การ์ด SD ทำงานอย่างไร

strong> หมายความว่าสามารถตั้งโปรแกรมและลบทางอิเล็กทรอนิกส์ได้

นอกจากการ์ด SD แล้ว หน่วยความจำแฟลช NAND ยังใช้ในแฟลชไดรฟ์ USB, SSD และอุปกรณ์หน่วยความจำอื่นๆ ด้านล่างนี้มีห้าประเภท: เซลล์ระดับเดียว (SLC): NAND นี้จัดเก็บข้อมูลเพียงบิตเดียวในรูปแบบ 0 หรือ 1 ในแต่ละเซลล์ ทำให้การไหลของข้อมูลเร็วขึ้น แม้ว่าจะมีความทนทานสูงสุด แต่ก็ค่อนข้างแพงMulti-Level Cells (MLC): NAND นี้จัดเก็บข้อมูลสองบิตในแต่ละเซลล์ ดังนั้น จึงช้ากว่า SLC แต่ค่อนข้างประหยัดTriple-Level Cells (TLC): ตามชื่อที่แนะนำ NAND นี้จะจัดเก็บข้อมูลสามบิตในแต่ละเซลล์ ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพน้อยกว่า SLC และ MLCQuad-Level Cells (QLC): NAND นี้จัดเก็บข้อมูลสี่บิตต่อเซลล์ ดังนั้น จึงเชื่อกันว่าช้าที่สุด ถูกที่สุด และมีอายุขัยน้อยที่สุดในบรรดาสี่ประเภท3D NAND: ต่างจาก NAND แบบ 2D ที่กล่าวมา เนื่องจากเป็นแบบหลายชั้นและจัดเก็บข้อมูลในเซลล์หน่วยความจำ ซ้อนกันอยู่เหนืออีกอันหนึ่ง สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ถึงความทนทานและประสิทธิภาพที่ดีขึ้นกว่าเดิม

โดยพื้นฐานแล้ว ประเภท NAND เหล่านี้เป็นหนึ่งในหลายปัจจัยที่กำหนดอายุการใช้งานของ SSD, การ์ด SD และไดรฟ์หน่วยความจำอื่นๆ ดังนั้น หากคุณมีการ์ด SD ที่รองรับ 3D NAND โดยทั่วไปแล้วจะมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า

แม้ว่าผู้ผลิตส่วนใหญ่จะอ้างว่าการ์ด SD ของตนมีอายุการใช้งานยาวนานถึง 10 ปี คุณควรรู้ว่ายังมีสิ่งอื่นที่กำหนดอายุการใช้งาน ตัวอย่างเช่น การใช้การ์ดหน่วยความจำที่อุณหภูมิสูงมาก หมุดหัก หรือวางไว้ใกล้กับแม่เหล็กแรงสูง (สนามแม่เหล็กไฟฟ้า) อาจส่งผลเสียต่อชีวิตของพวกเขา

การ์ด SD จัดเก็บและเรียกข้อมูลอย่างไร

h2> ASCII ค่าของ’E’ถูกเก็บไว้ในการ์ด SD

ในสมัยก่อน เราพึ่งพาไดรฟ์จัดเก็บข้อมูลอื่นๆ เป็นอย่างมาก เช่น Memory Sticks, Compact Flash card, Smart Media card ฯลฯ ในที่สุด สิ่งเหล่านี้ก็ถูกแทนที่ด้วยการ์ด SD ตามที่เป็นอยู่ ขนาดค่อนข้างเบาและรองรับพื้นที่เก็บข้อมูลขนาดใหญ่เพิ่มเติม

เมื่อดูการ์ด SD อย่างใกล้ชิด คุณจะสังเกตเห็นขั้วต่อ (หมุด) แถวหนึ่งที่ส่วนบน โดยพื้นฐานแล้ว หมุดบางตัวที่นี่มีหน้าที่ในการจ่ายไฟให้กับการ์ด ในขณะที่ตัวอื่นๆ ทำงานเพื่อช่วยให้ผู้ใช้จัดเก็บหรือกู้คืนข้อมูล เช่น รูปภาพ วิดีโอ เอกสาร และไฟล์อื่นๆ

การ์ดหน่วยความจำแฟลชเหล่านี้ก็เหมือนกับอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลอื่นๆ ยังประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ (ที่ทำงานเหมือนสวิตช์ไฟฟ้า) เพื่อช่วยจัดเก็บข้อมูลในรหัส ASCII (ผลรวมของ 0 และ 1) ดังนั้น หากเปิดสวิตช์ ค่า’1’จะถูกเก็บไว้ในการ์ด SD และหากปิดอยู่ ระบบจะเก็บ’0’ไว้

