Cho dù đó là trên điện thoại di động, máy ảnh, bảng điều khiển trò chơi hay máy tính xách tay, tất cả chúng ta đều sử dụng thẻ Kỹ thuật số bảo mật (SD) thỉnh thoảng cho mục đích lưu trữ. Tất cả mọi người đều thích chúng, nhờ kích thước nhỏ, độ bền và bộ nhớ không thay đổi.
Nếu bạn có sở trường về công nghệ, có lẽ bạn đã tự hỏi thẻ SD hoạt động như thế nào. Về mặt kỹ thuật, chúng là thẻ nhớ flash dựa trên chất bán dẫn sử dụng bộ nhớ flash NAND để lưu trữ dữ liệu .
Hơn nữa, chúng sử dụng cơ chế”Write Protection”để ngăn chặn việc mất dữ liệu ngẫu nhiên. Nếu bạn muốn khám phá thêm, bài viết này sẽ hướng dẫn bạn mọi thứ bạn nên biết về thẻ SD và cách chúng hoạt động.
Thẻ SD Sử dụng Bộ nhớ Flash NAND
Điều đầu tiên cần biết là thẻ SD nhúng chip nhớ flash NAND để lưu trữ các khối dữ liệu dưới dạng phí. Về cơ bản, công nghệ này sử dụng các cổng điều khiển và cổng nổi giúp kiểm soát luồng dữ liệu. Do đó, nếu bạn đang chuyển tệp, tài liệu hoặc thậm chí ảnh sang thẻ SD, tất cả chúng đều được lưu trữ dưới dạng điện tử.
Hơn nữa, NAND dựa trên Bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình điện tử (EEPROM) , nghĩa là nó có thể được lập trình và xóa bằng điện tử.
Bên cạnh thẻ SD, bộ nhớ flash NAND cũng được sử dụng trong ổ đĩa flash USB, SSD và các thiết bị bộ nhớ khác. Dưới đây là năm loại của nó: Ô đơn cấp (SLC): NAND này chỉ lưu trữ một bit thông tin ở dạng 0 hoặc 1 trong mỗi ô, giúp cho luồng dữ liệu nhanh hơn. Mặc dù chúng có độ bền cao nhất nhưng lại tương đối đắt tiền. Tế bào đa cấp (MLC): NAND này lưu trữ hai bit thông tin trong mỗi ô. Do đó, chúng chậm hơn so với SLC nhưng tương đối kinh tế. Tế bào ba cấp (TLC): Như tên cho thấy, NAND này lưu trữ ba bit thông tin trong mỗi ô. Vì vậy, chúng thậm chí còn kém mạnh mẽ hơn so với SLC và MLC. Tế bào cấp bốn (QLC): NAND này lưu trữ bốn bit dữ liệu trên mỗi ô. Do đó, chúng được cho là chậm nhất, rẻ nhất và có tuổi thọ thấp nhất trong số bốn loại. 3D NAND: Không giống như các NAND 2D nói trên, chúng có nhiều lớp và lưu trữ dữ liệu trong các ô nhớ xếp chồng lên nhau. Điều này đảm bảo độ bền tốt hơn và cải thiện hiệu suất so với trước đây.
Về cơ bản, các loại NAND này là một trong nhiều yếu tố quyết định tuổi thọ của SSD, thẻ SD và các ổ bộ nhớ khác. Do đó, nếu bạn có thẻ SD hỗ trợ 3D NAND, nó thường kéo dài tuổi thọ hơn.
Mặc dù hầu hết các nhà sản xuất đều tuyên bố rằng thẻ SD của họ có tuổi thọ 10 năm, nhưng bạn nên biết rằng vẫn còn những thứ khác quyết định tuổi thọ của nó. Ví dụ: sử dụng thẻ nhớ ở nhiệt độ quá cao, làm gãy các chốt hoặc để chúng gần nam châm mạnh (trường điện từ) có thể ảnh hưởng tiêu cực đến cuộc sống của chúng.
Thẻ SD Lưu trữ & Truy xuất Dữ liệu như thế nào?
