CompactFlash ( CF ) — это запоминающее устройство большой емкости с флэш-памятью , используемое в основном в портативных электронных устройствах. Формат был указан, и устройства были впервые произведены SanDisk в 1994 году. [3]
CompactFlash стал одним из самых успешных из первых форматов карт памяти, превзойдя Miniature Card и SmartMedia . Последующие форматы, такие как MMC / SD , различные форматы Memory Stick и xD-Picture Card, представляли собой жесткую конкуренцию. Большинство этих карт меньше, чем CompactFlash, но предлагают сопоставимую емкость и скорость. Собственные форматы карт памяти для использования в профессиональном аудио и видео, такие как P2 и SxS , быстрее, но физически больше и дороже.
Популярность CompactFlash падает по мере того, как на смену приходит CFexpress . По состоянию на 2022 год новейшие камеры высокого класса Canon [4] и Nikon [5] , например Canon EOS R5 , Canon EOS R3 и Nikon Z 9, будут использовать карты CFexpress для более высокой производительности, необходимой для записи видео 8K.
Традиционные карты CompactFlash используют интерфейс Parallel ATA , но в 2008 году был анонсирован вариант CompactFlash CFast. CFast (также известный как CompactFast) основан на интерфейсе Serial ATA .
В ноябре 2010 года SanDisk, Sony и Nikon представили Ассоциации CompactFlash формат карт следующего поколения. Новый формат имеет форм-фактор, аналогичный CF/CFast, но основан на интерфейсе PCI Express вместо Parallel ATA или Serial ATA. [6] [7] Благодаря потенциальной скорости чтения и записи 1 Гбит/с (125 МБ/с ) и емкости памяти более 2 ТиБ , новый формат предназначен для видеокамер высокой четкости и цифровых камер высокого разрешения, но новый карты не имеют обратной совместимости ни с CompactFlash, ни с CFast. Формат карт XQD был официально анонсирован Ассоциацией CompactFlash в декабре 2011 года. [8]
Существует два основных подразделения карт CF: тип I толщиной 3,3 мм и тип II толщиной 5 мм (CF2). Слот типа II используется миниатюрными жесткими дисками и некоторыми другими устройствами, такими как Hasselblad CFV Digital Back для серии камер среднего формата Hasselblad. Существует четыре основные скорости карты: исходная CF, высокая скорость CF (с использованием CF+/CF2.0), более быстрый стандарт CF 3.0 и более быстрый стандарт CF 4.0, принятый в 2007 году.
Изначально CompactFlash была построена на основе флэш -памяти Intel на базе NOR , но затем перешла на технологию NAND . [9] CF — один из старейших и наиболее успешных форматов, особенно хорошо занявший свою нишу на рынке профессиональных камер. Он выигрывал как за счет лучшего соотношения стоимости и объема памяти, так и за счет большей доступной емкости, чем другие форматы, на протяжении большей части существования формата.
Карты CF можно использовать непосредственно в слоте PC Card с помощью адаптера, использовать в качестве устройства хранения данных ATA (IDE) или PCMCIA с пассивным адаптером или устройством чтения или подключать к другим типам портов, таким как USB или FireWire . Поскольку некоторые новые типы карт меньше по размеру, их можно использовать непосредственно в слоте для карт CF с помощью адаптера. Форматы, которые можно использовать таким образом, включают SD / MMC , Memory Stick Duo, xD-Picture Card в слоте типа I и SmartMedia в слоте типа II по состоянию на 2005 год. Некоторые устройства чтения нескольких карт также используют CF для ввода-вывода. .
Первые карты CompactFlash имели емкость от 2 до 10 мегабайт. [10] Этот показатель увеличился до 64 МБ в 1996 году, 128 МБ в 1998 году, 256 МБ в 1999 году, 512 МБ в 2001 году и 1 ГБ в 2002 году. [11] [12]
Интерфейс CompactFlash представляет собой 50-контактную разновидность 68-контактного разъема PCMCIA [13] . «Его можно легко вставить в пассивный 68-контактный адаптер PCMCIA Type II — CF Type I, который полностью соответствует электрическим и механическим спецификациям интерфейса PCMCIA», — сообщает Compactflash.org. [14] Интерфейс работает, в зависимости от состояния вывода режима при включении питания, либо как 16-битная карта PC Card (ограничение адреса 0x7FF), либо как интерфейс IDE (PATA). [15]
В отличие от интерфейса PC Card, в интерфейсе CompactFlash не предусмотрены специальные напряжения программирования (Vpp1 и Vpp2). [16]
Режим CompactFlash IDE определяет интерфейс, который меньше, но электрически идентичен интерфейсу ATA . Устройство CF содержит контроллер ATA и отображается на хост-устройстве как жесткий диск . Устройства CF работают при напряжении 3,3 В или 5 В и могут переключаться из системы в систему. CompactFlash поддерживает CHS и 28-битную адресацию логических блоков (в CF 5.0 появилась поддержка LBA-48). CF-карты с флэш-памятью способны справляться с чрезвычайно быстрыми изменениями температуры. Промышленные версии карт флэш-памяти могут работать в диапазоне от −45 °C до +85 °C.