ตัวอย่างเช่น หากคุณลองเก็บคำว่า’ตัวอย่าง’จะถูกเก็บไว้เป็น’01000101 01111000 01100001 01101101 01110000 01101100 01100101′

คือ การใช้ทรานซิสเตอร์แบบปกติช่วยในการจัดเก็บข้อมูลชั่วคราวเท่านั้น ดังนั้นข้อมูลที่เก็บไว้จึงสูญหาย และเราไม่สามารถเรียกข้อมูลเหล่านั้นได้อีก ดังนั้น เทคโนโลยี NAND ที่การ์ด SD นำมาใช้จึงใช้ MOSFET (Metal–Oxide–Semiconductor Field-Effect Transistor) ที่ใช้การควบคุมและประตูลอยเพื่อเก็บข้อมูลอย่างถาวร

ภาพประกอบ วิธีจัดเก็บข้อมูลในทรานซิสเตอร์แบบเกตเดียว

ดังที่แสดงในภาพประกอบด้านบน ทรานซิสเตอร์ทั่วไปประกอบด้วยเกทเดียว ที่นี่เมื่อแรงดันบวกบางส่วนถูกส่งผ่านจากแหล่งกำเนิด (ค่าคือ 1) ประตูจะเปิดและข้อมูลจะถูกเก็บไว้ ในทำนองเดียวกัน เมื่อไม่มีแรงดันไฟฟ้า (ตั้งค่าเป็น 0) ประตูจะปิดและข้อมูลจะไม่ถูกเก็บไว้

ในกรณีเช่นนี้ ถ้าเราถอดไดรฟ์ของเราออกจากแหล่งพลังงาน จะไม่มีแรงดันไฟฟ้า ผ่านและแม้กระทั่งข้อมูลที่เก็บไว้จะสูญหาย ดังนั้น การใช้ทรานซิสเตอร์แบบประตูเดียวจึงไม่สามารถใช้ได้กับการ์ด SD

ข้อมูลที่จัดเก็บเป็นค่าใช้จ่ายเหนือประตูลอยใน MOSFET

ตอนนี้ มาดูภาพประกอบของ MOSFET ดังที่แสดงด้านบน ที่นี่เมื่อเปิดสวิตช์และผ่านแรงดันไฟฟ้าบวก แรงดันไฟฟ้าบางส่วนจะถูกเก็บไว้ที่ด้านบนของประตูลอย

วิธีนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าข้อมูลใด ๆ ที่เก็บไว้จะยังคงอยู่แม้ว่าเราจะถอดการ์ด SD ออก ช่องของมัน ตอนนี้ เราสามารถดึงข้อมูลนี้จากอุปกรณ์อื่นได้อย่างง่ายดาย ที่น่าสนใจคือ คุณสามารถใช้เครื่องอ่านการ์ด SD และอะแดปเตอร์ได้หากพีซีของคุณไม่มีช่องเสียบการ์ด SD

โดยทั่วไป จำนวนทรานซิสเตอร์ในการ์ด SD จะกำหนดความจุของหน่วยความจำทั้งหมด การ์ด SD ซึ่งหมายความว่ายิ่งจำนวน MOSFET มากขึ้น ข้อมูลก็จะยิ่งถูกจัดเก็บมากขึ้น ตัวอย่างเช่น การ์ดหน่วยความจำ 32 GB มีทรานซิสเตอร์จำนวนมากกว่า 16 GB ดังนั้นเราจึงสามารถจัดเก็บข้อมูลในอดีตได้มากขึ้น

สุดท้าย เมื่อคุณลบข้อมูลที่บันทึกไว้ใน SD ของคุณ การ์ด คราวนี้ แรงดันลบถูกส่งผ่านประตูควบคุม การดำเนินการนี้จะลบแรงดันไฟฟ้าบวก ทำให้ข้อมูลถูกลบ

สถาปัตยกรรมการ์ด SD

สถาปัตยกรรมการ์ด SD

การทำงานของการ์ด SD ที่มีองค์ประกอบทั้งหกนี้ – Contact Pins, Registers, Card Interface Controller, Memory Core Interface, Power on Detection และ Memory Core. ในส่วนนี้ เราจะพูดถึงแต่ละข้อโดยสังเขป

หมุดติดต่อ

หมุดหรือแป้นสัมผัส 9 ชิ้นในการ์ด SD ช่วยให้มั่นใจได้ว่าร่างกายทั้งหมดอยู่ในช่องเสียบเฉพาะ ในอุปกรณ์ที่รองรับ มิฉะนั้น คอมพิวเตอร์ของคุณอาจจะไม่อ่านการ์ด SD

