Wie sichere digitale Speicherkarten funktionieren

Viele Laptops und mobile Geräte, die Sie heute kaufen können, verfügen über integrierte Steckplätze für Secure Digital-Speicherkarten, die normalerweise nur als SD-Karten bezeichnet werden. Eine SD-Karte ist ein Speichergerät mit vielen nützlichen Funktionen, je nachdem, wie und wo es verwendet wird. Hier sind einige gängige Möglichkeiten, wie Sie SD-Karten möglicherweise bereits verwenden:

SD-Karten entsprechen den Standards, die von der Secure Digital Association entwickelt und gepflegt werden. Panasonic, SanDisk und Toshiba gründeten im Januar 2000 die SD Association mit dem Ziel, Standards für Flash-Speicher zu entwickeln und zu fördern . Die Technologie von SanDisk, bereits ein weltweit führender Anbieter von Flash-Speicherprodukten, wurde zur Vorlage für die neuen Standards.

Die SD Association mit Hauptsitz in San Ramon, Kalifornien, stellt selbst keine Produkte her oder vermarktet sie. Derzeit tragen jedoch mehr als 1.000 Verbandsmitglieder, hauptsächlich große Elektronikhersteller weltweit, zur laufenden Verbesserung der SD-Standards bei. Diese Standards umfassen die SD-Karten selbst sowie die zum Lesen und Schreiben verwendete Hardware und Gerätetreiber.

Möglicherweise haben Sie andere Wörter wie Speicherkarten oder Flash-Speicher verwendet, um SD-Karten in Gesprächen zu beschreiben. Das Wort Speicher könnte jedoch für manche Menschen irreführend sein, da es auch verwendet wird, um über Random Access Memory ( RAM ) zu sprechen, das in der Computertechnik einem ganz anderen Zweck dient. Das Wort Flash beschreibt die Art und Weise, wie die Daten auf dem Festkörpermaterial innerhalb der SD-Karte gespeichert werden, worüber Sie in How Flash Memory Works lesen können . Wir verwenden hier den Begriff SD-Karte, da wir von einem Flash-Speichergerät sprechen, das dem SD-Standard entspricht und das Warenzeichen der SD Association trägt.

In diesem Artikel werden wir näher auf die verschiedenen Formfaktoren, Kapazitäten und Geschwindigkeiten von SD eingehen und einen Blick auf die Funktionen, Vorteile und Herausforderungen von Secure Digital-Karten werfen. Beginnen wir mit den heute erhältlichen Arten von SD-Karten.

1. Arten von SD-Karten
2. Geschwindigkeitsklasse und UHC-Geschwindigkeitsklasse
3. Die Sicherheit im sicheren Digitalen
4. Auf der SD-Karte
5. Herausforderungen bei der Verwendung von SD-Hardware
6. Die Zukunft für sichere digitale Karten

Auf den ersten Blick ist eine SD-Karte ein kleines, flaches, rechteckiges Objekt mit einer Kerbe an einer Kante und Kupferleitungen, Pins genannt, die auf einer Seite an einer anderen Kante eingebettet sind. Aber es gibt ein paar verschiedene Formfaktoren. Hier sind die physikalischen Größen, die Sie für SD-Karten sehen:

Es ist nicht nur die physische Beschaffenheit der Karte, die standardisiert ist. SD-Karten gibt es auch in unterschiedlichen Kapazitäten. Dies sind die Kapazitätsformate für SD-Karten, die in der Reihenfolge vom ältesten zum neuesten aufgelistet sind:

Das sind drei Kapazitätsformate, jeweils in zwei oder drei Größen. Zum Lesen und Schreiben von Daten auf die Karte benötigen Sie Kartenleser-Hardware, die sowohl den Größenfaktor als auch die angegebene Kapazitätsklasse verarbeiten kann. Wenn Sie eine Karte im Mini- oder Mikroformat verwenden, aber über ein großes Lesegerät verfügen, können Sie die kleinere Karte in einen speziellen Adapter in Form der größeren Karte einführen. Einige Hersteller von SD-Karten verkaufen sogar microSDHC-Karten zusammen mit Adaptern in SDHC-Größe, um den Austausch der Karten zwischen Geräten zu erleichtern.