Флэш-память на основе NOR имеет меньшую плотность, чем более новые системы на базе NAND , и поэтому CompactFlash является физически самым большим из трех форматов карт памяти, представленных в начале 1990-х годов, поскольку он является производным от форматов карт памяти JEIDA/PCMCIA. Два других — Miniature Card (MiniCard) и SmartMedia (SSFDC). Однако позже CF все же перешел на память типа NAND. Формат IBM Microdrive , позже созданный Hitachi , реализует интерфейс CF Type II, но представляет собой жесткий диск (HDD), а не твердотельную память. Seagate также производила жесткие диски CF.
Скорость эмуляции CompactFlash IDE (ATA) обычно указывается в рейтингах «x», например 8x, 20x, 133x. Это та же система, которая используется для компакт-дисков, и она указывает максимальную скорость передачи в виде множителя, основанного на исходной скорости передачи данных аудио-CD, которая составляет 150 кБ/с.
где R = скорость передачи, K = номинальная скорость. Например, рейтинг 133x означает скорость передачи: 133 × 150 кБ/с = 19 950 кБ/с ≈ 20 МБ/с.
Это показатели скорости, указанные производителем. Фактическая скорость перевода может быть выше или ниже указанной на карте [17] в зависимости от нескольких факторов. Указанный рейтинг скорости почти всегда соответствует скорости чтения, тогда как скорость записи часто ниже.
Для чтения встроенный контроллер сначала включает микросхемы памяти из режима ожидания. Чтение обычно происходит параллельно, коррекция ошибок выполняется в данных, которые затем передаются через интерфейс по 16 бит за раз. Проверка ошибок требуется из-за программных ошибок чтения. Для записи требуется включение питания из режима ожидания, расчет выравнивания износа, блочное стирание области, в которую осуществляется запись, расчет ECC, сама запись (чтение отдельной ячейки памяти занимает около 100 нс, запись в чип занимает 1 мс+ или в 10 000 раз дольше).
Поскольку интерфейс USB 2.0 ограничен 35 МБ/с и не имеет аппаратного обеспечения управления шиной, реализация USB 2.0 приводит к более медленному доступу.
Современные карты CompactFlash UDMA-7 обеспечивают скорость передачи данных до 145 МБ/с [18] и требуют скорости передачи данных USB 3.0. [19]
Прямое подключение к материнской плате часто ограничено 33 МБ/с, поскольку адаптеры IDE-CF не поддерживают высокоскоростной кабель ATA (66 МБ/с плюс). Включение/выключение из режима сна занимает больше времени, чем включение из режима ожидания.
Многие 1-дюймовые (25 мм) жесткие диски (часто называемые торговой маркой « Microdrive ») обычно вращаются со скоростью 3600 об/мин, поэтому следует учитывать задержку вращения, а также раскрутку из режима ожидания или простоя. 8-гигабайтный диск Seagate ST68022CF [20] полностью раскручивается за несколько оборотов, но потребляемый ток может достигать 350 миллиампер и средний ток составляет 40-50 мА. Его среднее время поиска составляет 8 мс , скорость чтения и записи составляет 9 МБ/с, а скорость интерфейса составляет 33 МБ/с. Microdrive Hitachi емкостью 4 ГБ обеспечивает время поиска 12 мс и постоянную скорость 6 МБ/с.
Спецификация CF 5.0 поддерживает емкость до 128 ПиБ с использованием 48-битной адресации логических блоков (LBA). [21] До 2006 года CF-накопители, использующие магнитные носители, предлагали самую большую емкость (до 8 ГиБ ). Сейчас появились твердотельные карты большей емкости (до 512 ГБ). [22]
По состоянию на 2011 год твердотельные накопители (SSD) вытеснили оба типа CF-накопителей для требований большой емкости.
