Secure Digital

Z Wiki XperiaSite.pl
(Przekierowano z Karta SD)
Skocz do: nawigacja, szukaj

Secure Digital, w skrócie SD, to typ kart pamięci rozwijanych przez organizację SD Card Association do użytku w urządzeniach przenośnych.

Standard powstał w 1999 roku we współpracy SanDiska, Panasonica oraz Toshiby nad rozwojem kart MMC. Rok później firmy te utworzyły organizację SDA, aby zajmowała się dalszym rozwojem kart tego typu oraz udostępnianiem loga i innych znaków towarowych licencjonowanych przez SD-3C.

Karty SD są kartami drugiej generacji, powstałymi jako rozwinięta wersja kart MMC.

Odróżnimy je od MMC po:

  • kształcie - który nie pozwala na włożenie karty inaczej niż poprawnie (karty MMC można był włożyć odwrotnie, jednak nie dochodziło do kontaktu),
  • grubości - karty SD mają grubość 2,1 mm (MMC ma 1,4 mm), choć istnieją też karty Thin SD o grubości 1,4 mm, ale są one rzadkie,
  • budowie - styki znajdują się w niewielkich wgłębieniach, aby chronić je,
  • prędkości i pojemności - karty SD już od początku były szybsze i pojemniejsze,
  • bezpieczeństwie - karty SD posiadają obwody CPRM, wspierają technologię DRM oraz posiadają suwak ochrony przed zapisem.

Dane techniczne

SD.jpg
Porównanie wielkości karty SD (niebieski), miniSD (zielony) oraz microSD (czerwony).

Wielkość

Karty SD występują w 3 różnych wielkościach, przy czym nie znajdziemy kart SDXC w wersji mini, czy SDIO w wersji micro.

Standardowe

  • SD (SDSC), SDHC, SDXC, SDIO
  • 32×24×2,1 mm (1,26×0,945×0,083 cala)
  • 32×24×1,4 mm (1,26×0,945×0,055 cala) - Thin SD

Mini

  • miniSD, miniSDHC, miniSDIO
  • 21,5×20×1,4 mm (0,846×0,787×0,055 cala)

Micro

  • microSD, microSDHC, microSDXC
  • 15×11×1 mm (0,591×0,433×0,039 cala)

Tryby transferu

Karty mogą wykorzystywać kombinacje następujących magistrali i trybów transferu.

SDpin.png
Układ pinów w kartach MMC, SD, miniSD i micro SD.

Magistrala SPI

Podstawowy tryb zawarty w każdym mikrokontrolerze, wspiera jedynie interfejs 3,3 woltowy.

Pin MMC Pin SD Pin miniSD Pin microSD Nazwa I/O Logic Opis
1 1 1 2 nCs I PP SPI Card Select
2 2 2 3 DI I PP SPI Serial Data In
3 3 3   VSS S S Uziemienie
4 4 4 4 VDD S S Zasilanie
5 5 5 5 CLK I PP SPI Serial Clock
6 6 6 6 VSS S S Uziemienie
7 7 7 7 DO O PP SPI Serial Data Out
  8 8 8 NC
nIRQ
-
O
-
OD
Niewykorzystany (MMC/SD)
Przerywnik (SDIO)
  9 9 1 NC - - Niewykorzystany
    10   NC - - Rezerwowy
    11   NC - - Rezerwowy

Magistrala 1 bitowa SD

Zawiera oddzielne kanały dla komand i przesyłania danych.

Pin MMC Pin SD Pin miniSD Pin microSD Nazwa I/O Logic Opis
1 1 1 2 CD I/O - Wykrycie karty/trybu kontrolera
2 2 2 3 CMD I/O PP
oD
Komenda
Odpowiedź
3 3 3   VSS S S Uziemienie
4 4 4 4 VDD S S Zasilanie
5 5 5 5 CLK I PP Serial Clock
6 6 6 6 VSS S S Uziemienie
7 7 7 7 DAT0 I/O PP SD Serial Data 0
  8 8 8 NC
nIRQ
-
O
-
OD
Niewykorzystany (MMC/SD)
Przerywnik (SDIO)
  9 9 1 NC - - Niewykorzystany
    10   NC - - Rezerwowy
    11   NC - - Rezerwowy

Magistrala 4 bitowa SD

Wykorzystuje dodatkowe piny do szybszego przesyłania danych, stąd mamy 1 kanał dla komand i 4 dla danych. Wszystkie karty SD wspierają ten tryb, przy kartach UHS-I i UHS-II jest on wymagany.

