Que ce soit sur nos téléphones portables, appareils photo, consoles de jeu ou ordinateurs portables, nous utilisons tous de temps en temps des cartes Secure Digital (SD) à des fins de stockage. Eh bien, tout le monde les préfère, grâce à leur petite taille, leur durabilité et leur mémoire non volatile.
Si vous avez un talent pour la technologie, vous vous êtes probablement demandé comment fonctionnent les cartes SD. Techniquement parlant, il s’agit de cartes mémoire flash à base de semi-conducteurs qui utilisent la mémoire flash NAND pour stocker des données.
De plus, elles utilisent le mécanisme de”protection en écriture”pour éviter la perte accidentelle de données. Si vous souhaitez en savoir plus, cet article vous guidera avec tout ce que vous devez savoir sur les cartes SD et leur fonctionnement.
Les cartes SD utilisent la mémoire flash NAND
La première chose à savoir est que les cartes SD intègrent des puces de mémoire flash NAND qui stockent des blocs de données sous forme de charges. Fondamentalement, la technologie adopte des portes de contrôle et flottantes qui aident à contrôler le flux de données. Ainsi, si vous transférez des fichiers, des documents ou même des photos sur des cartes SD, ils sont tous stockés électroniquement.
De plus, la NAND est basée sur la mémoire morte programmable électroniquement (EEPROM), ce qui signifie qu’il peut être programmé et effacé électroniquement.
Outre les cartes SD, la mémoire flash NAND est également utilisée dans les clés USB, les SSD et d’autres périphériques de mémoire. Vous trouverez ci-dessous cinq de ses types : Cellules à un seul niveau (SLC) : Cette NAND ne stocke qu’un seul bit d’information sous la forme de 0 ou 1 dans chaque cellule, ce qui accélère le flux de données. Bien qu’elles aient la plus grande endurance, elles sont relativement chères.Cellules multi-niveaux (MLC) : Cette NAND stocke deux bits d’information dans chaque cellule. Ainsi, ils sont plus lents que les SLC mais sont relativement économiques.Cellules à trois niveaux (TLC) : Comme son nom l’indique, cette NAND stocke trois bits d’information dans chaque cellule. Ils sont donc encore moins puissants que les SLC et les MLC.Cellules à quatre niveaux (QLC) : Cette NAND stocke quatre bits de données par cellule. Par conséquent, ils sont considérés comme les plus lents, les moins chers et avec la plus faible espérance de vie parmi les quatre types.NAND 3D : Contrairement aux NAND 2D susmentionnés, ils sont multicouches et stockent les données dans des cellules de mémoire empilées les unes au-dessus des autres. Cela garantit une meilleure endurance et des performances améliorées par rapport à l’ancien.
Fondamentalement, ces types de NAND sont l’un des nombreux facteurs qui déterminent la durée de vie des SSD, des cartes SD et d’autres lecteurs de mémoire. Par conséquent, si vous avez une carte SD prenant en charge la 3D NAND, elle dure généralement plus longtemps.
Bien que la plupart des fabricants affirment que leurs cartes SD durent dix ans, vous devez savoir qu’il existe encore d’autres facteurs qui déterminent la durée de vie. Par exemple, utiliser les cartes mémoire à des températures extrêmes, casser les broches ou les garder près d’un aimant puissant (champ électromagnétique) peut avoir un impact négatif sur leur vie.
Comment les cartes SD stockent-elles et récupèrent-elles des données ?
L’ASCII La valeur de’E’est stockée dans la carte SD
Auparavant, nous comptions beaucoup sur d’autres disques de stockage, comme les Memory Sticks, les cartes Compact Flash, les cartes Smart Media, etc. Finalement, ils ont été remplacés par des cartes SD telles qu’elles sont taille relativement plus légère et supporte en outre un stockage important.
En regardant de près la carte SD, vous remarquerez probablement une rangée de terminaux (broches) dans la partie supérieure. Fondamentalement, certaines broches ici sont responsables de l’alimentation de la carte, tandis que d’autres aident les utilisateurs à stocker ou à récupérer des données, telles que des photos, des vidéos, des documents et d’autres fichiers.
Comme d’autres périphériques de stockage, ces cartes mémoire flash également se composent de transistors (qui fonctionnent comme des interrupteurs électriques) pour aider à stocker les données en code ASCII (une combinaison de 0 et 1). Par conséquent, si le commutateur est activé, la valeur « 1 » est stockée sur la carte SD, et s’il est désactivé, « 0 » est stocké.
