόσβαση στα δεδομένα που κωδικοποιούνται με CPRM, χρειάζεστε μια συσκευή με δυνατότητα CPRM και να χρησιμοποιήσετε το Αναγνωριστικό μέσου και το Μπλοκ κλειδιών πολυμέσων για την αποκρυπτογράφηση.

Επιπλέον, ορισμένα SD, SDHC, SDUC και SDXC διαθέτουν επίσης SDXC και SDUC. έναν πρόσθετο μηχανισμό φυσικής ασφάλειας μέσα στην κάρτα. Αυτό είναι το κλείδωμα προστασίας εγγραφής και υπάρχει στο αριστερό μέρος της κάρτας μνήμης.

Κλείδωμα προστασίας εγγραφής σε μια κάρτα SD

Βασικά, σύροντας το κλείδωμα προς τα κάτω θα ενεργοποιηθεί η προστασία εγγραφής, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορείτε να τροποποιήσετε δεδομένα στο SD Κάρτα. Ομοίως, αν το σπρώξετε προς τα πάνω, θα ξεκλειδώσετε την κάρτα σας, απενεργοποιώντας τον μηχανισμό προστασίας εγγραφής. Με αυτόν τον τρόπο, αποτρέπει τη φθορά μιας κάρτας SD.

Σε συνέχεια, οι περισσότερες συσκευές αποθήκευσης υπόκεινται σε φυσική ζημιά μετά από πτώση από ορισμένο ύψος. Από την άλλη πλευρά, ο σχήμα σφηνοειδούς σχεδίασης, η εγκοπή και οι αυλακώσεις οδηγού μιας κάρτας SD παρέχουν πρόσθετη ασφάλεια. Επιπλέον, διασφαλίζουν ότι η κάρτα έχει τοποθετηθεί σωστά στην ειδική υποδοχή.