Secure_Digital

**Secure Digital**，縮寫為 **SD**，全名為 **Secure Digital Memory Card**，中文翻譯為**安全數位卡**，為一種記憶卡，被廣泛地於攜帶型裝置上使用，例如數位相機、個人數位助理和多媒體播放器等。SD 卡的技術是建基於 MultiMedia 卡格式上。SD 卡有比較高的資料傳送速度，而且不斷更新標準。大部份 SD 卡的側面設有防寫控制，以避免一些資料意外地寫入，而少部分的 SD 卡甚至支援數位版權管理的技術。SD 卡的大小為 32mm×24mm×2.1mm，但官方標準亦有記載「薄版」1.4mm 厚度，與 MMC 卡相同。 
中文界有時會把 SD 卡稱為**内存卡**、**記憶卡**，但此「内存卡」、「記憶卡」與「内存」、「記憶體」其實是兩個完全不同的概念。

## 概況

SD 卡應用於以下的手提數位裝置：

* 數位相機儲存相片及影片
* 數位攝錄機儲存相片及影片
* 個人數位助理儲存各類資料
* 手提電話儲存相片、鈴聲、音樂、影片等資料
* 多媒體播放器
* 掌上型遊戲機，如：任天堂 Switch、任天堂 Switch Lite、任天堂 2DS、任天堂 3DS、任天堂 DSi

在 2006 年，SD 卡容量有 8/16/32/64/128/256/512MB、1GB/2GB。超過 2GB 容量的卡稱為 **SDHC**（註：也有 4G 的普通 sd 卡），是 SD 的升級版本。新一代 SD 2.0（SDHC）、SD 3.0（SDXC）標準規範為 SD 卡的下一代標準，最大容量可高達 2TB。

SD/MMC 卡已經替代東芝開發的 SM 卡，成為了可攜式數位相機使用最廣泛的數字記憶卡格式。2001 年，SM 卡的市場占有率超過 50%，但到了 2005 年下降到了 40% 左右，並且還在快速滑落。在 2010 年，SD 卡的市占率已超過 90%，絕大部分的數位相機生產商都提供了 SD 卡的支援，包括佳能、尼康、柯達、松下及柯尼卡美能達等。之前仍然在堅持使用自己的專利格式的三大主要廠商：奧林巴斯、富士（xD 卡）、索尼（Memory Stick），也開始轉而使用 SD 卡（或提供雙卡支援）。

SD 卡是東芝在 MMC 卡技術中加入加密技術硬體而成，由於 MMC 卡可能會較易讓使用者複製數位音樂，東芝便加入這些技術希望令音樂業界安心。類似的技術包括索尼的 MagicGate，理論上加密技術可引入一些數位版權管理措施，但這功能甚少被應用。

使用者可以使用一個 USB 的讀卡機，在個人電腦上使用 SD 卡。某些電腦上已經內建了讀卡裝置。

最新的發展是 SD 內建了 USB 插口，省略了讀卡機。新帝的設計是使用一個可摺疊的護套來保護 USB 插口。儘管 Sandisk 並不是第一家內建 USB 功能的 SD 卡生產商，但由於其在業內的重要地位，這一動作帶動了其他廠商跟風。

「SD」商標實際上是用於另一個完全不同的用途：它最早是用在「超級密度光碟」上（Super-Density Optical Disk），這個由東芝開發的產品在 DVD 格式之爭中敗北。這就是為什麼那個 "D" 字看起來像一張光碟。

## "×" 速率

SD 卡提供不同的速度，它是按 CD-ROM 的 150 KB/s 為 1 倍速（記作「1x」）的速率計算方法來計算的。基本上，它們能夠比標準 CD-ROM 的傳輸速度快 6 倍（900KB/s），而高速的 SD 卡更能傳輸 66x（9900KB/s=9.66MB/s，標記為 10MB/s）以及 133x 或更高的速度。一些數位相機需要高速 SD 卡來更流暢地拍攝影片，以及使得相片連拍更為迅速。直至 2005 年 12 月，大部分裝置跟從 SD 卡的 1.01 規格，而更高速至 133x 的裝置亦跟從 1.1 規格。

2006 年 3 月發布的 SDHC 標準（SD 2.0），重新定義了 SD 卡的速度規格，分為三檔：Class 2、4、6，代表寫入速度分別為 2MB/s、4MB/s、6MB/s。隨著科技的進步，有廠商生產了更高速的 SDHC 卡。廠商一般會直接在這些 SD 卡上標註速度，例如 R90/W60 代表讀寫速度達到每秒 90MB 和 60MB。2010 年發佈了新的 SD 3.0，定義了 SDXC 和 UHS，並新增了 Class 10。

