Secure Digital

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Сравнение размеров различных видов SD-карт: Обычные SD-карты, miniSD, microSD

Secure Digital Memory Card (SD) — формат карт памяти (флеш-память), разработанный для использования в основном в портативных устройствах. На сегодняшний день широко используется в цифровых фотоаппаратах и видеокамерах, мобильных телефонах, КПК, коммуникаторах и смартфонах, электронных книгах, GPS-навигаторах и в некоторых игровых приставках.

Существуют четыре поколения карт памяти данного формата, различающиеся возможным объёмом данных (совместимы сверху вниз):

  • SD 1.0 — от 8 МБ до 2 ГБ;
  • SD 1.1 — до 4 ГБ;
  • SDHC — до 32 ГБ;
  • SDXC — до 2 ТБ.

О формате[править | править вики-текст]

Устройство SD-карты: U1 — контроллер, две микросхемы снизу — память. Контактные площадки расположены с обратной стороны платы.

Формат был разработан в 1999 году фирмами Panasonic, SanDisk и Toshiba на основе MMC-карты. В 2000 году на CES компаниями Matsushita, SanDisk и Toshiba было объявлено о создании SD Card Association.

SDHC[править | править вики-текст]

Карта SDHC Class 6

SDHC (англ. Secure Digital High Capacity) — сменная карта флеш-памяти, удовлетворяющая спецификации SDA 2.00, введённой SD Card Association. SDHC стал развитием формата SD, унаследовав большинство его характеристик.

Потенциальный максимальный объём карт SDHC увеличен до 32 ГБ. Как правило, для хранения информации на картах этого типа используют файловую систему FAT32 (для SD использовалась FAT16/32).

Совместимость[править | править вики-текст]

Карты SDHC не совместимы с устройствами, изначально рассчитанными только на SD-карты. Ключевым нововведением для SDHC-карт, позволившим им превзойти объём в 4 ГБ, стало введение посекторной адресации (аналогично жёстким дискам), в то время как обычные SD-карты имеют побайтную адресацию (как оперативная память) и, соответственно, при 32-разрядном адресе могут иметь объём не более 4 ГБ.

Некоторые устройства (кардридеры, коммуникаторы и др.), рассчитанные на работу только с картами SD, после смены программного обеспечения могут «научиться» работать с SDHC, если аппаратная поддержка данных карт была предусмотрена производителем.

Также следует обращать внимание на версию реализации карты SD (SD 1.0 или SD 1.1). Если её планируется использовать в старом устройстве, поддерживающем карты памяти объёмом до 2 ГБ, убедитесь, что она выполнена в версии 1.0, а не 1.1, иначе будут возникать сбои при форматировании и при заполнении карты памяти информацией.

SDXC[править | править вики-текст]

В 2009 году на CES SD Association представила новый стандарт SDXC (англ. Secure Digital eXtended Capacity), поддерживающий карты объёмом до 2 TБ.

Карты памяти SDXC UHS-I (версия 3.01) совместимы с SDHC-устройствами. Устройства с поддержкой SDXC обеспечивают поддержку карт предшествующих стандартов — SD и SDHC.

Карты SDXC UHS-II (версия 4.0) с SDHC-устройствами не совместимы [1].

Поддержка операционными системами[править | править вики-текст]

  • SDXC-карты используют запатентованную файловую систему exFAT, разработанную компанией Microsoft. Официально поддержка кардридеров и карт стандарта SDXC заявлена для Windows Vista, Windows Server 2008, Windows 7, Windows 8 и Windows 10. Для поддержки exFAT в Windows XP на официальном сайте компании Microsoft существует обновление для 64-разрядной версии: для 32-разрядной версии обновления больше нет! KB955704. Хотя обновление для 32-разрядной версии можно найти в интернете как для английской, так и для русской версии программного обеспечения...
  • Поддержка в Linux/UNIX реализована с помощью свободного драйвера exFAT, работающего вне ядра (FUSE)[2]. Драйвер доступен в репозиториях большинства популярных дистрибутивов. Пользователям других дистрибутивов предлагается собрать драйвер из исходников.
  • Обновленный в 2011 году MacBook Pro также имеет поддержку карт памяти SDXC[3]. Все новые устройства от Apple с Mac OS X 10.6.5 или старше поддерживают карты SDXC при наличии физического слота в устройстве.
  • Android поддерживает SDXC при использовании файловой системы ext2 и выше.

