CompactFlash

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Speichermedium
CompactFlash
CompactFlash.jpg
Drei Ansichten einer CompactFlash-Typ-I-Karte
Allgemeines
Typ Halbleiterspeicher
Kapazität bis 128 GB (CF5.0: bis 128 PiB)
Lebensdauer Lesen unbegrenzt, Schreiben 10.000 bis 2 Millionen Zyklen
Größe Typ I:
36,4 mm × 42,8 mm × 3,3 mm
Typ II (ausgestorben):
36,4 mm × 42,8 mm × 5,0 mm
Gebrauch höherwertige DSLRs
Ursprung
Entwickler SanDisk[1]
Markteinführung 1994

CompactFlash (CF) ist ein Schnittstellenstandard, unter anderem für digitale Speichermedien. Er kommt in Form von CF-Karten hauptsächlich in digitalen Fotoapparaten, aber auch in Netzwerkkomponenten, Computern, und Personal Digital Assistants (PDA) zum Einsatz.

Aufbau[Bearbeiten]

IBM Microdrive mit 1 GB Kapazität

Die CompactFlash-Speicherkarten sind im Gegensatz zu Festplatten oder CD-Laufwerken üblicherweise Speichermedien ohne bewegliche Teile. Die Informationen werden auf einem wiederbeschreibbaren Flash-Speicher dauerhaft gespeichert. IBM produzierte allerdings zwischenzeitlich CF-II-Karten mit kleinen Festplatten als Speichermedium. Dieses Produkt wurde unter der Bezeichnung Microdrive bekannt und hatte den Vorteil eines besseren Preis-Leistungs-Verhältnisses. Später gab es auch andere Hersteller festplattenbasierender CF-Karten. Wegen des Preisverfalls von Flash-Speicher sind diese Lösungen allerdings zwischen 2005 und 2006 praktisch vollständig vom Markt verschwunden.

256-MB-CF-Karte ohne Verkleidung

CompactFlash-Karten mit Flash-Speicher haben neben dem eigentlichen Speicherchip noch einen Controller[2] der den Speicher verwaltet und nach außen eine (E)-IDE-Schnittstelle anbietet, die sich allerdings in der Form des Steckers von herkömmlichen IDE-Schnittstellen unterscheidet. Im Gegensatz zu allen anderen Flash-basierten Speicherkarten ist für die Adressierung des eigentlichen Speichers der karteninterne Controller und nicht das Endgerät (etwa die Digitalkamera) zuständig. Die recht komplizierten Details der Flash-Speicher-Ansteuerung[3] [4] [5] bleiben daher gegenüber dem Host-Gerät verborgen. Bei vorhandener Unterstützung seitens des Speichers für ein Dateisystem, das mehr Speicher adressieren kann (wie FAT32 gegenüber FAT16), können CF-Karten mit hoher Kapazität auch von alten Geräten gelesen werden.

Verbreitung[Bearbeiten]

Bei digitalen Speichermedien (für Digitalkameras) war die CompactFlash-Technologie lange Zeit Marktführer, wird aber seit den späten 2000er Jahren zunehmend von der SecureDigital-Card (SD) verdrängt. Je nach Hersteller werden bei den neuen Modellen digitaler Spiegelreflexkameras im professionellen Bereich meist noch CompactFlash-Karten eingesetzt, während es im Einsteigersegment häufig SD-Karten sind. Die Vorliebe für CF-Karten im professionellen Bereich erklärt sich darin, dass diese im Vergleich zu SD-Karten schnellere Transferraten und größere Speichermengen bieten. CompactFlash hat meistens Metallgehäuse, was die Karten robuster macht als SD. Die Kontakte sind geschützt untergebracht und die Speicherkarten sind kompatibel zu IDE und PCMCIA, wodurch sie mit Adaptern schnell und einfach als Festplattenersatz verwendbar sind. Dieser Vorteil ist im Einsteigerbereich unwesentlich. Manche Hersteller bieten (bei bestimmten Modellen) auch die Möglichkeit, verschiedene Speicherkartentypen (gleichzeitig) einzusetzen.

Anwendungsgebiete[Bearbeiten]

Der Klassiker: CF-Karte zur Bildspeicherung

Am häufigsten sind CompactFlash-Karten wohl als Speichermedium in Digitalkameras anzutreffen, hier vor allem im professionellen Bereich wie der Pressefotografie. Auch die professionelle digitale mobile Audioaufzeichnung arbeitet quasi immer mit CompactFlash, wenn aus Platz-, Energie- oder Witterungsgründen keine Festplatten- oder Disc-Systeme verwendet werden.