Pin SD Pin miniSD Pin microSD Nazwa I/O Logic Opis
1 1 2 DAT3 I/O PP SD Serial Data 3
2 2 3 CMD I/O PP
oD
Komenda
Odpowiedź
3 3   VSS S S Uziemienie
4 4 4 VDD S S Zasilanie
5 5 5 CLK I PP Serial Clock
6 6 6 VSS S S Uziemienie
7 7 7 DAT0 I/O PP SD Serial Data 0
8 8 8 DAT1
nIRQ
I/O
O
PP
OD
SD Serial Data 1 (MMC/SD)
Przerywnik (SDIO)
9 9 1 DAT2 I/O PP SD Serial Data 2
  10   NC - - Rezerwowy
  11   NC - - Rezerwowy
UHSIIpin.png
Układ pinów w kartach SD i micro SD o standardzie UHS-II.

Tryb UHS-II

Wykorzystuje oddzielne interfejsy dla komand i przesyłania danych.

Układ pierwszych 11 pinów jest identyczny z magistralą 4 bitową SD (poza pinami 7 i 8).

Pin SD Pin microSD Nazwa I/O Logic Opis
7 7 RCLK+ I PP Reference Clock In
8 8 RCLK I PP Reference Clock Out
10 9 VSS S S Uziemienie
11 10 D0+ I/O PP Differential Data 0 In
12 11 D0 I/O PP Differential Data 0 Out
13 12 VSS S S Uziemienie
14 13 VDD S S Zasilanie
15 14 D1+ I/O PP Differential Data 1 In
16 15 D1 I/O PP Differential Data 1 Out
17 16 VSS S S Uziemienie

Podział

Na rodzinę kart SD składają się ich 4 rodzaje:

  • SDSC (Standrad-Capacity),
  • SDHC (High-Capacity),
  • SDXC (eXtended-Capacity),
  • SDIO.

SDSC

Karty SDSC występują o pojemności do 4 GB i są oryginalnie sformatowane do systemu plików FAT.

Większość urządzeń obsługujących SDSC nie obsługuje nowszych standardów.

SDHC

Karty o pojemności większej niż 4 GB (aż do 32 GB) pojawiły się w 2006 roku wraz ze standardem SD 2.0. Wraz z tym standardem doszło do zwiększenia prędkości kart do 25 MB/s.

Ze względu na pojemność podstawowym systemem plików kart SDHC jest FAT32.

SDXC

Karty tego typu pojawiły się wraz ze standardem 3.01 w 2009 roku. Standard ten pozwolił też na uzyskanie prędkości od 50 do 104 MB/s przy wykorzystaniu magistrali UHS-I.

2 lata później standard 4.0 pozwolił już na uzyskanie od 156 do 312 MB/s, korzystają z magistrali UHS-II. Wymaga to jednak dodatkowego rzędu pinów.

Na początku 2016 roku pojawił się standard 5.0, który pozwala na uzyskanie prędkości do 90 MB/s i wprowadził klasy zwane "Video Speed Class".

Karty tego typu mogą osiągnąć pojemności do 2 TB i wykorzystują system plików exFAT.

SDIO

SDIO to połączenie skrótów SD (karta pamięci) oraz IO (input/output) pozwalające na komunikację między urządzeniem hosta i innym (modułem). Z tego powodu karty tego typu służą nie tylko jako pamięć, ale też "przewód" łączący urządzenie hosta (np. PDA) z modułem, np.:

  • odbiornik GPS,
  • modem,
  • skaner kodów,
  • tuner FM,
  • tuner TV,
  • czytnik RFID,
  • kamera cyfrowa,
  • karta WiFi,
  • karta Bluetooth,
  • karta IrDA.

Choć karty SDIO i SD są mechanicznie i elektrycznie identyczne, a urządzenia wspierające karty tupu SDIO obsłużą karty SD, to jednak odwrotnie zazwyczaj karty nie będą widziane, a w najlepszym wypadku stracimy obsługę IO (przykładowo kamera HO SDIO nie zadziała jeśli host nie obsługuje kart SDIO).

Magistrala UHS

UHS, czyli Ultra High Speed to magistrale wykorzystywane przez karty SDHC i SDXC. W chwili obecnej wyróżniamy 3 typy tych magistral:

UHS-I

Opisana w standardzie SD 3.01 wspiera częstotliwości do 100 MHz (SDR50), dzięki czemu 4 bitowy transfer pozwala osiągnąć do 50 MB/s, oraz 208 MHz (SDR104), dające transfer do 104 MB/s.

Lexar_UHS_II.jpg
Karta Lexar 1000x UHS-II U3 o dwóch rzędach pinów.