Проблемы совместимости[править | править вики-текст]

Сразу же после утверждения стандарт подвергся критике из-за того, что стандартной файловой системой для него является запатентованная exFAT. Её спецификаций в свободном доступе нет, полноценного свободного драйвера тоже нет (на данный момент существует собственнический драйвер для Linux и Android для фирм и OEM-производителей оборудования[4]). Таким образом, карты SDXC нельзя будет использовать в свободных операционных системах. Даже если при помощи обратной разработки будет создан полнофункциональный драйвер для этой файловой системы, то его использование из-за патентов может быть незаконно в некоторых странах. При переформатировании карты в другую файловую систему, свободную и поддерживающую накопители и файлы большого объёма (например, ext4 или UDF), карта может потерять совместимость с устройствами, для которых предназначена[5].

MiniSD и MicroSD[править | править вики-текст]

Для миниатюрных приборов разработаны miniSD размером 20×21,5×1,4 мм и самая маленькая из всех карт — MicroSD (ранее известная как TransFlash, T-Flash или TF)[6] размером 11×15×1 мм. Карты MiniSD и MicroSD имеют переходники (адаптеры), при помощи которых их можно вставлять в любой слот для обычной SD-карты. В некоторые кардридеры miniSD и microSD могут быть вставлены без адаптера.[7]

Микроконтроллер[править | править вики-текст]

Карта размером 24×32×2,1 мм снабжена собственным контроллером[8][9] и специальной областью, способной, в отличие от MMC, записывать информацию таким образом, чтобы неавторизованное чтение информации было невозможно, в соответствии с требованиями «Secure Digital Music Initiative». Этот факт был отражён в названии стандарта («Secure Digital»). Для записи в защищённую область используется специальный протокол записи, недоступный для обычных пользователей. При этом карта также может быть защищена паролем, без которого доступ к записанной информации невозможен; восстановить работоспособность карты можно только её полным переформатированием с потерей записанной информации.

Карты формата Secure Digital снабжены механическим[10] переключателем защиты от записи. В положении «lock» невозможны запись информации, и, соответственно, удаление файлов и форматирование карты, что позволяет избежать случайной потери информации. Однако следует учитывать, что собственно защита от записи осуществляется не самой картой, а устройством, использующим карту, и может оказаться в нём не реализованной, либо намеренно отсутствовать. Например, автозагрузка резидентной программы CHDK для фотоаппаратов Canon работает, только когда карта защищена от записи.

В большинстве случаев SD можно заменить MMC-картой. Обратная замена обычно невозможна: SD толще и может просто не войти в слот для MMC.

Система передачи[править | править вики-текст]

Карты могут поддерживать различные сочетания следующих типов шин и режимов передачи. Режим шины SPI и однобитовый режим шин SD является обязательным для всех типов карт, как описано в следующем разделе. Нумерация выводов для всех размеров карт SD и хост-устройств является одинаковой.

  • Режим шины SPI: Serial Peripheral Interface в основном используется в микроконтроллерах. Этот тип шины поддерживает только 3,3-вольтовой интерфейс. Это единственный тип шины, которые не требуют лицензии на хост.
  • Однобитовый режим шины SD: Отдельная шина для команды и каналов передачи данных.
  • Четырёхбитовый режим шины SD: Использует дополнительные контакты, переназначены некоторые контакты. Для карт UHS-I и UHS-II требуется именно этот режим.