設有 SD 卡插槽的裝置能夠使用較薄身的 MMC 卡，但是標準的 SD 卡不能插入 MMC 卡插槽。插上轉接器後 SD 卡能夠用於 CF 卡和 PCMCIA 卡上，而 miniSD 卡和 microSD 卡亦能插上轉接器在 SD 卡插槽使用。一些 USB 連接器能夠插上 SD 卡；而且一些讀卡機亦能夠插上 SD 卡，並由許多連接埠如 USB、FireWire 等存取使用。

 

## 寫保護開關

SD 卡的右面通常有一個開關，即是防寫入保護開關。當開關撥下（位於下方）時，SD 卡便會受到覆寫保護，即 SD 卡內的檔案只能讀取，不能被覆蓋，也不能向 SD 卡寫入其他檔案。當寫入保護開關位於上方時，寫入保護便會被解除。由於這保護開關是選擇性的，所以一部分 SD 卡並沒有這個開關。

覆寫保護開關的原理與卡式錄音帶、VHS 錄影帶、電腦磁片上的覆寫保護類似。關閉狀態表示可覆寫，而開啟狀態表示被保護。

如果開關在位於下方時因某種原因損壞，那麼這張卡可能就會永遠被防寫（變成唯讀記憶體）。有一種方法可以解決這個問題：用膠帶將凹口封住，這樣的話這張卡便可恢復。

## 開放標準

與其它記憶卡格式一樣，SD 卡也有眾多的專利和註冊商標保護，授權只能由 SD 卡協會進行。SD 卡協會現在的授權協定並不允許開放原始碼的 SD 驅動程式，這種狀況產生了很多關於開放原始碼和自由軟體的爭論。通行的做法是開發一個開放原始碼的外殼，但核心是針對特定平台的封閉原始碼 SD 驅動程式，這種做法與期望的開放標準差異太大。另一種通行的做法是採用較老的 MMC 模式，因為根據 SD 卡標準，所有的 SD 卡都必須支援 MMC 模式。

這說明 SD 卡的開放度比 CF 卡或快閃記憶體低：這兩種格式幾乎免費，僅需要使用聯盟標誌和註冊商標的授權費。但 SD 卡的開放度還是比 xD 卡或 MS 高得多，這兩種格式根本不提供公開檔案支援。

### 技術說明

* 所有 SD 和 SDIO 卡都必須支援較老的 SPI/MMC 模式。這個模式支援慢速的四線序列介面（時鐘、序列輸入、序列輸出、晶片選擇），相容於序列終端介面（SPI）和許多微控制器。
* 2010 年之前的大部分數位相機、數位音訊播放器和其他可攜式裝置僅能使用 MMC 模式。有關這一模式的詳細文件可以從 MMCA 購買，價格是 500 美元。但是部分有關 SDIO 的文件是免費的。有些還可以從記憶卡廠商處獲得。
* MMC 模式不支援 SD 卡的加密特性。從免費的文件裏也找不到這些細節。但對於大多數消費者來講，這無關痛癢，因為使用者只需要可以儲存不受保護的資料。
* SD 卡共支援三種傳輸模式：SPI 模式（獨立序列輸入和序列輸出）、1 位 SD 模式（獨立指令和資料通道，獨有的傳輸格式）、4 位元 SD 模式（使用額外的針腳以及某些重新設定的針腳。支援四位寬的並列傳輸）。
* SD 低速卡的時脈為 0~400KHz，支援模式有 SPI 和 1 位元 SD 傳輸模式。SD 全速卡的時脈為 0~25MHz，支援模式有 SPI、1 位元 SD 傳輸模式和 4 位元 SD 傳輸模式。
* SD 卡的製造商、銷售商和主機配接器生產商需要繳納 SD/SDIO 授權費，每年 1000 美元外加會員費 1500 美元。但 SDIO 卡和 MMC 配接器生產商無需授權費。MMC 卡使用 7 針介面，SD 卡和 SDIO 卡採用了 9 針介面。

### 效能標示制度

效能標示制度是 SD 卡 5.1 標準後出現，用於日漸增多的使用者直接於記憶卡上執行 APP 應用程式的場景，例如平板電腦和手機可以設定將 APP 存於記憶卡的功能。

其使用隨機存取時的 IOPS 效能標準，（Input/Output Operations Per Second 每秒輸出入作業次數）一比較範例是：

* 一台 7,200 轉 SATA 機械硬碟機 IOPS 約是 100
* 英特爾 Intel X25-M G2 固態硬碟 IOPS 約是 8400

### 速度標示制度

UHS（Ultra High Speed）是與 SDXC 同時推出的 SD 卡匯流排標準。但此標準回溯適用於 SDHC 和 SDXC。

UHS-I 到 III 的匯流排標準其硬體針腳規格並不相同，但可以向下相容，然而例如要發揮 II 的全部速度必須使用 II 的讀取硬體才能發揮。

## SDIO 介紹

SD 插口的用途不止是插記憶卡。支援 SDIO 介面的 PDA，筆記型電腦等都可以連接像 GPS 接收器，Wi-Fi 或藍牙配接器，數據機，區域網路配接器，條碼讀取器，FM 無線電，電視接收器，射頻識別讀取器，或者數位相機等等採用 SD 標準介面的裝置。