Da sie keine beweglichen Teile besitzen, sind CompactFlash-Karten relativ unempfindlich gegenüber Stößen und eignen sich daher für den Einsatz in Industrie- oder Mobil-Systemen. Häufig werden sie dort als einziger Festspeicher benutzt. Die Industriecomputer einiger Hersteller können wahlweise mit fest integriertem CompactFlash-Slot oder IDE-Port konfiguriert werden. In diesem Fall wird die CompactFlash-Karte meist neu partitioniert und mit einem anderen Dateisystem als dem standardmäßig ausgelieferten formatiert. Für Linux- oder QNX-Systeme ist das gängige Praxis.

Adapter[Bearbeiten]

Andere Karten nach CompactFlash[Bearbeiten]

Ein SD-CF(I)-Adapter
Ein CF-IDE-Adapter

Für den CompactFlash-Steckplatz gibt es Adapter, mit denen andere Speicherkarten genutzt werden können. So können etwa Multimedia Cards, SDHC- und microSDXC-Speicherkarten in Geräten mit CompactFlash-Steckplätzen verwendet werden.[6][7] Was die Abwärtskompatibilität zu kleineren Speicherkarten angeht, weist CompactFlash die größte Flexibilität für zukünftige Speichergrößen auf, weil nur der Controller des verwendeten Adapters und die Größe der verwendeten Karte die benutzbare Speichergröße begrenzen. Einschränkungen bestehen bei älteren Geräten, da diese teilweise nur FAT16 unterstützen und die Kapazität der Speicherkarte somit softwareseitig auf 8/16GB beschränken.

CompactFlash nach IDE[Bearbeiten]

Da die CompactFlash-Karte eine IDE-Schnittstelle besitzt, reicht ein passiver Adapter (also ein Stück Leiterplatte mit Leitungen, die die Kontakte der Karte mit den entsprechenden Pins eines IDE-Steckers verbinden), um sie anstelle einer IDE-Festplatte einsetzen zu können (siehe Vergleich). In Desktop-Rechnern benötigt der Adapter zudem einen Stecker für die Stromversorgung der Karte, die dem dort eingesetzten IDE-Flachbandkabel fehlt. Weil die 44-Pin-Version der IDE-Schnittstelle von Notebooks eine Spannungsversorgung vorsieht, ist der Einsatz an Stelle einer Festplatte sowie mittels PC-Card/PCMCIA-Adapter ohne zusätzliche Stromversorgung möglich. In das 40-polige ZIF-Kabel, das in einigen Subnotebooks die Verbindung zur Festplatte oder SSD herstellt,[8] ist die Stromversorgung ebenfalls integriert.

Einige Karten geben sich als Wechseldatenträger (removable)[9] zu erkennen, was manche Betriebssysteme und Programme dazu veranlasst, eine Installation darauf zu verweigern. Diese Kennung ist jedoch umstellbar.

Standards[Bearbeiten]

Bauformen[Bearbeiten]

  • CF-Typ I  (36,4 mm × 42,8 mm × 3,3 mm)
  • CF-Typ II (36,4 mm × 42,8 mm × 5,0 mm), mitunter als „Microdrive-kompatibel“ bezeichnet, da alle Microdrives Typ-II-Karten sind.

Der einzige Unterschied ist also die Dicke der Bauform. Daher funktionieren Typ-I-Karten auch in einem Typ-II-Slot.

Interface[Bearbeiten]

Während die äußere Form unverändert blieb, wurden die CF-Standards an fortschreitende Kapazitäten und Bandbreiten angepasst.

