CompactFlash

Speichermedium CompactFlash
Drei Ansichten einer CompactFlash-Typ-I-Karte
Allgemeines
Typ	Halbleiterspeicher
Kapazität	bis 128 GiB (CF5.0: bis 128 PiB)
Lebensdauer	Lesen unbegrenzt, Schreiben 10.000 bis 2 Millionen Zyklen
Größe	Typ I: 42,8 mm × 36,4 mm × 3,3 mm, Typ II: Höhe 5 mm
Gebrauch	mobile Geräte, beispielsweise Digitalkameras
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

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 Speicher-Chip 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

Bei digitalen Speichermedien (für Digitalkameras) war die CompactFlash-Technologie lange Zeit Marktführer, wird aber 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. Dieser Vorteil ist im Einsteigerbereich unwesentlich. Manche Hersteller bieten (bei bestimmten Modellen) auch die Möglichkeit, verschiedene Speicherkarten-Typen (gleichzeitig) einzusetzen.

Anwendungsgebiete

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

Andere Karten nach CompactFlash

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 auch andere Speicherkarten, etwa Multimedia Cards, in Geräten mit CompactFlash-Steckplätzen verwendet werden. 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, nicht aber das Host-Gerät.

CompactFlash nach IDE

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^[6], ist die Stromversorgung ebenfalls integriert.

Einige Karten geben sich als Wechseldatenträger (removable)^[7] zu erkennen, was manche Betriebssysteme und Programme dazu veranlasst, eine Installation darauf zu verweigern. Diese Kennung ist jedoch umstellbar^[8]. Auch andere CF-Geräte können CF-Anwendungen haben.

Standards

Loox 720 CF-II slot

• Bauformen
  • CF-Typ I  (42,8 mm × 36,4 mm × 3,3 mm)
  • CF-Typ II (42,8 mm × 36,4 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.

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 GiB (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 GiB, 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 GiB (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.

• CompactFlash ATA Serial Transfer (CFast) 1.0 (2008)^{[9] [10]}
  • 300 MB/s (SATA 300)
  • Hot Swap
  • gleiche Gehäuseabmessungen wie bisher, aber nicht steckkompatibel zu CompactFlash
  • normaler SATA-Datenanschluss, proprietärer Stromanschluss
  • erste Produkte Ende 2009^[11]

Daten verfügbarer CF-Karten

Eine CompactFlash-Karte mit ca. 30 MByte/s Schreib-/Lesegeschwindigkeit

Kapazität:	2 MByte bis 128 GByte [12]
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 GiB (4 GiB) meist FAT32. Prinzipiell können auch beliebige andere Dateisysteme verwendet werden. Da die Controller in den Karten jedoch meist die nach außen sichtbare Festplatten-Emulations-Ebene gerade so auf den eigentlichen internen Speicherchip abbilden, dass bei einer typischen Verwendung von FAT12/FAT16/FAT32 eine günstige Verteilung des Verschleißes (Wear-Leveling) erreicht wird, können andere Dateisysteme die Lebensdauer der Karte reduzieren.
Lesen:	6 bis 100 MByte/s  =  40× bis 666× (1× entspricht 150 kByte/s, der 1-fachen CD-Lesegeschwindigkeit.)[13][14][15][16]
Schreiben:	4 bis über 100 MByte/s[13][14][15][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
Schreib-Zyklen:	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 „Pro“, „Ultra“ und „Extreme“ recht unterschiedliche Qualitäten bezeichnen. Beim Marktführer Sandisk erreichen Ultra-II-Karten eine Übertragungsrate von über 10 MByte/s (lesen) und 9 MByte/s (schreiben), Extreme III über 20 MByte/s und ab 2008 über 30 MByte/s (lesen und schreiben) und Extreme IV über 40 MByte/s (lesen und schreiben). Seit Mitte 2008 hat die Sandisk Extreme III 35 MByte/s und die Extreme IV 45 MByte/s. Beide sind Ultra-DMA-fähig.

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)	Geschwindigkeit (MB/s)
006×	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

Andere CF-Geräte

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

 Wiktionary: CompactFlash – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• CompactFlash Association, englisch
• Karten und Digitalkameras im Geschwindigkeitsvergleich, 4. Juni 2008, englisch
• Elektrische Belegung von Compactflash, 2006, englisch

Einzelnachweise

1. ↑ http://www.digiprintuk.com/information.php?info_id=11
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. ↑ http://www.aspireoneuser.com/2008/08/29/how-to-add-ram-to-the-acer-aspire-one-netbook/
7. ↑ http://www.hjreggel.net/cardspeed/cs_udmacf_de.html
8. ↑ http://www.henze.eu.org/107/
9. ↑ http://www.hsc-us.com/pdf/Evolution_of_cf_whitepaper.pdf
10. ↑ Erste CFAST-Karte der Firma Swissbit
11. ↑ http://www.engadget.com/2008/02/25/cfast-compactflash-cards-now-said-to-be-coming-in-18-to-24-mont/
12. ↑ Bilder bis zum umfallen: Silicon Power hat erste 128GB CompactFlash Karte - Engadget German
13. ↑ ^{a b} http://www.allround-pc.com/news/hardware/2011/januar/compactflash-karte-mit-bis-zu-100-mbs-vorgestellt
14. ↑ ^{a b} http://www.computerbild.de/artikel/cb-News-Foto-Schnelle-Compact-Flash-Karte-Sandisk-5888462.html
15. ↑ ^{a b} http://www.chip.de/news/Sandisk-Extrem-schnelle-und-teure-CF-Karte_46688559.html
16. ↑ ^{a b} http://www.digiklix.de/2011/01/11/schnellste-compactflash-karte-der-welt-von-sandisk-sandisk-extreme-pro-compactflash-karte-mit-128gb/