Физический интерфейс включает в себя 9 контактов, за исключением того, что для карт miniSD добавлено два несвязанных контакта в центре и microSD карты не использует один из двух Общих контактов.[11]

Нумерация контактов для карт (сверху вниз): MMC, SD, miniSD, microSD. Заметна эволюция от наиболее старого формата MMC, на базе которого был создан SD.
Режим шины SPI
MMC
вывод
SD
вывод
miniSD
вывод
microSD
вывод
Название Вх/Вых Логика Описание
1
1
1
2
Режим
Вх
ДЛ
Выбор режима SPI (негативная логика)
2
2
2
3
ВвД
Вх
ДЛ
Ввод данных SPI в последовательном режиме
3
3
3
Общий
Общий
Пит
Общий
4
4
4
4
Пит
Пит
Пит
Питание
5
5
5
5
Синхр.
Вх
ДЛ
Синхронизация SPI
6
6
6
6
Общий
Общий
Общий
Общий
7
7
7
7
ВывД
Вых
ДЛ
Вывод данных SPI в последовательном режиме
8
8
8
НП
Прерыв.
.
Вых
.
ОК
Не используется (карты памяти)
Прерывание (SDIO) (негативная логика)
9
9
1
НП
.
.
Не используется
10
НП
.
.
Зарезервировано
11
НП
.
.
Зарезервировано
Однобитовый режим шины SD
MMC
вывод
SD
вывод
miniSD
вывод
microSD
вывод
Название Вх/Вых Логика Описание
1
1
1
2
НП
.
.
Не используется
2
2
2
3
КМД
Вх/Вых
ДЛ,
ОК
Команда,
Ответ
3
3
3
Общий
Общий
Общий
Общий
4
4
4
4
Пит
Пит
Пит
Питание
5
5
5
5
Синхр.
Вх
ДЛ
Синхронизация
6
6
6
6
Общий
Общий
Общий
Общий
7
7
7
7
ДАТ0
Вх/Вых
ДЛ
Передача данных SD 0
8
8
8
НП,
Прерыв.
.
Вых
.
ОК
Не используется (карты памяти)
Прерывание (SDIO) (негативная логика)
9
9
1
НП
.
.
Не используется
10
НП
.
.
Зарезервировано
11
НП
.
.
Зарезервировано
Четырёхбитовый режим шины SD
MMC
вывод
SD
вывод
miniSD
вывод
microSD
вывод
Название Вх/Вых Логика Описание
.
1
1
2
ДАТ3
Вх/Вых
ДЛ
Передача данных SD 3
.
2
2
3
КМД
Вх/Вых
ДЛ,
ОК
Команда,
Ответ
.
3
3
Общий
Общий
Общий
Общий
.
4
4
4
Пит
Пит
Пит
Питание
.
5
5
5
Синхр.
Вх
ДЛ
Синхронизация
.
6
6
6
Общий
Общий
Общий
Общий
.
7
7
7
ДАТ0
Вх/Вых
ДЛ
Передача данных SD 0
8
8
8
ДАТ1,
Прерыв.
Вх/Вых,
Вых
ДЛ
ОК
Передача данных SD 1 (карты памяти)
Прерывание (SDIO)
9
9
1
ДАТ2
Вх/Вых
ДЛ
Передача данных SD 2
10
НП
.
.
Зарезервировано
11
НП
.
.
Зарезервировано

Описание:

  1. Направление определяется относительно карты. Вх = Вход, Вых = Выход.
  2. ДЛ = Двухтактная логика с третьим стабильным состоянием (Z-состояние), когда выход не подключен ни к питанию, ни к общему проводу («обрыв» цепи).
  3. ОК = Открытый коллектор.
  4. Пит = Питание, НП = Не подключено (или высокоимпедансное состояние).


Энергопотребление[править | править вики-текст]

Потребляемая мощность SD карты зависит от её скоростного режима, производителя и модели.

Во время передачи потребляемая картами мощность может находиться в диапазоне 66-330 мВт (20-100 мА при напряжении питания 3,3 В). Для карт, созданных по технологии TwinMos максимальная мощность потребления в режиме записи составляет 149 мВт (45 мА). По технологии фирмы Toshiba потребление составляет 264-330 мВт (80-100 мА).[12] Ток в режиме ожидания значительно ниже, менее чем 0,2 мА (карты microSD 2006 года выпуска).[13] Если есть обмен данных в течение длительного периода, то происходит значительное потребление энергии батареи в портативных устройствах, например в смартфонах, где батареи имеют ёмкость в 6 Втч (Samsung Galaxy S2, 1650 мАч @ 3,7 В)).