Hier muss man vorsichtig sein. Wenn Sie beispielsweise eine ältere Digitalkamera haben , die Karten im SD-Format akzeptiert, funktioniert eine SDHC-Karte möglicherweise nicht, selbst wenn sie in die Kamera passt. Überprüfen Sie Ihre Hardwarespezifikation, um herauszufinden, welche Kapazitätsformate Ihr Gerät unterstützt. Suchen Sie dann nach Karten mit den SD-Logos, die der von Ihnen benötigten Kombination aus Kapazität und Größe entsprechen. Sie können alle diese Logos auf der Website der SD Association hier sehen .

Zusätzlich zu diesen SD-Kartentypen gibt es eine weitere Klassifizierung, die Sie beim Kauf einer SD-Karte wissen sollten: ihre Geschwindigkeit. Sehen wir uns als Nächstes an, welche Aktivitäten höhere SD-Kartengeschwindigkeiten erfordern und wie die SD Association Karten nach Geschwindigkeit klassifiziert.

Eine weitere Messung, die Sie auf einer SD-Karte sehen, ist ihre Geschwindigkeit. Geschwindigkeit ist nicht sehr wichtig, wenn Sie nur Dateien speichern oder Standbilder aufnehmen. Geschwindigkeit ist jedoch sehr wichtig, wenn es um die Aufnahme und Wiedergabe von Videos geht, insbesondere in High Definition (HD). Wenn Sie eine SD-Karte mit höherer Geschwindigkeit haben, können Sie Videos in besserer Qualität mit flüssigerer Wiedergabe aufnehmen.

Die SD Association hat zwei Geschwindigkeitsstandards: Speed ​​Class und Ultra High Speed ​​(UHS) Speed ​​Class. Diese beiden Standards sind nicht kompatibel, stellen Sie also sicher, dass Sie den für Ihr Aufnahmegerät geeigneten Standard verwenden. Schauen wir uns die einzelnen Klassen genauer an und wie Sie feststellen können, zu welchen Geschwindigkeiten eine SD-Karte in der Lage ist.

Die Geschwindigkeitsklasse gilt für alle SD-Karten. Sie sehen die Geschwindigkeitsklasse für eine SD-Karte neben dem SD-Logo als Zahl in einem kreisförmigen "C". Im Folgenden sind die von der SD Association und den Karten definierten Geschwindigkeitsklassen sowie die normalerweise mit diesen Klassen verbundenen Videoaufzeichnungs- und -wiedergabequalitäten aufgeführt:

Die Geschwindigkeitsklasse Ultra High Speed ​​(UHS) ist in SD-Karten verfügbar, die über die UHS-I-Bus-Schnittstelle verfügen. Das bedeutet, dass die SD-Karte über eine Schaltung verfügt, die darauf ausgelegt ist, den Speicher mit Geschwindigkeiten von bis zu 312 MB pro Sekunde zu lesen und zu beschreiben. Eine UHS-SD-Kartenverpackung kann die Geschwindigkeitsklasse plus eine zusätzliche Klasse enthalten, die als Zahl in einer „U“-Form geschrieben ist. Auf der Karte selbst ist die UHS-Geschwindigkeitsklasse jedoch durch die römische Zahl „I“ rechts neben dem SD-Logo gekennzeichnet.

Nachdem Sie sich nun mit den Geschwindigkeiten und Kapazitäten von SD-Karten vertraut gemacht haben, sehen wir uns an, was Secure Digital-Karten „sicher“ macht.

Was macht eine Secure Digital-Speicherkarte sicher? Alle SD-Karten haben Urheberrechtsschutz für SD-Standarddatentypen. Dies ermöglicht kommerziellen Distributoren, Musik oder andere Medien auf das Gerät zu bringen, so dass es vor illegalem Kopieren geschützt ist. Die Technologie hinter dieser SD-Kartenfunktion heißt Content Protection for Recordable Media (CPRM).

