SD カードのしくみ

SD カード以外にも、NAND フラッシュ メモリは USB フラッシュ ドライブ、SSD などのメモリ デバイスにも使用されています。以下に 5 つのタイプを示します。 Single-Level Cells (SLC): この NAND は、各セルに 0 または 1 の形式で 1 ​​ビットの情報のみを保存し、データ フローを高速化します。耐久性は最高ですが、比較的高価です。マルチレベル セル (MLC): この NAND は、各セルに 2 ビットの情報を格納します。そのため、SLC よりも低速ですが、比較的経済的です。トリプルレベル セル (TLC): 名前が示すように、この NAND は各セルに 3 ビットの情報を格納します。そのため、SLC や MLC よりもさらに強力ではありません。Quad-Level Cells (QLC): この NAND は、セルごとに 4 ビットのデータを保存します。そのため、これらは 4 つのタイプの中で最も遅く、安価で、平均寿命が最も短いと考えられています。3D NAND: 前述の 2D NAND とは異なり、多層構造で、メモリ セルにデータを保存します。上下に積み重ねました。これにより、前者よりも優れた耐久性とパフォーマンスの向上が保証されます。

基本的に、これらの NAND タイプは、SSD、SD カード、およびその他のメモリ ドライブの寿命を決定する多くの要因の 1 つです。そのため、3D NAND をサポートする SD カードをお持ちの場合、一般的に寿命が長くなります。

ほとんどのメーカーは、SD カードは 10 年間使用できると主張していますが、寿命を決定する要因が他にもあることを知っておく必要があります。たとえば、メモリ カードを極端な温度で使用したり、ピンを破損したり、強力な磁石 (電磁場) の近くに置いたりすると、寿命に悪影響を及ぼす可能性があります。

SD カードはどのようにデータを保存および取得しますか?

h2> ASCII 「E」の値は SD カードに保存されます

以前は、メモリー スティック、コンパクト フラッシュ カード、スマート メディア カードなどの他のストレージ ドライブに大きく依存していました。最終的に、それらはそのまま SD カードに置き換えられました。

SD カードをよく見ると、上部に端子 (ピン) が並んでいることに気付くでしょう。基本的に、ここにあるいくつかのピンはカードに電力を供給する役割を担い、他のピンはユーザーが写真、ビデオ、ドキュメント、その他のファイルなどのデータを保存または復元するのに役立ちます。

他のストレージ デバイスと同様に、これらのフラッシュ メモリ カードはトランジスタで構成 (電気スイッチのように機能) し、データを ASCII コード (0 と 1 の組み合わせ) で保存するのに役立ちます。したがって、スイッチがオンの場合は値「1」が SD カードに保存され、オフの場合は「0」が保存されます。

たとえば、「Example」という単語を保存しようとすると、 、「01000101 01111000 01100001 01101101 01110000 01101100 01100101」として格納されます。

通常のトランジスタの使用は、データを一時的に保存するのに役立つだけです。したがって、保存されたデータは失われ、再度取得することはできません。したがって、SD カードで採用されている NAND テクノロジーは、MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) を利用しており、コントロール ゲートとフローティング ゲートを使用してデータを永続的に保存します。

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上の図に示すように、典型的なトランジスタは単一のゲートで構成されています。ここで、正の電圧がソース (値は 1) から渡されると、ゲートが開き、データが保存されます。同様に、電圧がない場合 (値を 0 に設定)、ゲートは閉じられ、情報は保存されません。

このような場合、ドライブを電源から外すと、電圧はなくなります。保存されたデータも失われます。したがって、シングルゲート トランジスタの使用は SD カードには適用できません。

MOSFET のフローティング ゲート上の電荷として保存されるデータ

さて、上に示した MOSFET の図を見てみましょう。ここで、スイッチがオンになり、正の電圧が渡されると、フローティング ゲートの上部に電圧が保存されます。

これにより、SD カードを取り外しても、保存されているデータがそのまま残ることが保証されます。そのスロット。これで、この情報を他のデバイスから簡単に取得できます。興味深いことに、PC に SD カード スロットがない場合は、SD カード リーダーとアダプターを使用することもできます。

基本的に、SD カードのトランジスタの数によって総メモリ容量が決まります。 SD カード。これは、MOSFET の数が多いほど、より多くの情報が保存されることを意味します。たとえば、32 GB のメモリ カードは 16 GB よりも多くのトランジスタを備えているため、前者の方がより多くの情報を保存できます。

最後に、SD に保存されたデータを削除すると、カード、今回は、負の電圧がコントロールゲートに渡されます。これにより正の電圧が除去され、データが削除されます。

SD カードのアーキテクチャ

SD カードのアーキテクチャ

SD カードは、コンタクト ピン、レジスタ、カード インターフェイス コントローラー、メモリ コア インターフェイス、電源オン検出、およびメモリ コアの 6 つのコンポーネントで機能します。.このセクションでは、それぞれについて簡単に説明します。

コンタクト ピン

SD カードの 9 つのコンタクト ピンまたはパッドにより、本体全体が専用スロットに正しく装着されます。サポートされているデバイスで。そうしないと、コンピュータが SD カードを読み取れない可能性があります。