Если хост-устройство поддерживает режим скорость шины SDR104 или UHS-II, то современные карты UHS-II могут потреблять мощность до 2,88 Вт. Минимальное энергопотребление в случае UHS-II - 0,72 Вт.

Энергопотребление карты в зависимости от скорости шины[14]
Скорость
шины
Максимальная
скорость шины
МБ
Максимальная
тактовая частота
[МГц]
Уровень
сигнала
[В]
SDSC
[W]
SDHC
[W]
SDXC
[W]
HD312
312
52
0,4
-
2,88
2,88
FD156
156
52
0,4
-
2,88
2,88
SDR104
104
208
1,8
-
2,88
2,88
SDR50
50
100
1,8
-
1,44
1,44
DDR50
50
50
1,8
-
1,44
1,44
SDR25
25
50
1,8
-
0,72
0,72
SDR12
12,5
25
1,8
-
0,36
0,36 / 0,54
Высокая
скорость
25
50
3,3
0,72
0,72
0,72
Нормальная
скорость
12,5
25
3,3
0,33
0,36
0,36 / 0,54

Шина UHS[править | править вики-текст]

UHS (Ultra High Speed) bus — высокоскоростной протокол обмена данными, введённый в версиях стандарта 3 и 4. Спецификация требует обратной совместимости карт и контроллеров UHS с более ранними интерфейсами на Normal Speed и High Speed.[15]

Интерфейс UHS-I определён в техническом описании версии 3.01. Скорость обмена данными по интерфейсу — 50 МБ/с или 104 МБ/c. Используются стандартные контакты, однако назначение некоторых контактов переопределено для реализации 4-битового обмена данными.

Интерфейс UHS-II определён в техническом описании версии 4.00. Скорость обмена — 156 МБ/с или 312МБ/c. Карты этого стандарта содержат два ряда контактов — 17 для обычной карты и 16 для microSD; используется 4-битовый режим обмена. В 2013 году компании Panasonic, PNY и Toshiba представили свою первую продукцию с применением данной технологии.

Интерфейс шины данных Логотип карт Логотип шины Скорость обмена Версия стандарта
Normal Speed SD SDHC SDXC  — 12,5 МБ/с 1.01
High Speed 25 МБ/с 2.00
UHS-I SDHC SDXC I 12.5 MБ/с (SDR12)
25 MБ/с (SDR25)
50 MБ/с (SDR50, DDR50)
104 MБ/с (SDR104)
3.01
UHS-II II 156 МБ/с (FD156)
312 МБ/с (HD312)
4.00/4.10[16]

Скорость обмена[править | править вики-текст]

Скоростной класс[править | править вики-текст]

Для обычных карт скоростной класс обозначается числом внутри буквы C. Для карт стандарта UHS скоростной класс обозначается числом внутри буквы U[17]. Для карт стандарта Video Speed Class числом справа от буквы V[18] [19][20]

Минимальная скорость записи Speed Class UHS Speed Class Video Speed Class Область применения
МБ SDHC Speed Class 2.svg Class 2 (C2) - - Запись видео стандартного разрешения (SD)
4 МБ/с SDHC Speed Class 4.svg Class 4 (C4) - - Запись видео высокой чёткости (HD), включая Full HD (от 720p до 1080p/1080i)
6 МБ/с SDHC Speed Class 6.svg Class 6 (C6) - Video Speed Class 6.png Class 6 (V6)
10 МБ/с SDHC Speed Class 10.svg Class 10 (C10) UHS Class 1.png Class 1 (U1) Video Speed Class 10.png Class 10 (V10) Запись Full HD (1080p) видео и серийная съёмка в HD (шина High Speed), потоковое вещание и файлы HD-видео большого объёма (шина UHS)
30 МБ/с - UHS Class 3.png Class 3 (U3) Video Speed Class 30.png Class 30 (V30) Запись видеофайлов с разрешением 4K c частотой 60/120 кадров в секунду (шина UHS)
60 МБ/с - - Video Speed Class 60.png Class 60 (V60) Запись видеофайлов с разрешением 8K c частотой 60/120 кадров в секунду (шина UHS)
90 МБ/с - - Video Speed Class 90.png Class 90 (V90)