CPRM wurde von der 4C Entity, LCC, entwickelt, der Organisation, die Urheberrechtsschutzlizenzen für die IBM-, Intel- und SD-Mitbegründer Panasonic und Toshiba verwaltet. 4C Entity hat auch die verwandte Technologie Content Protection for Pre-recorded Media (CPPM) entwickelt, die sich auf das DVD-Audio-Format für Musik bezieht. CPRM und CPPM werden im Allgemeinen mit Flash- und DVD-Medienformaten in Verbindung gebracht.

CPRM wird nicht automatisch angewendet, nur weil Sie eine SD-Karte verwenden. Damit Daten mit CPRM geschützt werden können, muss das Gerät, das die Daten schreibt, zunächst einen Media Identifier und Media Key Block (MKB) auf der SD-Karte erstellen. Die Medienkennung und MKB werden auf einen physischen Teil der SD-Karte geschrieben, der als geschützter Bereich bezeichnet wird. Auf die im geschützten Bereich gespeicherten Daten kann über das Dateisystem der SD-Karte nicht zugegriffen werden, aber jedes CPRM-fähige Gerät, das die SD-Karte liest, kann sie für Inhaltsschutzvorgänge verwenden.

Um Daten mit CPRM zu schützen, verwendet ein Gerät die Medienkennung und MKB, um die Daten zu codieren, während sie auf die SD-Karte geschrieben werden. Um die Daten zu lesen, greift ein CPRM-fähiges Gerät auf die Medienkennung und MKB zu und verwendet sie, um die Daten zu entschlüsseln, während sie von der SD-Karte gelesen werden. Selbst wenn Sie die CPRM-geschützten Dateien aus dem Dateisystem der SD-Karte kopieren, können Sie sie daher nicht außerhalb dieser SD-Karte lesen.

Neben dem CPRM gibt es bei den 32 x 24 Millimeter großen SD-Karten (SD, SDHC und SHXC) noch ein weiteres Sicherheitsfeature: eine Schreibschutzsperre. Das Schloss ist ein kleiner Schieber an einer Seite der SD-Karte. In der entsperrten Position können Sie die SD-Karte wie bei einem USB -Laufwerk oder einem anderen Lese-/Schreib-Speichergerät lesen und beschreiben. In der gesperrten Position lässt die SD-Karte keine Änderungen an ihrem Dateisystem zu, was sie zu einem schreibgeschützten Gerät macht. Sie können diese Funktion verwenden, wenn Sie befürchten, versehentlich Daten von einer Kamera zu überschreiben, z. B. beim Lesen der SD-Karte auf Ihrem Laptop oder Desktop-Computer.

Bisher haben wir uns auf die Kapazität, Geschwindigkeit und Sicherheit von SD-Karten konzentriert. Auf der nächsten Seite nehmen wir die Plastikabdeckung ab und werfen einen Blick auf die Technik im Inneren.

Eine SD-Karte ist ein Solid-State-Gerät. Das bedeutet, dass es keine beweglichen Teile hat, um zu funktionieren. Dies ist eine große Verbesserung gegenüber älteren tragbaren Speichergeräten. Disketten zum Beispiel hatten dünne Scheiben im Inneren, die sich mit hoher Geschwindigkeit drehten und einem Datenverlust ausgesetzt waren, wenn sie in die Nähe von Magnetfeldern gebracht wurden. CDs und DVDs sind größer und weniger langlebig, und ihre Speicherkapazität lässt schnell nach, wenn sie häufig neu beschrieben werden. Die Komponenten einer SD-Karte sind Teil ihrer Schaltung, und ihre Verpackung ist im Vergleich zu diesen Vorgängern klein und langlebig.

Apropos langlebig, für das Bild auf dieser Seite haben wir eine SD-Karte aufgebrochen. Es war nicht einfach, was ein Beweis für die erwähnte Haltbarkeit ist. Die Mini- und Mikrogrößen sind jedoch empfindlicher, und Sie möchten eine SD-Karte immer noch nicht dort aufbewahren, wo sie sich möglicherweise verbiegen, absplittern oder brechen könnte.