ASCII Giá trị của’E’được lưu trữ trong thẻ SD
Trong những ngày trước đây, chúng tôi chủ yếu dựa vào các ổ lưu trữ khác, như Thẻ nhớ, thẻ Compact Flash, thẻ Smart Media, v.v. Cuối cùng, chúng đã được thay thế bằng thẻ SD như hiện tại có kích thước tương đối nhẹ hơn và hỗ trợ thêm dung lượng lưu trữ lớn.
Nhìn kỹ thẻ SD, bạn có thể sẽ nhận thấy một hàng thiết bị đầu cuối (chân) ở phần trên cùng. Về cơ bản, một số chân ở đây có nhiệm vụ cấp nguồn cho thẻ, trong khi những chân khác hoạt động để giúp người dùng lưu trữ hoặc khôi phục dữ liệu, chẳng hạn như ảnh, video, tài liệu và các tệp khác.
Giống như các thiết bị lưu trữ khác, những thẻ nhớ flash này cũng bao gồm các bóng bán dẫn (hoạt động giống như công tắc điện) để giúp lưu trữ dữ liệu dưới dạng mã ASCII (kết hợp của 0 và 1). Do đó, nếu công tắc được bật, giá trị’1’sẽ được lưu trữ trong thẻ SD và nếu tắt, giá trị’0’sẽ được lưu trữ.
Ví dụ: nếu bạn thử lưu trữ từ’Ví dụ’, nó sẽ được lưu trữ dưới dạng’01000101 01111000 01100001 01101101 01110000 01101100 01100101′.
Chà, việc sử dụng các bóng bán dẫn thông thường chỉ hỗ trợ cho việc lưu trữ dữ liệu tạm thời. Do đó, dữ liệu được lưu trữ sẽ bị mất và chúng tôi không thể lấy lại chúng. Do đó, công nghệ NAND được thẻ SD áp dụng sử dụng MOSFET (Metal – Oxide – Semiconductor Field-Effect Transistor) sử dụng điều khiển và cổng nổi để lưu trữ dữ liệu vĩnh viễn.
Hình minh họa về Cách dữ liệu được lưu trữ trong bóng bán dẫn một cổng
Như thể hiện trong hình minh họa ở trên, bóng bán dẫn điển hình bao gồm một cổng duy nhất. Ở đây, khi một số điện áp dương được truyền từ nguồn (giá trị là 1), cổng sẽ mở và dữ liệu được lưu trữ. Tương tự như vậy, khi không có điện áp (giá trị được đặt thành 0), cổng sẽ đóng và thông tin sẽ không được lưu trữ.
Trong trường hợp này, nếu chúng tôi tháo ổ đĩa khỏi nguồn điện, thì không có điện áp thông qua, và thậm chí dữ liệu được lưu trữ sẽ bị mất. Do đó, việc sử dụng bóng bán dẫn một cổng không áp dụng cho thẻ SD.
Dữ liệu được lưu trữ dưới dạng phí phía trên Cổng nổi trong MOSFET
Bây giờ, hãy xem hình minh họa của MOSFET, như được hiển thị ở trên. Tại đây, khi công tắc được bật và điện áp dương được chuyển qua, một số điện áp sẽ được lưu trữ ở đầu cổng nổi.
Điều này đảm bảo rằng mọi dữ liệu được lưu trữ vẫn còn ngay cả khi chúng tôi rút thẻ SD ra khỏi khe của nó. Giờ đây, chúng ta có thể dễ dàng lấy thông tin này từ bất kỳ thiết bị nào khác. Điều thú vị là bạn thậm chí có thể sử dụng đầu đọc thẻ SD và bộ điều hợp nếu PC của bạn không có khe cắm thẻ SD.
Về cơ bản, số lượng bóng bán dẫn trên thẻ SD xác định tổng dung lượng bộ nhớ trong Thẻ SD. Điều này có nghĩa là số lượng MOSFET càng lớn thì càng có nhiều thông tin được lưu trữ. Ví dụ: thẻ nhớ 32 GB có số lượng bóng bán dẫn nhiều hơn so với 16 GB, đó là lý do tại sao chúng tôi có thể lưu trữ nhiều thông tin hơn trong thẻ nhớ trước.