Обозначение в виде множителя[править | править вики-текст]

Рейтинг Скорость (МБ/с) Speed Class
16× 2.34 SDHC Speed Class 2.svg (13×)
32× 4.69 SDHC Speed Class 4.svg (27×)
48× 7.03 SDHC Speed Class 6.svg (40×)
100× 14.6 SDHC Speed Class 10.svg (67×)

По мере появления новых версий спецификаций и карт с повышенной скоростью записи, производители стали указывать на картах памяти специальный множитель (подобно CD-ROM): 1× = 150 КБ/с. Простейшие карты имеют скорость 6× (900 КБ/с), самые быстрые — 633× (95 000 КБ/с).[21] Подавляющее большинство производителей присваивают множители, соответствующие режиму чтения - скорость записи обычно ниже в два или более раза. Позднее SD Card Association [22] ввела стандартную классификацию скоростных характеристик карт и устройств для работы с ними, так называемый Speed Class, в котором класс карты определяется по скорости записи.

Файловые системы[править | править вики-текст]

Стандартной для карт SD, SDHC и SDXC является файловая система FAT (до 2 ГБ включительно — FAT16, до 32 ГБ включительно — FAT32, более 32 ГБ — exFAT); многие производители поставляют их предварительно отформатированными. Однако, как и любое запоминающее устройство с произвольным доступом, карты Secure Digital при помощи соответствующего программного обеспечения можно отформатировать любым желаемым способом — например, аналогично жёсткому диску с использованием таблицы разделов. Следует помнить, что применение в карточках системы NTFS со стандартными настройками является нежелательным, поскольку она является журналируемой (с опросами), а количество циклов перезаписи для карт — ограничено. Режим ведения журнала опросов для разделов NTFS можно отключить, чтобы уменьшить износ памяти.

Следует учитывать, что поддержка той или иной файловой системы зависит от ОС или микропрограммы использующего карту устройства; так, некоторые устройства поддерживают исключительно FAT16, вследствие чего имеют ограничение на максимальный объём используемой карты — 2 ГБ.

SD карты навигационных систем могут иметь свои форматы.


Сравнение технических особенностей MMC и SD вариантов карт[править | править вики-текст]

Тип MMC RS-MMC MMC Plus SecureMMC SD SDIO miniSD microSD
Разъём SD Да Механический адаптер Да Да Да Да Электро-механический адаптер Электро-механический адаптер
Число контактов 7 7 13 7 9 9 11 8
Ширина 24 мм 24 мм 24 мм 24 мм 24 мм 24 мм 20 мм 11 мм
Длина 32 мм 18 мм 32 мм 32 мм 32 мм 32 мм+ 21,5 мм 15 мм
Толщина 1,4 мм 1,4 мм 1,4 мм 1,4 мм 2,1 мм (возможны исключения) 2,1 мм 1,4 мм 1 мм (0,7 мм без выступа)
Режим SPI Опционально Опционально Опционально Да Да Да Да Да
1-битовый режим Да Да Да Да Да Да Да Да
4-битовый режим Нет Нет Да Нет Опционально Опционально Опционально Опционально
8-битовый режим Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет
Прерывания Нет Нет Нет Нет Нет Опционально Нет Нет
Тактовая частота обмена 20 МГц 20 МГц 52 МГц 20 МГц? 208 МГц 208 МГц 50 МГц 208 МГц
Максимальная скорость передачи 20 Мбит/с 20 Мбит/с 416 Мбит/с 20 Мбит/с? 832 Мбит/с 200 Мбит/с 832 Мбит/с 832 Мбит/с
Максимальная скорость передачи по SPI 20 Мбит/с 20 Мбит/с 52 Мбит/с 20 Мбит/с 50 Мбит/с 50 Мбит/с 50 Мбит/с 50 Мбит/с
DRM Нет Нет Нет Да Да N/A Да Да
Пользовательское шифрование Нет Нет Нет Да Нет Нет Нет Нет
Упрощенная спецификация Да Да Нет Ещё нет? Да Да Нет Нет
Стоимость членства 2500 долл./год (не обязательно) 2000 долл./год (общая), 4500 долл./год (исполнительная)
Стоимость спецификации Бесплатно начиная с версии 4.3  ?  ? Для членов Для членов Для членов Для членов
Лицензия для хоста Нет Нет Нет Нет 1000 долл./год + стоимость членства
Лицензия для карты памяти Да Да Да Да Да Да Да Да
Лицензия для карты ввода-вывода N/A N/A N/A N/A N/A Да: $1000/год + стоимость членства N/A N/A
Совместимость со свободным ПО Да Да Да? Да? Да Да Да Да
Номинальное рабочее напряжение 3,3 В 3,3 В 3,3 В[23][24] 1,8 В/3,3 В 3,3 В(SD),
1,8 В/3,3 В (SDHC),
1,8 В/3,3 В (SDXC)
3,3 В 3,3 В(miniSD),
1,8 В/3,3 В (miniSDHC)
3,3 В(microSD),
1,8 В/3,3 В (microSDHC),
1,8 В/3,3 В (microSDXC)
Максимальная ёмкость (доступная в продаже)(теоретическая ёмкость — описана на странице) 128 ГБ 2 ГБ 128 ГБ? 2 ГБ 4 ГБ (SD),
32 ГБ (SDHC),
1 ТБ (SDXC)
? 4 ГБ (miniSD),
16 ГБ (miniSDHC)
4 ГБ (microSD),
32 ГБ (microSDHC),
200 ГБ (microSDXC)
Тип MMC RS-MMC MMC Plus SecureMMC SD SDIO miniSD microSD