Par exemple, si vous essayez de stocker le mot « Exemple » , il sera stocké sous’01000101 01111000 01100001 01101101 01110000 01101100 01100101′.
Eh bien, l’utilisation de transistors ordinaires ne sert qu’à stocker temporairement les données. Par conséquent, les données stockées sont perdues et nous ne pouvons plus les récupérer. Ainsi, la technologie NAND adoptée par les cartes SD utilise MOSFET (Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor) qui utilise des grilles de contrôle et flottantes pour stocker les données de manière permanente.
Illustration de la façon dont les données sont stockées dans un transistor à grille unique
Comme indiqué dans l’illustration ci-dessus, un transistor typique se compose d’une seule grille. Ici, lorsqu’une tension positive passe de la source (la valeur est 1), la porte est ouverte et les données sont stockées. De même, lorsqu’il n’y a pas de tension (valeur définie sur 0), la porte est fermée et les informations ne sont pas stockées.
Dans un tel cas, si nous retirons notre lecteur de la source d’alimentation, aucune tension n’est passé, et même les données stockées seront perdues. Ainsi, l’utilisation d’un transistor à grille unique n’est pas applicable aux cartes SD.
Données stockées sous forme de charges au-dessus de la grille flottante dans un MOSFET
Maintenant, regardons l’illustration du MOSFET, comme indiqué ci-dessus. Ici, lorsque l’interrupteur est allumé et que la tension positive est passée, une certaine tension est stockée en haut de la grille flottante.
Cela garantit que toutes les données stockées restent même lorsque nous retirons la carte SD de sa fente. Maintenant, nous pouvons facilement récupérer ces informations à partir de n’importe quel autre appareil. Fait intéressant, vous pouvez même utiliser des lecteurs de carte SD et des adaptateurs si votre PC n’a pas de fente pour carte SD.
Fondamentalement, le nombre de transistors sur une carte SD détermine la capacité de mémoire totale dans Cartes SD. Cela signifie que plus le nombre de MOSFET est grand, plus d’informations seront stockées. Par exemple, une carte mémoire de 32 Go a un nombre de transistors plus important qu’une 16 Go, c’est pourquoi on peut stocker plus d’informations dans la première.
Enfin, lorsque vous supprimez les données sauvegardées sur votre SD carte, cette fois, une tension négative est passée dans la grille de commande. Cela supprime la tension positive, entraînant la suppression des données.
Architecture de la carte SD
Architecture de carte SD
Une carte SD fonctionne avec ces six composants : broches de contact, registres, contrôleur d’interface de carte, interface de mémoire centrale, détection de mise sous tension et mémoire centrale. Dans cette section, nous aborderons chacun d’eux en bref.
Broches de contact
Les neuf broches de contact ou pastilles d’une carte SD garantissent que tout le corps est correctement installé sur les emplacements dédiés dans les appareils pris en charge. Sinon, votre ordinateur ne lira probablement pas la carte SD.
Fondamentalement, les cartes mémoire ont des broches de données, d’alimentation et d’emplacement qui fonctionnent en mode bus SPI (Serial Peripheral Interface) ou en bus SD mode. De plus, ils ne fonctionnent qu’après s’être interfacés avec le Microcontroller Unit ().
Vous trouverez ci-dessous chacune des broches et les fonctions individuelles qu’elles contiennent : Chip Select (CS) : Ce pad ou cette broche sélectionne un ou un ensemble de circuits intégrés. Lorsqu’il est actif, il répond aux modifications d’entrée et lorsqu’il est inactif, il ignore tous les messages reçus.Commande (CMD) : Il s’agit de la broche de commande qui aide la carte SD à interagir avec le microcontrôleur pour l’échange informations.VSS1 ou GND : VVS1 est la première broche de source de tension où la masse doit être connectée. VCC : VCC ou le collecteur de tension est une autre broche d’alimentation utilisée dans les cartes SD qui se connecte à l’alimentation positive des cartes SD. Souvent, ils sont également appelés VDD ou drain de tension. Horloge (CLK) : la broche d’horloge est chargée de recevoir les signaux d’horloge ou les impulsions du microcontrôleur.VSS2 : comme le VSS1, ils se connectent à la terre et sont également appelés la broche GND.DAT0 ou DO : Fondamentalement, la sortie de données ou la broche DAT0 envoie des données série au. En mode SPI, ceci est utilisé par l’esclave SPI.DAT1 et DAT2 : Les deux dernières broches sont liées aux données et sont responsables de la communication bidirectionnelle entre la carte SD et. Comme une carte SD, la carte miniSD a également neuf broches de contact, mais la carte microSD n’a que huit broches, où DAT2 est manquant.