UHS-II

Magistrala standardu 4.0 powala na zwiększenie przepustowości poprzez dodanie drugiego rzędu pinów. Dzięki temu można uzyskać prędkości nawet 312 MB/s. Całkowita liczba pinów wynosi wtedy 17 w wersji pełnej (przy 9 w kartach UHS-I i wolniejszych) oraz 16 w wersji micro (8).

UHS-III

Pojawiła się wraz ze standardem 6.0 w lutym 2017 roku pozwalając na osiągnięcie prędkości od 312 (FD312) do 624 MB/s (FD624). Także korzysta ze zwiększonej liczby pinów, co pozwoliło na zachowanie kompatybilności z UHS-II.

Prędkości

Prędkości kart SD są zazwwczaj liczone ze względu na ich sekwencyjne prędkości zapisu i odczytu. Ważne jest to jedynie dla plików o większych rozmiarach (równych lub większych blokowi pamięci).

Początkowo oznaczano je podobnie jak stacje płyt, czyli korzystając z mnożnika i zapisując to jako "x" wartości. Obecnie możemy znaleźć 3 różne sposoby oznaczania tych prędkości:

Magistrala

Magistrala Logo karty Logo magistrali Prędkości Specyfikacja SD
Podstawowa SD, SDHC, SDXC - 12,5 MB/s 1.01
High Speed 25 MB/s 2.00
UHS-I SDHC, SDXC I 12,5 MB/s (SDR12)
25 MB/s (SDR25)
50 MB/s (SDR50, DDR50)
104 MB/s (SDR104)
3.01
UHS-II II 156 MB/s (FD156)
312 MB/s (HD312)
4.00/4.10
UHS-III III 312 MB/s (FD312)
624 MB/s (HD624)
6.0

Klasa

Klasy odnoszą się nazwami do prędkości jakie powinna utrzymywać karta, aby je uzyskać. Klasa V odnosi się do kart powstałych, aby dorównać nowoczesnym pamięciom NAND.

Minimalna sekwencyjna prędkość zapisu Klasa prędkości Klasa prędkości UHS Video Speed Class Wykorzystanie
2 MB/s Class 2 (C2) - - Nagrywanie wideo o rozdzielczości SD (VGA)
4 MB/s Class 4 (C4) - - Nagrywanie wideo o rozdzielczości HD oraz FullHD (720p oraz 1080p/1080i)
6 MB/s Class 6 (C6) - Class 6 (V6)
10 MB/s Class 10 (C10) Class 1 (U1) Class 10 (V10) Ciągłe nagrania Full HD (1080p) obrazów stałych (C10) lub ruchomych wraz z ich emitowaniem (U1, U2 i V10)
20 MB/s - Class 2 (U2) -
30 MB/s - Class 3 (U3) Class 30 (V30) Nagrywanie wideo o rozdzielczości FullHD (1080p) oraz 4K przy 60/120 klatkach na sekundę
60 MB/s - - Class 60 (V60) Nagrywanie w rozdzielczości 8K przy 60/120 klatkach na sekundę
90 MB/s - - Class 90 (V90)

Wydajność

Porównanie tego typu pojawiło się wraz ze standardami 5.1 oraz 6.0 i określa minimalną liczbę działań wejścia oraz wyjścia, jakie karta musi przeprowadzić w ciągu sekundy.

Klasa wydajnościowa Minimalna stała prędkość sekwencyjna Minimalny losowy odczyt Minimalny losowy zapis
Class 1 (A1) 10 MB/s 1500 IOPS 500 IOPS
Class 2 (A2) 4000 IOPS 2000 IOPS

Porównując - dyski HDD osiągają od 15-50 IOPS (5400 rpm, SATA 3) do 175-210 IOPS (15000 rpm, SAS), a dyski SSD od 3000 (np. Intel X25-E, Sata 3) do 10mln (EB Storage, PCIe lub EMC DSSD D5, światłowód).

Mnożnik

Mnożnik "x" pozwala na porównanie prędkości kart do prędkości płyt CD/DVD/BD. Pierwsze karty (SDSC) osiągały prędkość zbliżoną do 6x.

Sposób oznaczania prędkości poprzez mnożnik został porzucony po wprowadzeniu klas, jednak wrócił wraz z kartami SDXC UHS-I, gdzie wykorzystywany jest w ich nazewnictwie i zazwyczaj określa maksymalną prędkość odczytu.

Przyjęto, że 1x to prędkość około 1,23 Mb/s.