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Ошибка в сносках?: Неверный тег <ref>; для сносок autogenerated1 не указан текст
  2. exfat — Free exFAT file system implementation — Google Project Hosting
  3. Apple — MacBook Pro — Technical specifications of the 13-inch model
  4. Объявление о выпуске драйвера exFAT, поддерживающего и чтение, и запись, для фирм и OEM-производителей оборудования  (англ.)
  5. В новой версии стандарта карт памяти SD используется неподдерживаемая Linux файловая система
  6. MicroSDHC/XC Memory TF Card 128MB, 256MB, 512MB, 1GB, 2GB, 4GB, 8GB, 16GB, 32GB
  7. Transcend. Краткое руководство. P/N: TS-RDS1/S2 V 1.2.
  8. Взлом и заражение контроллера SD-карты (31.12.2013). Проверено 4 января 2014.
  9. The Exploration and Exploitation of an SD Memory Card (англ.). 30с3 (december 2013). Проверено 4 января 2014.
  10. чисто механический метод - никакой коммутации электрических сигналов - заслонка открывает/закрывает окно считывания состояния датчиком в устройстве, использующим карту
  11. SD Part 1, Physical Layer Simplified Specification, Version 4.10 (PDF). Проверено 2 января 2014.
  12. "microSD & microSDHC Cards", Memory Solutions, Toshiba, <http://www.toshiba-memory.com/en/micro_sd_cards.html> 
  13. Micro SD specification, DTT, <http://www.dtt8.com/images/micro-sd%20specification.pdf> 
  14. "SD Specifications Version 4.10", 3.10.5 – Summary of Bus Speed Mode for UHS-II Card, SD Association, <https://docs.google.com/viewer?url=https://www.sdcard.org/downloads/pls/simplified_specs/part1_410.pdf> 
  15. Bus Speed (Default Speed/ High Speed/ UHS) — SD Association
  16. SD Bus Speed SD Association
  17. SD Speed class SD Association
  18. SD Speed Class/UHS Speed Class/Video Speed Class
  19. https://www.sdcard.org/downloads/pls/latest_whitepapers/Video_Speed_Class-The_new_capture_protocol_of_SD_5.0.pdf
  20. https://www.sdcard.org/press/New_SD_Association_Speed_Class_Supports_8K_and_Multi_File_Video_Recording.pdf
  21. SDHC-карты Delkin Elite 633 со скоростью записи 80 Мбайт/с
  22. SD Bus Speed
  23. JEDEC MMC 4.4 Standard Pg.7 2008
  24. Transcend v4.0 Card Does not support 1.8V 2009

Ссылки[править | править вики-текст]