Cartes mémoire

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les CARTES MEMOIRE
La capacité limitée de la mémoire interne du photoscope et la necessité de
stocker un grand nombre d’images sans recourir au transfert dans la mémoire de
masse de l’ordinateur hôte implique le besoin d’un support amovible d’enregistrement offrant un volume minimum correspondant aux nombres de vues d’une
pellicule
24 X 36, soient 36 photos environ.
La facilité d’utilisation, la compacité et l’universalité de ces supports leur vaut
déjà auprès du grand public l’appellation de “pellicule électronique”.
Sensiblement tous du même aspect physique, celui d’une carte de crédit un
peu épaisse, ils sont différents de par leur structure interne, mais sont tous basés
sur l’utilisation d’un type spécial de mémoire pour le stockage des fichiers-image,
connue sous le nom de mémoire FLASH.
Contrairement à la mémoire ROM qui n’est pas modifiable et contient des
valeurs fixes enregistrées à la fabrication de la puce, ou à la mémoire RAM qui perd
ses données quand elle est privée d’énergie, la mémoire FLASH est programmable
et garde son contenu pendant plus de dix ans sans apport d’énergie.
Dans le domaine de la photo numérique, essentiellement quatre types de
cartes coéxistent : Les PC-Cards, les CompactFlash, la miniature Card et la
SmartMédia.
Avant de les passer en revue de façon détaillée, quelques principes doivent
être établis pour comprendre la technologie mise en oeuvre.
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LA MEMOIRE FLASH
Ce type de mémoire se classe dans la catégorie des EEPROMs (Electricaly
Erasable Programmable ROM ), ou mémoire morte effaçable et programmable
électriquement.
Ce dernier genre de composant de capacité limitée (moins de 1 Ko) se trouve
abondament dans les téléviseurs, magnétoscopes et autres appareils grand public
pour par exemple mémoriser les préférences de l’utilisateur, les réglages divers ou
encore les canaux de télévision.
C’est leur structure interne (les composants élémentaires necessaires à l’obtention d’une cellule de base pour stocker un bit ) qui limite leur capacité pour des
raisons toutes simples de prix de revient.
Dans une mémoire FLASH, le principe reste le même mais le nombre de
composants élémentaires (des transistors MOS) necessaires à l’obtention d’une
cellule se situe autour de l’unité. L’intégration peut s’opérer à très grande échelle
pour une capacité élevée (1 Mo) à un coût acceptable.
Le seul inconvénient de ce type de composant, est l’impossibilité d’effacer les
données individuellement, la mémoire s’efface par BLOC d’un minimum de 64 Ko.
On les appelle des Sockets FLASH, ou encore Linear FLASH. C’est le genre de
circuits que fabrique INTEL.
La recherche d’une conception différente de l’organisation des blocs a conduit
la société SANDISK à commercialiser un autre type de mémoire, offrant des blocs
plus réduit, de la taille des secteurs utilisés sur les disques durs, c’est-à-dire 512
octets.
Les composants sont fabriqués en deux types de technologie selon l’organisation des transistors constituants les cellules élémentaires.
L’organisation sérielle des cellules porte le nom de technologie “NAND” et à
l’opposé, l’arrangement en parallèle s’appelle technologie “NOR”.
NAND (not and) signifie NON-ET et NOR (not or) signifie NON-OU qui sont
toutes deux des fonctions logiques élémentaires et correspondent en fait à la façon
pour les circuits internes d’obtenir le contenu d’un bit d’information parmi l’arrangement matriciel des cellules.
Il existe enfin deux types de puces : celles fonctionnant en 5 Volts, plus
anciennes, et les nouvelles se contentant de 3,3 Volts.
Pour faciliter leur manipulation, les composants sont intégrés dans un support
qui constitue ce qu’on appelle communément la carte mémoire.
LES TYPES DE CARTES
Les PC cards
Connues aussi sous le nom de cartes PCMCIA, sont les plus anciens
médias de stockage amovibles. Apparues sous l’égide de la Personnal Com-104-
85,6
puter Memory Card Association, elles ont été prévues pour augmenter les
possibilités d’extension des ordinateurs portables (les Palmtops ) en termes de
capacité mémoire et de périphériques divers comme des modems ou des
cartes réseau.
La norme prévoit aussi bien l’organisation logique avec les pilotes
logiciels associés que les dimensions physiques et le brochage des connecteurs.
L’organisation en blocs avec le système de gestion associé et l’interface
entre l’ordinateur et le périphérique s’appelle le standard ATA, Advanced
Technology Atachment, comme sur les premiers PC-AT, prévus pour gérer des
disques durs. C’est l’équivalent mobile du IDE Integrated Drive Electronics
pour les disques durs classiques.
Les cartes existent en trois modèles, référencés type I, II et III qui
diffèrent essentiellement par leur épaisseur. La figure 50 ci-dessous illustre les
trois modèles et le brochage est reporté au tableau 11 de l’annexe B.
10,5
Type
Type II
5,0
Type I
3,3
54
Fig.50 - Les trois types de PC cards La carte se connecte simplement sur le port PCMCIA de l’ordinateur
portable. Il n’existe pas de port de ce type sur les ordinateurs de bureau, aussi
n’est-il pas possible de les exploiter directement sur ce type de machines.