Cuối cùng, khi bạn xóa dữ liệu đã lưu trên SD của mình. thẻ, lúc này, một điện áp âm được đưa vào cổng điều khiển. Điều này sẽ loại bỏ điện áp dương, khiến dữ liệu bị xóa.
Kiến trúc thẻ SD
Cấu trúc thẻ SD
Một thẻ SD hoạt động với sáu thành phần sau-Chân tiếp xúc, Thanh ghi, Bộ điều khiển giao diện thẻ, Giao diện lõi bộ nhớ, Phát hiện nguồn và Lõi bộ nhớ. Trong phần này, chúng ta sẽ thảo luận ngắn gọn về từng loại.
Chân tiếp xúc
Chín chân tiếp xúc hoặc miếng đệm trong thẻ SD đảm bảo toàn bộ thân máy được đặt đúng vị trí trên các khe cắm chuyên dụng trong các thiết bị được hỗ trợ. Nếu không, máy tính của bạn có thể sẽ không đọc được thẻ SD.
Về cơ bản, thẻ nhớ có các chân cắm dữ liệu, nguồn và khe cắm hoạt động trên chế độ bus SPI (Giao diện ngoại vi nối tiếp) hoặc bus SD chế độ . Hơn nữa, chúng chỉ hoạt động sau khi giao tiếp với Bộ vi điều khiển ().
Dưới đây là từng chân và các chức năng riêng lẻ mà chúng giữ: Chọn chip (CS): Miếng đệm hoặc chân này chọn một hoặc một bộ mạch tích hợp. Khi hoạt động, nó phản hồi với các thay đổi đầu vào và khi không hoạt động, nó sẽ bỏ qua mọi thông báo nhận được. Lệnh (CMD): Đây là chân lệnh giúp thẻ SD tương tác với bộ vi điều khiển để trao đổi quan trọng thông tin. VSS1 hoặc GND: VVS1 là chân nguồn điện áp đầu tiên nơi nối đất. VCC: VCC hoặc Bộ thu điện áp là một chân nguồn khác được sử dụng trong thẻ SD, kết nối với nguồn dương trong thẻ SD. Thông thường, chúng còn được gọi là VDD hoặc cống điện áp. Đồng hồ (CLK): Chân đồng hồ chịu trách nhiệm nhận tín hiệu đồng hồ hoặc xung từ bộ vi điều khiển. VSS2: Giống như VSS1, chúng kết nối với đất và còn được gọi là chân GND. DAT0 hoặc DO: Về cơ bản, đầu ra dữ liệu hoặc chân DAT0 gửi dữ liệu nối tiếp đến. Trong chế độ SPI, điều này được SPI Slave sử dụng. DAT1 và DAT2: Hai chân cuối cùng liên quan đến dữ liệu và chịu trách nhiệm về giao tiếp hai chiều giữa thẻ SD và. Giống như thẻ SD, thẻ miniSD cũng có chín chân tiếp xúc, nhưng thẻ microSD chỉ có tám chân, trong đó DAT2 bị thiếu.