SanDisk анонсировала свою карту Extreme III емкостью 16 ГБ на выставке Photokina в сентябре 2006 года. [23] В том же месяце Samsung анонсировала карты CF емкостью 16, 32 и 64 ГБ. [24] Два года спустя, в сентябре 2008 года, PRETEC анонсировала карты емкостью 100 ГБ. [25]
Seagate анонсировала «1-дюймовый жесткий диск» емкостью 5 ГБ в июне 2004 г. [26] и версию на 8 ГБ в июне 2005 г. [27]
В начале 2008 года CFA продемонстрировала карты CompactFlash со встроенным интерфейсом SATA . [28] Некоторые компании производят адаптеры, которые позволяют подключать CF-карты к соединениям PCI , PCMCIA , IDE и SATA , [29] позволяя CF-карте работать как твердотельный накопитель практически с любой операционной системой или BIOS, и даже в конфигурация RAID .
Карты CF могут выполнять функцию ведущего или ведомого диска на шине IDE, но имеют проблемы с совместным использованием шины. Более того, карты последних моделей, обеспечивающие DMA (с использованием UDMA или MWDMA), могут создавать проблемы при использовании через пассивный адаптер, не поддерживающий DMA. [30]
Оригинальные карты памяти PC Card использовали внутреннюю батарею для сохранения данных при отключении питания. Единственным вопросом надежности был номинальный срок службы батареи. Карты CompactFlash, использующие флэш-память, как и другие устройства флэш-памяти, рассчитаны на ограниченное количество циклов стирания/записи для любого «блока». Хотя флэш-память NOR имеет более высокий срок службы (от 10 000 до 1 000 000), они не адаптированы для использования с картами памяти. Большинство флэш-накопителей большой емкости основаны на NAND. По состоянию на 2015 год [обновлять]флэш-память NAND была уменьшена до 16 нм. Обычно они рассчитаны на 500–3000 циклов записи/стирания на блок до возникновения серьезного сбоя. [31] Это менее надежно, чем магнитные носители. [32] Car PC Hacks [33] предлагает отключить файл подкачки Windows и использовать его расширенный фильтр записи (EWF), чтобы исключить ненужную запись во флэш-память. [34] Кроме того, при форматировании флэш-накопителя следует использовать метод быстрого форматирования, чтобы записать на устройство как можно меньше данных.
Большинство устройств флэш-памяти CompactFlash ограничивают износ блоков за счет изменения физического местоположения, в которое записывается блок. Этот процесс называется выравниванием износа . При использовании CompactFlash в режиме ATA вместо жесткого диска выравнивание износа становится критически важным, поскольку блоки с небольшими номерами содержат таблицы, содержимое которых часто меняется. Современные карты CompactFlash равномерно распределяют износ по всему диску. Более продвинутые карты CompactFlash будут перемещать данные, которые редко меняются, чтобы обеспечить равномерный износ всех блоков.
Флеш-память NAND подвержена частым программным ошибкам чтения. [33] Карта CompactFlash включает функцию проверки и исправления ошибок (ECC), которая обнаруживает ошибку и повторно считывает блок. Этот процесс прозрачен для пользователя, хотя и может замедлить доступ к данным.
Поскольку устройство флэш-памяти является твердотельным , оно меньше подвержено влиянию ударов, чем вращающийся диск.
Возможность электрического повреждения при перевернутой установке предотвращается за счет асимметричных боковых разъемов при условии, что главное устройство использует подходящий разъем.
Маленькие карты потребляют около 5% мощности, необходимой для небольших дисков, и при этом имеют приемлемую скорость передачи данных более 45 МБ/с для более дорогих «высокоскоростных» карт. [35] Однако предупреждение производителя на флэш-памяти, используемой для ReadyBoost, указывает на то, что потребляемый ток превышает 500 мА.
Карты CompactFlash для использования в потребительских устройствах обычно отформатированы как FAT12 (для носителей объемом до 16 МБ), FAT16 (для носителей объемом до 2 ГБ, иногда до 4 ГБ) и FAT32 (для носителей объемом более 2 ГБ). Это позволяет персональным компьютерам считывать данные с устройств, но также удовлетворяет ограниченным возможностям обработки некоторых потребительских устройств, таких как камеры .