Registres
Les registres de la carte SD sont des composants essentiels qui contrôlent diverses fonctions de mémoire et de stockage. De plus, ils contiennent également des informations vitales, telles que le numéro d’identification de la carte mémoire, le numéro de série, la date de fabrication, etc. Vous trouverez ci-dessous un tableau composé des six registres avec leur longueur et leur fonction :
Six registres avec leurs fonctions et leur longueur (en bits)
Contrôleur d’interface de carte
Le contrôleur d’interface de carte SD communique avec les broches de contact, les registres et l’interface du cœur de la mémoire pour gérer le stockage interne global de la carte mémoire. Fondamentalement, le contrôleur reçoit des commandes d’un utilisateur final et il répond en conséquence.
Eh bien, une carte SD est un périphérique d’entrée, et lorsque nous la montons sur un PC, le CPU doit effectuer d’autres opérations et donner la priorité à ses commandes. Cependant, grâce au contrôleur d’interface de carte, ces interruptions du système sont considérablement minimisées.
De plus, le contrôleur d’interface de carte effectue plusieurs opérations, y compris la lecture, l’écriture et l’effacement des informations enregistrées sur les cartes SD.
Memory Core Interface
Memory Core Interface interagit avec le contrôleur d’interface de carte pour fournir une interface simple et réactive à une carte SD.
Fondamentalement , le composant est responsable de la mise en œuvre globale de la carte mémoire. En outre, il commande et envoie des informations cruciales au contrôleur d’interface de carte pour effectuer des opérations de données.
Détection de mise sous tension
La détection de mise sous tension, située sur le côté droit, détecte la carte SD après nous l’avons monté sur un dispositif de support.
En outre, il alimente le contrôleur d’interface de la carte et l’interface du cœur de la mémoire pour un fonctionnement correct. De plus, vous avez besoin de ce composant si vous prévoyez de réinitialiser l’interface mémoire et le contrôleur de la carte SD.
Memory Core
Le dernier composant des cartes SD est le Memory Core. Fondamentalement, il s’agit de la zone centrale pour le stockage de données.
Cependant, la zone de stockage dépend de la famille de cartes SD que vous utilisez. En effet, le fonctionnement d’une carte SD est énormément influencé par son type. En bref, les SDUC ont la capacité de stockage la plus élevée (2 To à 128 To) et fonctionnent également plus rapidement que les autres familles SD (SDSC, SDHC et SDXC).
La figure ci-dessous devrait vous aider à identifier la taille et la capacité de mémoire de différents types de cartes SD.
Les familles de cartes SD avec leur taille et leur capacité de mémoire
Les cartes SD sont-elles sécurisées ?
L’une des principales raisons pour lesquelles les utilisateurs finaux préfèrent les cartes SD est leur CPRM (Content Protection for Support enregistrable). Cela garantit la protection du droit d’auteur ; par conséquent, d’autres ne peuvent pas copier votre contenu illégalement.
Pour activer CPRM, vous devez encoder votre contenu avec Media Identifier et Media Key Block. De cette façon, même si un autre utilisateur copie les données, il ne pourra pas les lire. De plus, pour accéder aux données codées par CPRM, vous avez besoin d’un appareil compatible CPRM et utilisez l’identifiant de média et le bloc de clé de média pour les déchiffrer.
De plus, certains SD, SDHC, SDUC et SDXC ont également un mécanisme de sécurité physique supplémentaire dans la carte. Il s’agit du verrou de protection en écriture et il est présent sur la partie gauche de la carte mémoire.
Verrou de protection en écriture dans une carte SD
En gros, faire glisser le verrou vers le bas activera la protection en écriture, ce qui signifie que vous ne pouvez modifier aucune donnée dans la SD Carte. De même, le pousser vers le haut déverrouillera votre carte, désactivant le mécanisme de protection en écriture. De cette façon, cela empêche la corruption d’une carte SD.
Ensuite, la plupart des périphériques de stockage sont susceptibles d’être endommagés physiquement après être tombés d’une certaine hauteur. D’autre part, la conception en forme de coin, l’encoche et les rainures de guidage d’une carte SD offrent une sécurité supplémentaire. De plus, ils garantissent que la carte est correctement insérée dans l’emplacement dédié.