Mnożnik Przybliżona prędkość Porównywalna klasa
16x 2,34 MB/s C2 (13x)
32x 4,69 MB/s C4 (27x)
48x 7,03 MB/s C6 (40x)
100x 14,6 MB/s C10 (67x)

Bezpieczeństwo

Karty SD można zablokować, aby pozwalały jedynie na odczyt danych na nich się znajdujących.

Suwak

Najprostsze zabezpieczenie przed zapisem na karcie. Przesunięcie suwaka do pozycji Lock całkowicie blokuje możliwość zapisu na kartę.

Istnieją czytniki nie wspierające opcji blokowania zapisu w ten sposób. Istnieją też karty sprzedawane z zablokowanym zapisem oraz bez suwaka.

Hasło

W ukrytej części pamięci karty SD znajduje się wolne 16 bitów pamięci na hasło blokujące dostęp do karty SD - czy to blokada zapisu, czy wykorzystania w innym urządzeniu. W pierwszym wypadku brak znajomości hasła blokuje dostęp do danych zawartych na karcie, a jedyny sposób na odblokowanie to format pamięci i utrata danych. Drugi sposób wykorzystywany był m.in. w niektórych urządzeniach z systemem Windows Phone (np Dell Venue Pro). Karty tego typu były blokowane do wykorzystania jedynie w wybranym urządzeniu i nie było możliwości ich sformatowania w innych telefonach, czy komputerach. Niektóre urządzenia z systemem Symbian (np. Nokia N8) posiadały możliwość przeprowadzenia operacji formatowania low-level i doprowadzenie tego typu kart do działania z innymi urządzeniami.

SanDisk_USB.jpg OCZ_USB.jpg
SanDisk SD Plus OCZ Technology Duo SD
Karty z wbudowanymi portami USB.

smartSD

Specjalny wariant kart microSD, który pozwala jedynie na wykonywanie zapisanych w nich komend.

Wersje z NFC wykorzystuje się jako karty dostępu lub płatnicze.

Dodatki producenckie

Niektórzy producenci wprowadzili karty ze specjalnymi możliwościami:

  • WiFi - pozwala na łączność w tej technologii (wykorzystując klucze WEP, WPA-PSK oraz WPA2-PSK). Karty tego typu przeznaczone były głównie do aparatów i występują tylko w wersji SD.
    Karty tego typu wydali m.in. SanDisk (Eye-Fi), Transcend (Wi-Fi), Toshiba (FlashAir), czy PQI (Air Card).
ADATA_SDinfo.jpg
ADATA Super Info SD z ekranem.
  • GPS - pozwala na samodzielne, bez udziału oprogramowania w urządzeniu, geotagowanie wykonanych zdjęć i nagrań.
  • Z preinstalowanymi danymi - w 2006 roku SanDisk wprowadził karty o nazwie Gruvi. Karty tego typu miały być następcami płyt CD/DVD w przenoszeniu preinstalowanych danych DRM (oprogramowania, muzyki, czy filmów).
  • Z portem USB - karty tego typu nie potrzebują czytnika USB do podpięcia portu USB. Ze względu na wielkość portu USB, karty tego typu występują tylko jako SD.
    Karty tego typu wydali m.in. SanDisk (SD Plus), OCZ (Duo SD), czy ADATA (3 Way).
  • Z ekranem - w 2006 tego typu kartę ukazała firma ADATA. Karty z serii Super Info SD posiadały ekranik wyświetlający liczbę pozostałego wolnego miejsca pod postacią wartości w MB.

Kompatybilność

Urządzenia wspierające nowsze standardy są zawsze kompatybilne z nowszymi standardami. Nie obejmuje to hostów kart typu SDIO.

Zazwyczaj starsze urządzenia nie wspierają nowszych standardów, nawet jeśli wspierają ich magistralę. Powodem tego mogą być:

  • karta oferuje większą pojemność niż urządzenie może obsłużyć,
  • karta obsługuje system plików nie wspierany przez urządzenie,
  • karty SDIO wymagają wsparcia przez hosta,
  • wraz z standardem 2.0 nastąpiła zmiana magistrali,
  • UHS-II ma więcej pinów, jednak jest kompatybilny ze starszymi standardami.
  Karta SDSC Karta SDHC Karta SDHC UHS Karta SDXC Karta SDXC UHS Karta SDIO
Slot SDSC Tak Nie Nie Nie Nie Jako SD
Slot SDHC Tak Tak Tak Różnie Różnie Jako SD
Slot SDHC UHS Tak Tak Tak Różnie Różnie Jako SD
Slot SDXC Tak Tak Tak Tak Tak Jako SD
Slot SDXC UHS Tak Tak Tak Tak Tak Jako SD
Slot SDIO Różnie Różnie Różnie Różnie Różnie Tak