  • CompactFlash 1.0 (1994/1995)
    • 8,3 MB/s  (PIO Mode 2)
    • 128 GB (137 GB) mögliche Kapazität, wie bei IDE
  • CompactFlash+, auch CompactFlash I/O (1997)
    • Karten, die keine Speicherfunktion haben, sondern beispielsweise Radioempfang ermöglichen.
  • CF+ und CompactFlash 2.0 (2003)
    • 16,6 MB/s (PIO Mode 4)
    • Ende 2003 wurde die Integration stark beschleunigender DMA-Zugriffe beschlossen; bei CF 2.0-Karten ab Mitte 2004 integriert.
  • CF+ und CompactFlash 3.0 (2004)
    • 66 MB/s (UDMA 66)
    • 25 MB/s im PC-Card-Modus
    • Karte per Passwort schützbar
    • CFA empfiehlt FAT32 für Karten mit Speicherkapazitäten von mehr als 2 GB, ohne jedoch FAT32 vorzuschreiben
  • CF+ und CompactFlash 4.0 (2006)
    • 133 MB/s (UDMA 133)
    • Karte per Passwort schützbar
  • CF+ und CompactFlash 4.1 (2007)
    • Erweiterte Energiesparmodi
  • CompactFlash 5.0 (2010)
    • 48-Bit-Sektoradressierung über LBA-48 (obligatorisch). Dadurch wird die bisherige Grenze von 128 GB (137 GB) aufgehoben. Karten können theoretisch bis 128 PiB (144 PB) fassen. Außerdem Beschleunigung durch Übertragung von bis zu 32 MiB großen Blöcken statt wie bisher in maximal 128 KiB großen Blöcken.
    • Trim-Befehl (obligatorisch). Beschleunigt Schreibzugriffe.
    • ATA-Befehlssatz ATA-6 & ATA-8/ACS-2 (optional). Anpassung an die Fortschritte des ATA-Standards
    • Leistungssteuerung (optional). Garantiert bestimmte Übertragungsraten (wichtig für Live-Streaming oder Video-Aufnahmen)
    • Übermittlung der CF-Versionsnummer (obligatorisch). Auf diese Weise kann sich das CF-Gerät einfacher auf die Fähigkeiten der Karte einstellen.
    • Veränderte elektrische Spezifikationen (obligatorisch) zu Verbesserung der Kompatibilität mit dem ATA-Standard.
  • CompactFlash 6.0 (18. November 2010)
    • Ultra DMA Mode 7 für bis zu 167 MB/s
    • Sanitize-Löschbefehl entsprechend INCITS T13 ACS-2.
    • Trim Usage Guidelines für bessere Schreibperformance.
    • Temperaturprofil (optional)

Obige Standards sind auf- und abwärtskompatibel.

CFast[Bearbeiten]

Kontaktleiste einer CFast Karte

Mit dem CFast Standard kommt das schnellere SATA Protokoll zum Einsatz. Diese Karten sind in den Anschlüssen nicht kompatibel zu den klassischen CompactFlash Karten.

  • CompactFlash ATA Serial Transfer (CFast) 1.0 (2008)[10][11]
    • 300 MB/s (Serial ATA 3.0 Gbit/s)
    • Hot Swap
    • gleiche Gehäuseabmessungen wie bisher, aber nicht steckkompatibel zu CompactFlash
    • normaler SATA-Datenanschluss, proprietärer Stromanschluss
    • erste Produkte Ende 2009[12]
  • CompactFlash ATA Serial Transfer (CFast) 2.0 (2012)[13]

Daten verfügbarer CF-Karten[Bearbeiten]

Eine CompactFlash-Karte mit ca. 30 MByte/s Schreib-/Lesegeschwindigkeit
Kapazität: MByte bis 256 GByte[15]
Dateisystem: Für Speicherkarten mit weniger als 16 MB kam traditionell oft das Dateisystem FAT12 zum Einsatz, ab 16 MB bis 2 GB wird üblicherweise FAT16 verwendet (seltener auch für Kapazitäten bis 4 GB), für Speicherkapazitäten mit mehr als 2 GB (4 GB) meist FAT32. Prinzipiell können auch beliebige andere Dateisysteme verwendet werden. Da die Controller in den Karten jedoch meist die nach außen sichtbare Festplatten-Emulationsebene so auf den eigentlichen internen Speicherchip abbilden, dass bei einer typischen Verwendung von FAT12/FAT16/FAT32 eine günstige Verteilung des Verschleißes erreicht wird (Wear-Leveling), können andere Dateisysteme die Lebensdauer der Karte reduzieren.
Lesen: 6 bis 150 MByte/s  =  40× bis 1000× (1× entspricht 150 kByte/s, der 1-fachen CD-Lesegeschwindigkeit.)[16]
Schreiben: 4 bis über 150 MByte/s[16]
Lesezugriff: < 1 ms
Schreibzugriff: 10 ms bis 35 ms
Anschluss: 50 Pins
Spannung: 3,3 V (±5 %) oder 5 V (±10 %)

Alle Karten können mit beiden Spannungen betrieben werden.

Strom: Ruhebetrieb: 0,5–1 mA

Schreib- und Lesebetrieb: 25–50 mA

Betrieb bei: 0 °C bis 60 °C
Lagerung bei: −40 °C bis 85 °C
Schockresistenz: 2.000 G, Microdrives 400 G
Schreibzyklen: 10.000 laut Standard, 1–2 Millionen laut Hersteller. Einige Hersteller integrieren Zähler in die Firmware ihrer Karten, um den Verschleiß auf alle Sektoren gleich zu verteilen. Verbrauchte Sektoren werden automatisch als nicht mehr benutzbar markiert.