Auf der SD-Karte befindet sich eine Schaltung, die einen Flash-Speicher enthält. In unserem Artikel How Flash Memory Works behandeln wir, wie diese Schaltung den Stromfluss beim Schreiben oder Löschen von Daten auf dem Flash-Speicherchip steuert. Obwohl jede SD-Karte den Standards für Formfaktor, Kapazität, Geschwindigkeit und gemeinsame Eingabe-/Ausgabeschnittstelle entspricht, verfolgen verschiedene Hersteller von SD-Karten unterschiedliche Ansätze bei der Gestaltung des Flash-Speichers und der darin enthaltenen unterstützenden Komponenten.

In Übereinstimmung mit den Standards ist jede SD-Karte mit einem File Allocation Table (FAT)-Dateisystem formatiert, das mit nahezu jedem Betriebssystem kompatibel ist, das möglicherweise auf die Dateien in diesem System zugreifen möchte. Gelegentlich müssen Sie eine SD-Karte möglicherweise neu formatieren, entweder um die Daten für eine gründliche Löschung aller Daten "zu löschen" oder um das Dateisystem nach einer Beschädigung wiederherzustellen, die beim Entfernen der Karte während kritischer Lese-/Schreibvorgänge auftreten kann . Wenn Sie neu formatieren müssen, empfiehlt die SD Association die Verwendung ihrer SD Formatter-Software, die hier erhältlich ist . Ein Grund dafür ist, dass Datenträgerformatierer von Drittanbietern den geschützten Bereich, der in den CPRM-Funktionen der SD-Karte verwendet wird, möglicherweise nicht berücksichtigen.

Bisher haben wir die Hardware der SD-Karte und die technische Seite ihrer Funktionsweise untersucht. Lassen Sie uns als Nächstes einige der Herausforderungen entdecken, die bei der Verwendung von SD-Karten und Kartenlesern auftreten.

SD-Karten haben viel zu bieten. Sie sind klein, langlebig und können in jedem von Tausenden von Geräten verwendet werden. Sie haben jedoch einige Herausforderungen und Nachteile.

Ein Nachteil betrifft die bekannten Beschränkungen der Flash-Speichertechnologie. Laut Toshiba, dem Erfinder der Technologie, können die Speicherzellen in der Solid-State-SD-Karte nur etwa 10.000 Schreib-/Löschzyklen durchlaufen, bevor die Hardware ihre Daten nicht mehr speichern oder aktualisieren kann. Obwohl dies eine nachgewiesene Einschränkung ist, kann es für Sie selten ein großes Problem darstellen, da es dem vollständigen Schreiben und Löschen des gesamten Karteninhalts einmal täglich entspricht, jeden Tag für 27 Jahre. [Quelle: Toshiba ]

Vielleicht wichtiger als die Lebensdauer der Daten sind die Herausforderungen bei der Handhabung der physischen Karten. Obwohl jede SD-Karte robust ist, kann sie aus einer Tasche fallen, in enge Ritzen rutschen, in einem Papierstapel verloren gehen oder irreparabel beschädigt werden, wenn man darauf tritt oder in eine Flüssigkeit getaucht wird. Das Ein- und Ausschieben der SD-Karte in einen Kartenleser kann ebenfalls schwierig sein, insbesondere bei Karten in Mini- und Mikrogröße. Wenn die SD-Karte aus dem Gerät herausragt, in dem Sie sie verwenden, seien Sie auch vorsichtig, wenn Sie das Gerät bewegen. Um diese Herausforderungen zu meistern, gehen Sie immer sorgfältig mit der Karte um, achten Sie darauf, wo sie sich befindet, während Sie sie verwenden, und schützen Sie sie zwischen den Verwendungen.