另外一些裝置也宣布將支援，包括 RS-232 序列口配接器，指紋掃描器，SDIO 轉 USB 主／從配接器（可支援 SDIO 介面的手持裝置使用 USB 外設或連接至電腦），消磁讀取裝置，藍牙／Wi-Fi／GPS 無線電收發器，手機數據機（個人通訊服務（PCS），CDPD，GSM 等），和 APRS／TNC 配接器。

## 不同型號的 MMC/SD 卡

SD 卡不是安全數字卡聯盟批准的唯一一種記憶卡標準。其它批准的格式包括 miniSD、microSD（在聯盟未通過標準前稱為 TransFlash）和 SDHC。

這些更小的卡加上一個配接器也能用在全尺寸的 MMC/SD/SDIO 插槽上。

SD 插槽支援 MMC 卡，更小尺寸的 MMC 卡變種也能相容於支援 SD 卡的裝置。與 miniSD 和 microSD 不同的是，RS-MMC 插槽可以相容全尺寸的 MMC 卡。因為 RS-MMC 卡只是縮短了的 MMC 卡。相關資訊可參考多媒體卡（MMC）。

因應 SD 卡的標準容量上限只有 2GB，不足以應付日益上升的容量需求，聯盟制定了新的 SDHC 標準。SDHC 卡的外型跟普通的 SD 卡完全相同，而容量的下限為 4GB。

### 技術規格對比

_表格資料主要來源於 MMC 和 SDIO 技術規範簡易版本，其他資料來自 SD 卡和 MMC 聯盟網站。_

在 LBA 模式下，所有 SD/MMC 卡的最大儲存容量是 128GB。

幾乎全部的現有 MMC 記憶卡支援 SPI 模式。MMC 卡在電氣規範上與 SD 卡幾乎一致，只是尺寸上更薄，並有一個保險絲，阻止它在 SD 卡插槽上正常工作（所以它不用交 SD 卡的版稅）。

MMC 定義了 SPI 和 1 位位元 MMC/SD 協定。這一協定已存在多年，並成為眾多微控制器的標準特性。從社會學的角度看，另外是否有必要頒布一個新的 SD/MMC 協定值得商榷。開發一個互不相容，同時也是不必要的協定僅僅是幫助開發者收取授權費用和會員費，但卻提高了開發硬體和軟體的成本。新協定可支援多種卡在同一匯流排上工作，但這也引起了一些問題。SPI 協定要求每種卡採用三個共享通道外加一個獨立的晶片選擇，新的協定可支援最高 30 種卡連接到這三個共享通道上（不需晶片選擇），代價是異常複雜的卡初始化功能和每種卡必須有一個唯一序列號以支援隨插即用功能。這個功能其實很少用到，而且考慮到速率和電力消耗的原因，在新的標準（每種卡使用完全獨立的通道）下也不建議這樣做。

半公開的 1 位位元協定已經擴充到可支援 4 位元位元傳輸（SD 和 MMC）和 8 位元位元傳輸（僅 MMC）；標準的 SPI 模式可以簡單的通過提升時脈頻率來提高傳輸速率（例如 133MHz），達到 4 位元彼特 SD 傳輸協定的速度，但是限於 CPU 的因素，這很難實現。數字安全卡聯盟已經刪除了某些舊 1 位位元 MMC 協定的指令，並增加了部分有關著作權保護的新指令。

## DRM 特色

SD 卡內嵌的數位版權保護方案是按 4C 提出的可紀錄媒介內容保護標準（CPRM）所制定。其核心是使用了 Cryptomeria 密碼（也稱為 "C2"）。這一特性是保密的。DVD-Audio 光碟也採用了與 CPRM 非常相似的加密方案。

## 相關資料

* SDHC（SD High Capacity）
* SDXC（SD eXtended Capacity）
* RS-MMC 卡
* CF 卡
* 微型硬碟
* SM 卡
* xD 卡

## 參考文獻

## 外部連結

* Lexar 牌 USB 記憶卡
* 各種記憶卡
* Secure Digital 卡協會（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* MultiMedia Card 卡協會
* SD 卡 Physical Layer 標準，版本 1.01（pdf）
* 簡化版 SDIO 卡標準，版本 1（pdf）
* 了解 SD 卡速度（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* 簡化的 SDIO 卡規範，版本 1（pdf）
* dsPIC30F4013 至 SD 卡的介面
* SD 卡 Physical Layer 標準，版本 2.0