基本的に、メモリ カードには、SPI (Serial Peripheral Interface) バス モードまたは SD バスのいずれかで動作するデータ、電源、およびスロット ピンがあります。モード。さらに、これらはマイクロコントローラー ユニット () とのインターフェイスの後でのみ機能します。

以下は、各ピンとそれらが保持する個々の機能です。 チップ セレクト (CS): このパッドまたはピンは、1 つまたは一連の集積回路を選択します。アクティブな場合は入力の変更に応答し、非アクティブな場合は受信したメッセージを無視します。コマンド (CMD): これは、SD カードがマイクロコントローラとやり取りして重要な情報を交換するのに役立つコマンド ピンです。 VSS1 または GND: VVS1 は、グランドが接続される最初の電圧源ピンです。 VCC: VCC または電圧コレクタは、SD カードで使用される別の電源ピンで、SD カードの正の電源に接続します。多くの場合、VDD または電圧ドレインとも呼ばれます。 クロック (CLK): クロック ピンは、マイクロコントローラーからクロック信号またはパルスを取得する役割を果たします。VSS2: VSS1 と同様に、グランドに接続され、別名とも呼ばれます。 DAT0 または DO: 基本的に、データ出力または DAT0 ピンはシリアル データを に送信します。 SPI モードでは、これは SPI スレーブによって使用されます。DAT1 および DAT2: 最後の 2 つのピンはデータに関連し、SD カードと の間の双方向通信を担当します。 SD カードと同様に、miniSD カードにも 9 つの接触ピンがありますが、microSD カードには 8 つのピンしかなく、DAT2 がありません。

レジスタ

SD カード レジスタは、さまざまなメモリおよびストレージ機能を制御する重要なコンポーネントです。さらに、メモリ カードの ID 番号、シリアル番号、製造日などの重要な情報も保持します。以下は、6 つのレジスタすべてとその長さと機能からなる表です。

6 つのレジスタとその機能と長さ (ビット単位)

カード インターフェイス コントローラ

SD カード インターフェイス コントローラコンタクト ピン、レジスタ、メモリ コア インターフェースと通信して、メモリ カードの内部ストレージ全体を管理します。基本的に、コントローラーはエンド ユーザーからのコマンドを受信し、それに応じて応答します。

SD カードは入力デバイスであり、PC にマウントすると、CPU は他の操作を保持し、そのコマンドを優先する必要があります。ただし、カード インターフェース コントローラのおかげで、これらのシステムの中断は大幅に最小限に抑えられます。

さらに、カード インターフェース コントローラは、読み取り、書き込み、および消去を含むいくつかの操作を実行します。

メモリ コア インターフェース

メモリ コア インターフェースはカード インターフェース コントローラとやり取りして、SD カードにシンプルで応答性の高いインターフェースを提供します。

基本的に、コンポーネントはメモリ カードの全体的な実装を担当します。また、データ操作を実行するために重要な情報をカード インターフェース コントローラに命令して送信します。

電源オン検出

右側にある電源オン検出は、SD カードを検出した後に SD カードを検出します。サポートデバイスにマウントしました。

さらに、カード インターフェース コントローラとメモリ コア インターフェースに電力を供給して、適切に機能させます。また、SD カードのメモリ インターフェイスとコントローラをリセットする場合は、このコンポーネントが必要です。

メモリ コア

SD カードの最後のコンポーネントはメモリ コアです。基本的に、これはデータ ストレージのコア領域です。

ただし、ストレージ領域は、使用している SD カード ファミリーによって異なります。実際、SD カードの動作はその種類によって大きく影響されます。つまり、SDUC は最大のストレージ容量 (2 TB から 128 TB) を持ち、他の SD ファミリー (SDSC、SDHC、および SDXC) よりも高速に動作します。

以下の図は、サイズを特定するのに役立ちます。

サイズとメモリ容量を備えた SD カード ファミリ

SD カードの安全性は?

エンド ユーザーが SD カードを好む主な理由の 1 つは、CPRM (コンテンツ保護のためのコンテンツ保護) です。記録可能なメディア) 機能。これにより、著作権保護が保証されます。

CPRM を有効にするには、コンテンツを Media Identifier と Media Key Block でエンコードする必要があります。これにより、別のユーザーがデータをコピーしても、読み取ることができなくなります。さらに、CPRM でエンコードされたデータにアクセスするには、CPRM 対応のデバイスが必要であり、メディア識別子とメディア キー ブロックを使用して復号化します。

さらに、一部の SD、SDHC、SDUC、および SDXC には、カード内に追加された物理的なセキュリティ メカニズム。これは書き込み保護ロックで、メモリ カードの左側にあります。

SD カードの書き込み保護ロック

基本的に、ロックを下にスライドさせると書き込み保護が有効になり、SD 内のデータを変更できなくなりますカード。同様に、上に押すとカードのロックが解除され、書き込み保護メカニズムが無効になります。このようにして、SD カードの破損を防ぎます。

次に、ほとんどのストレージ デバイスは、特定の高さから落下した後に物理的な損傷を受けやすくなっています。一方、SD カードのくさび形のデザイン、ノッチ、およびガイド溝により、セキュリティが強化されます。さらに、カードが専用スロットに正しく挿入されていることを確認します。