Eine weitere Herausforderung bei SD-Karten besteht darin, sicherzustellen, dass Sie den richtigen Typ für Ihr Gerät haben. Die Auswahl der benötigten Größe ist einfach; In der Regel können Sie sich nur einen SD-Kartensteckplatz ansehen und wissen, welche der drei Größen erforderlich ist. Sie müssen jedoch auch die Kapazität und Geschwindigkeit auswählen, die mit Ihrem Gerät kompatibel sind. Dies kann schwierig sein, wenn Sie sich in einem Geschäft eine Wand mit SD-Karten ansehen und versuchen, diejenige auszuwählen, die Ihnen das Beste für Ihr Geld bietet. Diese Herausforderung lässt sich am besten meistern, wenn Sie wissen, welche SD-Karten Ihr Gerät verarbeiten kann, sowohl die minimalen als auch die empfohlenen, und wie die SD-Logos für den von Ihnen benötigten Standard aussehen: SD, miniSD, microSD, SDHC, miniSDHC, microSDHC, SDXC und microSDXC.

Eine letzte Herausforderung bei SD-Karten ist etwas, dem Sie sich nicht entziehen können, egal welche Technologie Sie verwenden: die Tendenz, dass alte Standards obsolet werden und neuere sie ersetzen. Für eine SD-Karte selbst ist dies weniger problematisch, da neuere Kartenleser ältere Karten lesen können. Geräte, die SD-Karten verwenden, stellen die größere Herausforderung dar. Um ein älteres Gerät weiterhin verwenden zu können, müssen Sie Karten finden, die älteren Standards entsprechen. SD hat jedoch noch keine Standards zurückgezogen, also suchen Sie nach diesen älteren Standardkarten, die noch eine Weile verfügbar sind.

Wie sieht die Zukunft für die SD-Kartentechnologie aus, wenn so viel dafür spricht? Lassen Sie uns das auf der nächsten Seite untersuchen.

Angesichts des Booms der SD-Kartentechnologie in Tausenden von Geräten ist die Schlussfolgerung naheliegend, dass es SD-Karten noch viele Jahre geben wird. Die SD Association expandiert weiter auf SD-Karten und integriert neue Standards, da Hersteller Verbesserungen an der Flash-Speichertechnologie beitragen . Während ich dies schreibe, befand sich UHS-II in der Entwicklung, um noch schnellere Lese- und Schreibgeschwindigkeiten für SD-Karten zu standardisieren.

Bei so vielen Geräten, die SD-Kartenleser hinzufügen, haben die Hersteller gefragt: „Können Sie diesen Steckplatz für andere Dinge außer Flash-Speicher verwenden?“ Die Hardwareschnittstelle bietet sowohl Strom als auch Datenaustausch für SD-Karten, sodass die Annahme naheliegt, dass sie mehr als nur Daten lesen und schreiben könnte. Die SD Association hat diese Nachfrage erkannt und die SDIO-Kartenschnittstelle entwickelt. Durch Hinzufügen einer SDIO-Kartenschnittstelle zu einem Gerät können Hersteller das Gerät für die Verwendung in einem vorhandenen SD-Kartenleser anpassen.

Hier sind nur einige der Funktionalitäten, die vom SDIO-Kartenschnittstellenstandard abgedeckt werden:

Ein erstaunliches kleines Gerät, das SDIO nutzt, ist die Eye-Fi-Karte . Eye-Fi, Inc. wurde 2005 gegründet und verfügt über eine zum Patent angemeldete Technologie, die den SD-Kartensteckplatz in Ihrer Kamera in ein Portal zum direkten Hochladen von Fotos ins Internet verwandeln kann . Die Eye-Fi-Karte enthält ein Wi-Fi-Funkgerät und Software, die für die Verbindung mit einem Wi-Fi-Netzwerk entwickelt wurde, um dann über diese Verbindung Fotos auf Ihren Computer oder eine Foto-Sharing-Website wie Flickr oder Facebook hochzuladen . Eye-Fi-Karten kosten zwischen 49,99 $ und 99,99 $.

Kurz gesagt, die Zukunft für SD-Karten sieht dank der breiten Einführung von SD-Standards und der kontinuierlichen Verbesserungen und Erweiterungen dieser Standards rosig aus. Darüber hinaus scheinen die Kosten für SD-Karten im Laufe der Zeit angemessener zu werden, da die Markenkonkurrenz die Preise in Schach hält. Weitere Informationen zu Secure Digital-Speicherkarten finden Sie auf der nächsten Seite.

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