Существуют различные уровни совместимости между FAT32-совместимыми камерами, MP3-плеерами, КПК и другими устройствами. Хотя любое устройство, которое заявляет о поддержке FAT32, должно без проблем читать и записывать на карту, отформатированную в FAT32, некоторые устройства сбиваются с толку из-за карт размером более 2 ГБ, которые полностью не отформатированы, в то время как другим может потребоваться больше времени, чтобы применить формат FAT32.
То, как многие цифровые камеры обновляют файловую систему при записи на карту, создает узкое место в FAT32. Запись на карту формата FAT32 обычно занимает немного больше времени, чем запись на карту формата FAT16 с аналогичными возможностями производительности. Например, Canon EOS 10D записывает одну и ту же фотографию на карту CompactFlash емкостью 2 ГБ, отформатированную в FAT16, несколько быстрее, чем на карту CompactFlash емкостью 4 ГБ, отформатированную в FAT32, хотя чипы памяти на обеих картах имеют одинаковую скорость записи. [36] Хотя FAT16 более расточительно использует дисковое пространство из-за своих более крупных кластеров, она лучше работает со стратегией записи, которую требуют чипы флэш-памяти.
Сами карты могут быть отформатированы в файловой системе любого типа, например Ext , JFS , NTFS , или в одной из специализированных файловых систем флэш-памяти . Его можно разделить на разделы, если хост-устройство может их читать. Карты CompactFlash часто используются вместо жестких дисков во встроенных системах, тупых терминалах и различных ПК малого форм-фактора, которые созданы для обеспечения низкого уровня шума или энергопотребления. Карты CompactFlash часто более доступны и меньше по размеру, чем специально созданные твердотельные накопители , и часто имеют более быстрое время поиска , чем жесткие диски.
Когда CompactFlash впервые стандартизировался, даже полноразмерные жесткие диски редко превышали размер 4 ГБ, поэтому ограничения стандарта ATA считались приемлемыми. Однако карты CF, изготовленные по исходной спецификации версии 1.0, доступны емкостью до 512 ГБ. Хотя текущая версия 6.0 работает в режиме [P]ATA, ожидается, что в будущих версиях будет реализован режим SATA .
CE-ATA — это последовательный MMC-совместимый интерфейс, основанный на стандарте MultiMediaCard . [39] [40]
.jpg/1280px-CFast_Kontakte_(cropped).jpg)
Вариант CompactFlash, известный как CFast , основан на интерфейсе Serial ATA (SATA), а не на шине Parallel ATA /IDE (PATA), для которой были разработаны все предыдущие версии CompactFlash. CFast также известен как CompactFast.
CFast 1.0/1.1 поддерживает более высокую максимальную скорость передачи данных, чем текущие карты CompactFlash, используя интерфейс SATA 2.0 (300 МБ/с), тогда как PATA ограничена скоростью 167 МБ/с с использованием UDMA 7 .
Карты CFast физически или электрически несовместимы с картами CompactFlash. Однако, поскольку SATA может эмулировать командный протокол PATA, можно использовать существующие программные драйверы CompactFlash, хотя написание новых драйверов для использования AHCI вместо эмуляции PATA почти всегда приводит к значительному увеличению производительности. Карты CFast используют 7-контактный разъем данных SATA «мама» и 17-контактный разъем питания «мама», [41] , поэтому для подключения карт CFast требуется адаптер вместо стандартных жестких дисков SATA, в которых используются разъемы «папа».
Первые карты CFast появились на рынке в конце 2009 года. [42] На выставке CES 2009 компания Pretec продемонстрировала карту CFast емкостью 32 ГБ и объявила, что они должны появиться на рынке в течение нескольких месяцев. [43] Delock начала распространять карты CFast в 2010 году, предлагая несколько кард-ридеров с портами USB 3.0 и eSATAp (питание через eSATA) для поддержки карт CFast.
В поисках более высокой производительности и сохранении компактного формата хранения некоторые из первых пользователей карт CFast были в игровой индустрии (использовались в игровых автоматах), что стало естественным развитием уже зарекомендовавших себя карт CF. В число нынешних сторонников этого формата в игровой индустрии входят как специализированные игровые компании (например, Aristocrat Leisure ), так и OEM-производители, такие как Innocore (теперь часть Advantech Co., Ltd.).