Die Angaben variieren je nach Hersteller und Produktreihe, so können Bezeichnungen wie „Professional“, „Ultra“ und „Extreme“ unterschiedliche Qualitäten bezeichnen. Beim Marktführer SanDisk erreichen Ultra-Karten eine Übertragungsrate von über 30 MByte/s (lesen und schreiben) und Extreme Pro-Modelle bis 100 MByte/s (lesen und schreiben).[17][18] Das Unternehmen Lexar stellte Anfang 2012 ein Modell mit bis zu 150 MB/s (lesen) vor.[16]

Je nach Hersteller wird die Geschwindigkeit entweder als Vielfaches bezogen auf die Lesegeschwindigkeit von CD-ROM-Laufwerken (bei Kingston oder Transcend) oder aber mit der maximalen Datentransferrate (bei SanDisk) deklariert. Die Basiseinheit („1ד) basiert historisch auf der Grund-Geschwindigkeit der CD-ROM-Laufwerke, welche bei 1-facher Lesegeschwindigkeit eine Transferrate von 153,6 kB/s im CD-ROM Mode 1 erreichen, wobei dieser Wert auf 150 kB/s abgerundet wird. Die folgende Tabelle stellt die üblichen Geschwindigkeitsbezeichnungen und maximalen Datentransferraten gegenüber.

Angabe (x-fach) Lesegeschwindigkeit (MB/s)
00 000,9
032× 004,8
040× 006,0
066× 010,0
080× 012,0
100× 015,0
133× 020,0
150× 022,5
200× 030,0
266× 040,0
280× 042,0
300× 045,0
433× 065,0
533× 080,0
600× 090,0
666× 100,0
800× 120,0
1000× 150,0
2000× 300,0

Andere CF-Geräte[Bearbeiten]

Verschiedene CF-I/O-Karten

Mit CF I/O bietet CompactFlash die Möglichkeit, neben Speicher auch andere Geräte anzuschließen. Aufgrund der logischen wie mechanischen Ähnlichkeit zum PC-Card-Standard ist es für Hersteller einfach, entsprechende Karten auch als CompactFlash-Variante anzubieten. Die CompactFlash-Einschübe von PDAs werden genutzt, um 56K-, GSM-, und GPRS-Modems sowie Bluetooth-, Ethernet- und WLAN-Adapter, GPS- und Radio-Empfänger, Digitalkameras, USB-Host-Adapter und sogar Grafikkarten anzubinden. Solche Adapter sind meist in voller Höhe, also als CF-Typ II ausgeführt.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. CompactFlash History, Digiprint UK
  2. Webseite des Deutschen CF-Controller-Herstellers Hyperstone
  3. Patent DE102005001038: Verfahren zur Umsetzung von logischen in reale Blockadressen in Flashspeichern.
  4. Patent DE10349595: Verfahren zum Schreiben von Speichersektoren in einem blockweise löschbaren Speicher.
  5. Patent EP1514171: Verfahren zur Wiederherstellung von Verwaltungsdatensätzen eines blockweise löschbaren Speichers.
  6. Delock-Compact Flash-Adapter für SDHC- / MMC-Speicherkarten
  7. Delock-Compact Flash-Adapter > Micro SD-Speicherkarten
  8. How to add RAM to the Acer Aspire One netbook, AspireOneUser.com, 29. August 2008
  9. CARDSPEED - UDMA-CompactFlash-Karten, hjreggel.net, 7. November 2011
  10. CFast – Evolution of the CompactFlash Interface, The CompactFlash Association, 14. April 2008
  11. Erste CFAST-Karte der Firma Swissbit
  12. CFast CompactFlash cards now said to be coming in "18 to 24 months", Engadget, 25. Februar 2008
  13. photokina 2012 – SanDisk präsentiert CFast 2.0 und erteilt XQD eine Absage, ValueTech.de, 19. September 2012
  14. CeBIT 2013 – SanDisk Interview zu CFast 2.0, ValueTech.de, 5. März 2013.
  15. CompactFlash-Speicherkarte mit 256 GByte, heise Foto, 9. Januar 2012
  16. a b c Lexar bringt CF-Karten mit 1000-facher Transfergeschwindigkeit, digitalkamera.de 7. Januar 2012
  17. SanDisk Ultra CompactFlash-Karte, sandisk.de, Abgerufen am 27. August 2012
  18. SanDisk Extreme Pro CompactFlash-Karte 100MB/s, sandisk.de, Abgerufen am 27. August 2012