Thanh ghi
Thanh ghi thẻ SD là thành phần thiết yếu kiểm soát các tính năng lưu trữ và bộ nhớ khác nhau. Hơn nữa, chúng cũng nắm giữ thông tin quan trọng , như số nhận dạng thẻ nhớ, số sê-ri, ngày sản xuất, v.v. Dưới đây là bảng bao gồm tất cả sáu thanh ghi với độ dài và chức năng của chúng:
Sáu thanh ghi với chức năng và độ dài (tính bằng bit) Bộ điều khiển giao diện thẻ SD giao tiếp với các chân tiếp xúc, thanh ghi và giao diện lõi bộ nhớ để quản lý tổng thể bộ nhớ trong của thẻ nhớ. Về cơ bản, bộ điều khiển nhận lệnh từ người dùng cuối và nó phản hồi theo đó. Chà, thẻ SD là thiết bị đầu vào và khi chúng ta gắn nó vào PC, CPU phải giữ các hoạt động khác và ưu tiên cho các lệnh của nó. Tuy nhiên, nhờ bộ điều khiển giao diện thẻ, những gián đoạn hệ thống này được giảm thiểu đáng kể. Hơn nữa, Bộ điều khiển giao diện thẻ thực hiện một số hoạt động, bao gồm đọc, ghi và xóa thông tin đã lưu trên thẻ SD. Giao diện lõi bộ nhớ tương tác với Bộ điều khiển giao diện thẻ để cung cấp giao diện đơn giản và nhanh nhạy cho thẻ SD. Về cơ bản , thành phần chịu trách nhiệm về việc triển khai tổng thể của thẻ nhớ. Ngoài ra, nó ra lệnh và gửi thông tin quan trọng đến Bộ điều khiển giao diện thẻ để thực hiện các thao tác dữ liệu. Phát hiện bật nguồn, nằm ở phía bên phải, phát hiện thẻ SD sau khi chúng tôi đã gắn nó trên một thiết bị hỗ trợ. Hơn nữa, nó còn cung cấp điện năng cho Bộ điều khiển giao diện thẻ và Giao diện lõi bộ nhớ để hoạt động bình thường. Ngoài ra, bạn cần thành phần này nếu định đặt lại giao diện bộ nhớ và bộ điều khiển của thẻ SD. Thành phần cuối cùng của thẻ SD là Lõi bộ nhớ. Về cơ bản, đây là khu vực cốt lõi để lưu trữ dữ liệu . Tuy nhiên, khu vực lưu trữ phụ thuộc vào dòng thẻ SD mà bạn đang sử dụng. Thật vậy, hoạt động của thẻ SD bị ảnh hưởng rất nhiều bởi loại của nó. Tóm lại, SDUC có dung lượng lưu trữ cao nhất (2 TB đến 128 TB) và cũng hoạt động nhanh hơn các dòng SD khác (SDSC, SDHC và SDXC). Hình dưới đây sẽ giúp bạn xác định kích thước và dung lượng bộ nhớ của các loại thẻ SD khác nhau. Các gia đình thẻ SD có kích thước và dung lượng bộ nhớ Một trong những lý do chính khiến người dùng cuối thích thẻ SD là CPRM (Bảo vệ nội dung cho Tính năng Recordable Media) . Điều này đảm bảo bảo vệ bản quyền; do đó, những người khác không thể sao chép nội dung của bạn một cách bất hợp pháp. Để bật CPRM, bạn cần mã hóa nội dung của mình bằng Mã nhận dạng phương tiện và Chặn khóa phương tiện . Bằng cách này, ngay cả khi người dùng khác sao chép dữ liệu, họ sẽ không thể đọc được. Hơn nữa, để truy cập vào dữ liệu được mã hóa CPRM, bạn cần có thiết bị hỗ trợ CPRM và sử dụng Mã nhận dạng phương tiện và Khối khóa phương tiện để giải mã. Hơn nữa, một số SD, SDHC, SDUC và SDXC cũng có một cơ chế bảo mật vật lý được bổ sung trong thẻ. Đây là khóa chống ghi và nằm ở phần bên trái của thẻ nhớ. Về cơ bản, trượt khóa xuống sẽ kích hoạt tính năng bảo vệ ghi, nghĩa là bạn không thể sửa đổi bất kỳ dữ liệu nào trong thẻ SD Thẻ. Tương tự, đẩy nó lên trên sẽ mở khóa thẻ của bạn, vô hiệu hóa cơ chế chống ghi. Bằng cách này, nó sẽ ngăn thẻ SD bị hỏng. Tiếp tục, hầu hết các thiết bị lưu trữ đều dễ bị hư hỏng vật lý sau khi rơi từ một độ cao nhất định. Mặt khác, thiết kế hình nêm, rãnh khía và rãnh dẫn hướng của thẻ SD mang lại khả năng bảo mật bổ sung. Hơn nữa, chúng đảm bảo rằng thẻ được cắm chính xác vào khe cắm chuyên dụng. Bộ điều khiển giao diện thẻ
Giao diện lõi bộ nhớ
Phát hiện khi bật nguồn
Lõi bộ nhớ
Thẻ SD bảo mật như thế nào?
Ghi khóa bảo vệ trong thẻ SD
