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Architektur von Speicherkarten

Speicherkarten sind elektrotechnische Bauelemente, die in Allgemeinen auf dem Prinzip des MOSFET, des Metall-Oxid-Feldeffekttransistors, aufbauen. Durch spezielle Ladungszustände ist es nun möglich eine Informationseinheit auf einem so genannten Gate zu speichern, indem dies eine bestimmte Ladung zugewiesen bekommt. Durch weitere physikalische Prozesse ist es nun möglich, diese Landung wieder aufzuheben. Jeder einzelne Transistor kann genau eine Informationseinheit aufnehmen und diese entspricht wiederum einem Bit. Wenn man nun große Datenmengen abspeichern möchte ist es notwendig, Millionen oder Milliarden dieser Transistoren zu einem System zusammenzuführen. Bei den Flash-Speichern unterscheidet man dabei zwei Möglichkeiten die Speicherzellen anzuordnen. Zum einen gibt es die NAND-Architektur, bei der die Speicherzellen zu Gruppen zusammengefasst und anschließend in eine Reihe geschaltet werden. Der Lese- und Schreibzugriff erfolgt hier immer im Block, beispielsweise wie bei den handelsüblichen Festplatten. Der Vorteil dieser Methode liegt darin, dass weniger Datenleitungen benötigt werden und man damit viel Platz sparen kann. Wenn man nun viel Speichervolumen auf wenig Platz unterbringen möchte, würde man auf diese Technologie zurückgreifen. Der Nachteil bei dieser Architektur besteht in der hohen Zugriffszeit auf einzelne Daten. Die zweite Möglichkeit die Speicherzellen anzuordnen ist die NOR-Architektur. Hier werden die Transistorgruppen parallel geschaltet und benötigen deshalb deutlich mehr Platz. Nun kann man jedoch auf einzelne Gruppen direkt zugreifen und die Zugriffszeiten reduzieren sich signifikant. Der NAND-Flash hat zudem noch einen weiteren Vorteil, er hat eine deutlich längere Lebensdauer.

Der grundlegende Aufbau der Speicherzellen alleine macht noch keine Speicherkarte aus, andere Komponenten sind ebenfalls am Gesamtsystem beteiligt. Eines dieser Elemente ist der Controller. Der Controller ist die Steuereinheit einer Speicherkarte und ist dafür zuständig, die Ein- und Ausgänge des Mediums zu verwalten. Die Qualität des Controllers entscheidet über die Transferraten, mit denen die Daten in dem Speicher abgelegt werden können. Ein qualitativ höherwertiger Speicher verfügt über einen größeren Datendurchsatz pro Zeiteinheit, während dieses Leistungsmerkmal bei manchen Controllern deutlich schlechtere Werte ergibt. Speicherkarten von namhaften Anbietern liefern oft bessere Ergebnisse als ähnliche Produkte aus einer unbekannten Produktion. Die verschiedenen Speicherkartentechnologien nutzen natürlich auch verschiedene Architekturen im Bereich der Controller. In einigen Fällen wird der Controller direkt auf dem Speichermedium integriert, während bei anderen Bauarten der Controller extern untergebracht ist. Ist die Steuereinheit direkt auf der Karte integriert, dann ist der Benutzer weitgehend unabhängig von den Vorgaben des mobilen Endgerätes. Befindet sich dieses Bauelement im Gerät selbst, kann es sein, dass der Anwender von gewissen Prämissen abhängig ist. Nutzt man zum Beispiel in einem älteren Gerät eine neuere Speicherkarte, dann ist es möglich, dass nicht die gesamte Speicherkapazität zur Verfügung steht. Die Hersteller der Geräte bieten in diesem Fall meist neue Firmware an, die diesen Nachteil beseitigt. Einen integrierten Controller haben Compact Flash, MMC und SD-Karten. Die SD-Karten arbeiten immer mit externen Controllern.

Die Datentransferraten sind demnach abhängig von der eingesetzten Technologie und deren qualitativen Umsetzung. Sie wird als ein Faktor angegeben, der auf der Lesegeschwindigkeit eines Single-Speed-1x-CD-ROM Laufwerks beruht. Je nach Karte kann diese zwischen vier Megabyte und 133 Megabyte liegen. Die maximale Kapazität dieser Speichermedien kann theoretisch zwischen 128 Megabyte und 128 Gigabyte betragen.

Neuere Bemühungen, die vor allem von den großen Herstellern vorangetrieben werden, versuchen ein einheitliches Format zu entwickeln, um mit der Unübersichtlichkeit Schluss zu machen. Nokia, Micron Technology, Samsung, Sony Ericsson, Spansion, STMicroelectronics und Texas Instruments setzten sich für ein einheitliches Format mit Namen Universal Flash Storage (kurz UFS) ein. Ein weiteres Ziel dieses Projekts ist eine schnellere Datentransferrate. Die derzeitige Planung geht davon aus, dass die ersten Produkte mit dieser Technologie im Jahr 2009 erscheinen sollen.

Nicht nur die Flash-Technologie mit den elektrotechnischen Bauelementen hat sich am Markt etablieren können, auch andere Formate haben ihren Platz gefunden. Besonders hervorzuheben ist in diesem Zusammenhang die Microdrive-Architektur, die von IBM entwickelt wurde. Diese Speicherkarten basieren auf der Technologie unserer handelsüblichen Festplatten und damit auf einem mechanischen System.

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