โดยทั่วไป การ์ดหน่วยความจำจะมีข้อมูล กำลังไฟ และพินสล็อตที่ทำงานในโหมดบัส SPI (Serial Peripheral Interface) หรือ SD บัส โหมด ยิ่งกว่านั้น พวกมันจะทำงานหลังจากเชื่อมต่อกับไมโครคอนโทรลเลอร์ยูนิต () เท่านั้น

ด้านล่างนี้คือพินแต่ละอันและหน้าที่แต่ละอันที่มี: Chip Select (CS): แพดหรือพินนี้เลือกหนึ่งหรือชุดของวงจรรวม เมื่อเปิดใช้งาน จะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงอินพุต และเมื่อไม่ใช้งาน จะไม่สนใจข้อความที่ได้รับคำสั่ง (CMD): นี่คือพินคำสั่งที่ช่วยให้การ์ด SD โต้ตอบกับไมโครคอนโทรลเลอร์เพื่อแลกเปลี่ยนข้อมูลสำคัญ ข้อมูลVSS1 หรือ GND: VVS1 เป็นพินแหล่งจ่ายแรงดันไฟตัวแรกที่จะต่อกราวด์ VCC: VCC หรือ Voltage Collector เป็นพินจ่ายไฟอีกอันที่ใช้ในการ์ด SD ที่เชื่อมต่อกับพลังงานบวกในการ์ด SD บ่อยครั้งเรียกอีกอย่างว่า VDD หรือแรงดันระบายออก นาฬิกา (CLK): เข็มนาฬิกามีหน้าที่รับสัญญาณนาฬิกาหรือพัลส์จากไมโครคอนโทรลเลอร์VSS2: เช่นเดียวกับ VSS1 พวกมันเชื่อมต่อกับกราวด์และเรียกอีกอย่างว่า พิน GNDDAT0 หรือ DO: โดยทั่วไปแล้ว Data Out หรือพิน DAT0 จะส่งข้อมูลอนุกรมไปยังไฟล์. ในโหมด SPI สิ่งนี้ถูกใช้โดย SPI SlaveDAT1 และ DAT2: พินสองตัวสุดท้ายเกี่ยวข้องกับข้อมูลและมีหน้าที่ในการสื่อสารแบบสองทิศทางระหว่างการ์ด SD และ เช่นเดียวกับการ์ด SD การ์ด miniSD ยังมีพินติดต่อเก้าอัน แต่การ์ด microSD มีเพียงแปดพินเท่านั้น โดยที่ DAT2 หายไป

รีจิสเตอร์

รีจิสเตอร์การ์ด SD เป็นส่วนประกอบสำคัญที่ควบคุมคุณสมบัติหน่วยความจำและการจัดเก็บต่างๆ นอกจากนี้ พวกเขายัง เก็บข้อมูลสำคัญ เช่น หมายเลขประจำตัวของการ์ดหน่วยความจำ หมายเลขซีเรียล วันที่ผลิต ฯลฯ ด้านล่างเป็นตารางที่ประกอบด้วยรีจิสเตอร์ทั้ง 6 รายการพร้อมความยาวและฟังก์ชัน:

หกรีจิสเตอร์พร้อมฟังก์ชันและความยาว (เป็นบิต)

Card Interface Controller

SD Card Interface Controller สื่อสารกับหมุดติดต่อ รีจิสเตอร์ และอินเทอร์เฟซหลักของหน่วยความจำเพื่อจัดการที่จัดเก็บข้อมูลภายในโดยรวมของการ์ดหน่วยความจำ โดยพื้นฐานแล้ว คอนโทรลเลอร์จะได้รับคำสั่งจากผู้ใช้ปลายทางและจะตอบสนองตามนั้น

คือ การ์ด SD เป็นอุปกรณ์อินพุต และเมื่อเราติดตั้งบนพีซี CPU จะต้องคงการทำงานอื่นๆ และให้ความสำคัญกับคำสั่งของการ์ดนั้น อย่างไรก็ตาม ต้องขอบคุณตัวควบคุมอินเทอร์เฟซของการ์ด การหยุดชะงักของระบบเหล่านี้จะลดลงอย่างมาก

นอกจากนี้ Card Interface Controller ยังดำเนินการหลายอย่าง รวมถึงการอ่าน การเขียน และการลบ ข้อมูลที่บันทึกไว้ใน การ์ด SD

Memory Core Interface

Memory Core Interface โต้ตอบกับ Card Interface Controller เพื่อให้อินเทอร์เฟซที่เรียบง่ายและตอบสนองต่อการ์ด SD