Спецификация CFast 2.0 была выпущена во втором квартале 2012 года, обновив электрический интерфейс до SATA 3.0 (600 МБ/с). По состоянию на 2014 год единственным продуктом, использующим карты CFast 2.0, была цифровая производственная камера Arri Amira [44] , обеспечивающая частоту кадров до 200 кадров в секунду; Также был выпущен адаптер CFast 2.0 для камеры Arri Alexa/XT . [45]
7 апреля 2014 года Blackmagic Design анонсировала кинокамеру URSA, которая записывает видео на CFast Media. [46]
8 апреля 2015 года компания Canon Inc. анонсировала видеокамеру XC10 , которая также использует карты CFast. [47] Blackmagic Design также объявила, что ее URSA Mini будет использовать CFast 2.0. [ нужна цитата ]
По состоянию на октябрь 2016 года растет число камер, видеомагнитофонов и аудиорекордеров, использующих более высокие скорости передачи данных, предлагаемые CFast media.
По состоянию на 2017 год в более широкой отрасли встраиваемой электроники переход от CF к CFast все еще происходит относительно медленно, вероятно, из-за соображений стоимости оборудования и некоторой инерции (знакомство с CF), а также из-за того, что значительная часть отрасли удовлетворена более низкой производительностью. картами CF, поэтому нет причин для изменения. Серьезным стимулом перейти на CFast для компаний, производящих встраиваемую электронику, использующих конструкции на основе архитектуры ПК Intel, является тот факт, что Intel удалила встроенную поддержку интерфейса (P)ATA несколько платформ назад, и старые поколения CPU/PCH теперь имеют конец. статус жизни.
В сентябре 2016 года Ассоциация CompactFlash анонсировала новый стандарт на основе PCIe 3.0 и NVMe — CFexpress . [48] В апреле 2017 года была опубликована версия 1.0 спецификации CFexpress с поддержкой двух линий PCIe 3.0 в форм-факторе XQD со скоростью до 2 ГБ/с. [49]
Единственное физическое различие между этими двумя типами заключается в том, что устройства типа I имеют толщину 3,3 мм, а устройства типа II — 5 мм. [50] Электрически эти два интерфейса одинаковы, за исключением того, что устройствам типа I разрешено потреблять ток питания до 70 мА от интерфейса, а устройствам типа II — до 500 мА.
Большинство устройств типа II представляют собой устройства Microdrive (см. ниже), другие миниатюрные жесткие диски и адаптеры, такие как популярный адаптер, поддерживающий карты Secure Digital. [51] [52] Было произведено несколько устройств типа II на базе флэш-памяти, но теперь доступны карты типа I, емкость которых превышает емкость жестких дисков CF. Производители карт CompactFlash, такие как Sandisk, Toshiba, Alcotek и Hynix, предлагают устройства только со слотами типа I. Некоторые из последних зеркальных камер, например Nikon D800 , также отказались от поддержки Type II. [53]
Microdrive представляла собой марку крошечных жестких дисков шириной около 25 мм (1 дюйм) в корпусе CompactFlash Type II. Первый был разработан и выпущен в 1999 году компанией IBM , объёмом 170 МБ. IBM продала свое подразделение жестких дисков, включая торговую марку Microdrive, компании Hitachi в 2002 году. Сопоставимые жесткие диски также производились другими поставщиками, такими как Seagate и Sony. Они были доступны емкостью до 8 ГБ, но были вытеснены флэш-памятью по стоимости, емкости и надежности и больше не производятся. [54]
Будучи механическими устройствами, жесткие диски CF потребляли больший ток, чем флэш-память (максимум 100 мА). Ранние версии потребляли ток до 500 мА, но более поздние — менее 200 мА при чтении и менее 300 мА при записи. Жесткие диски CF также были подвержены повреждениям в результате физических ударов или изменений температуры. Однако жесткие диски CF имели более длительный срок службы циклов записи, чем ранние флэш-памяти. [ нужна цитата ]
iPod mini , Nokia N91 , iriver H10 (модель на 5 или 6 ГБ), LifeDrive , Sony NW-A1000/3000 и Rio Carbon использовали Microdrive для хранения данных. [ нужна цитата ]
Рынок CompactFlash обширен и включает в себя подделки . Карты других производителей или поддельные карты могут иметь неправильную маркировку, могут не содержать фактического объема памяти, который их контроллеры сообщают главному устройству, и могут использовать типы памяти, которые не рассчитаны на количество циклов стирания/перезаписи, ожидаемое покупателем. [55] [56]
Поскольку интерфейс CompactFlash электрически идентичен 16-битной PC Card , форм-фактор CompactFlash также используется для различных устройств ввода/вывода и интерфейсных устройств. Многие стандартные карты PC имеют аналоги CF, вот некоторые примеры:
Показано, глядя в карточку.