โดยทั่วไป ส่วนประกอบมีหน้าที่รับผิดชอบ การใช้งานโดยรวม ของการ์ดหน่วยความจำ นอกจากนี้ยังสั่งและส่งข้อมูลที่สำคัญไปยัง Card Interface Controller เพื่อดำเนินการข้อมูล

การตรวจจับการเปิดเครื่อง

การตรวจจับการเปิดเครื่อง ซึ่งอยู่ทางด้านขวา จะตรวจจับการ์ด SD หลัง เราได้ติดตั้งไว้บนอุปกรณ์ที่รองรับ

นอกจากนี้ยัง ให้พลังงาน กับ Card Interface Controller และ Memory Core Interface เพื่อการทำงานที่เหมาะสม นอกจากนี้ คุณต้องใช้ส่วนประกอบนี้หากคุณวางแผนที่จะรีเซ็ตอินเทอร์เฟซหน่วยความจำและตัวควบคุมของการ์ด SD

Memory Core

ส่วนประกอบสุดท้ายของการ์ด SD คือ Memory Core โดยพื้นฐานแล้ว นี่คือพื้นที่หลักสำหรับการจัดเก็บข้อมูล

อย่างไรก็ตาม พื้นที่จัดเก็บจะขึ้นอยู่กับตระกูลการ์ด SD ที่คุณใช้อยู่ แท้จริงแล้ว การทำงานของการ์ด SD นั้นได้รับอิทธิพลอย่างมากจากประเภทของการ์ด กล่าวโดยสรุป SDUC มีความจุสูงสุด (2 TB ถึง 128 TB) และยังทำงานได้เร็วกว่าตระกูล SD อื่นๆ (SDSC, SDHC และ SDXC)

รูปด้านล่างจะช่วยคุณระบุขนาด และความจุหน่วยความจำของการ์ด SD ประเภทต่างๆ

ครอบครัวการ์ด SD ที่มีขนาดและความจุหน่วยความจำ

การ์ด SD มีความปลอดภัยเพียงใด

สาเหตุสำคัญประการหนึ่งที่ผู้ใช้ปลายทางชอบการ์ด SD คือ CPRM (การป้องกันเนื้อหาสำหรับ สื่อบันทึกได้) คุณสมบัติ สิ่งนี้รับประกันการคุ้มครองลิขสิทธิ์ ด้วยเหตุนี้ ผู้อื่นจึงไม่สามารถคัดลอกเนื้อหาของคุณอย่างผิดกฎหมายได้

ในการเปิดใช้งาน CPRM คุณต้องเข้ารหัสเนื้อหาของคุณด้วยตัวระบุสื่อและการบล็อกคีย์สื่อ ด้วยวิธีนี้ แม้ว่าผู้ใช้รายอื่นจะคัดลอกข้อมูล พวกเขาจะไม่สามารถอ่านได้ นอกจากนี้ ในการเข้าถึงข้อมูลที่เข้ารหัส CPRM คุณต้องมีอุปกรณ์ที่เปิดใช้งาน CPRM และใช้ Media Identifier และ Media Key Block เพื่อถอดรหัสข้อมูลดังกล่าว

นอกจากนี้ SD, SDHC, SDUC และ SDXC บางรายการก็มี เพิ่มกลไกการรักษาความปลอดภัยทางกายภาพภายในการ์ด นี่คือล็อกป้องกันการเขียน และอยู่ที่ด้านซ้ายของการ์ดหน่วยความจำ

Write Protection Lock ใน SD Card

โดยทั่วไป การเลื่อนล็อคลงด้านล่างจะเป็นการเปิดใช้งานการป้องกันการเขียน ซึ่งหมายความว่าคุณจะไม่สามารถแก้ไขข้อมูลใดๆ ใน SD ได้ การ์ด. ในทำนองเดียวกัน การดันขึ้นด้านบนจะเป็นการปลดล็อกการ์ดของคุณ ซึ่งจะเป็นการปิดกลไกป้องกันการเขียน วิธีนี้จะช่วยป้องกันไม่ให้การ์ด SD เสียหาย

ต่อไป อุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลส่วนใหญ่จะอ่อนไหวต่อความเสียหายทางกายภาพหลังจากตกลงมาจากความสูงระดับหนึ่ง ในทางกลับกัน การออกแบบรูปทรงลิ่ม ร่อง และร่องนำของการ์ด SD ช่วยเพิ่มความปลอดภัย ยิ่งไปกว่านั้น ยังช่วยให้มั่นใจว่าเสียบการ์ดอย่างถูกต้องในช่องเฉพาะ