Les cartes de type I sont essentiellement dévolues aux fonctions de
stockage, les types II permettent des capacités plus élevées du fait de leur
plus forte épaisseur et peuvent aussi heberger des MODEM ou des cartes
réseau LAN Local Area Network . Les types III sont réservées aux gros
composants comme les disques durs classiques ou à semi-conducteurs, les
FlashDrive.
Une carte de type I peut se connecter sur un port de type II, de même
-105-
qu’une carte de type II peut se connecter sur un port de type III, mais le
contraire n’est pas possible. Celà se comprend aisément au vu de leurs
dimensions respectives.
Les capacités disponibles vont de 4Mo jusqu’à 32 Mo pour les anciennes
cartes fonctionnant sous 5 V et atteignent les 160Mo sur les nouveaux
modèles bi-tension, fonctionnant aussi bien avec des contrôleurs 5V que
3,3V.
Les prix (approximatifs) s’échelonnent de 540 FF pour une 3Mo à 3750
FF pour une 160 Mo, en passant par une 10 Mo à 1550 FF.
Un des photoscopes à utiliser ce type de stockage est le CANON
PowerShot 600 qui avec son port de type III voit son autonomie atteindre les
800 vues en haute définition sur le disque intégré dans la carte de 170 Mo
commercialisé par la firme.
D’autres constructeurs ont adoptés ce système, limité aux types I et II,
c’est le cas des PENTAX EI-C90, RICOH RDC300, KODAK DC50 et FUJI
DS-300.
Leur dimensions contraignant l’appareil à un certain enbompoint, d’autres
solutions à volume encore réduit ont été recherchées pour l’utilisation
conjointe avec les photoscopes.
Les CompactFlash
4MB
36
Développées par la société SANDISK, sont électriquement identiques
aux PC-Cards. Elles diffèrent uniquement par leurs dimensions extérieures et
leur connecteur.
La lecture de ce type de carte peut néanmoins s’effectuer par le port
PCMCIA via un adaptateur passif de type II, assurant l’interfaçage des signaux
électriques et la tenue mécanique. Leur brochage est donné dans le tableau
11 de l’annexe B.La figure 51 ci-dessous illustre l’aspect d’une de ces cartes.
3,3
43
Fig. 51 - La carte CompactFlash Les PC cards et les compactFlash ont, d’un point de vue logique, le
même comportement que les périphériques comme les disques durs, et sont
vues comme telles (lettre d’identification) grâce à la compatibilité ATA.
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Pour l’ordinateur, le support importe peu, seule est importante la manière
sont agencées les données inscrites dessus. Ainsi, pour un disque , l’organisation est-elle hiérarchiquement : le cylindre, la piste et le secteur. Une disquette 3,5” contient ainsi 80 pistes par face (1 cylindre) divisés en 18 secteurs
de 512 octets. Le total est bien de 2 X 80 X 18 X 512 = 1,44 Mo.
Le secteur est indivisible, c’est la plus petite unité d’allocation disponible.
Si un fichier ne contient que 100 octets, il monopolise quand même un secteur.
Le disque est plein si tous les secteurs sont alloués, indépendamment
de la quantité de données totale présentes sur le support.
Les secteurs affectés à un fichier ne sont pas forcément contigus et peuvent se trouver géographiquement n’importe où sur la surface. La même organisation a été adoptée par Kodak pour la structure hiérarchique des composantes d’images des fichiers FlashPix.
C’est le rôle du système d’exploitation de gérer la répartition et l’enchaînement des secteurs affectés à un fichier. Les informations sont regroupées
sur le disque dans un secteur particulier appelé FAT File Allocation Table, ou
table d’allocation des fichiers .
Pour que l’ordinateur voit la carte de cette façon, l’organisation interne
de cette dernière est assurée par une couche logicielle sofware layer, intégrée
dans un contrôleur monté sur la carte avec les circuits de mémoire flash.
Les fichiers-image sont enregistrés de façon classique, au format DOS
8.3, avec une FAT en 16 bits. Pour cette raison, à la première utilisation d’une
carte, il est necessaire de la formatter pour préparer le support à l’organisation en blocs et secteurs, comme sur une disquette.
Les cartes compactFlash sont en grosse majorité produite par SANDISK
et existent en deux tensions : 5V et 3,3V mais s’adaptent automatiquement à
la situation en fonction de la tension du contrôleur hôte. Elles utilisent la technologie NAND.
Elles existent actuellement en plusieurs capacités : 4, 8, 10, 12, 15, 16,
24, 32, 40, 48, 64, 96 et 128 Mo à des prix allant de 360,00 F pour la 8 Mo à
3500,00 F pour la 128 Mo.
Ce type de carte équipe pratiquement la moitié du parc des appareils
photo numériques.
Il est à noter la possibilité de lecture directe sur un ordinateur de bureau
en passant par un lecteur externe fabriqué par SANDISK se branchant sur le
port parallèle. Le lecteur, qui ressemble à une grosse souris sympathique, est
commercialisé sous le nom de “ImageMate”.
Les Miniature Card
Concues par INTEL, elles possèdent approximativement les mêmes di-107-
mensions qu’une CompactFlash à quelques millimètres près : 33 X 38 X 3,5.
La mémoire est toujours du modèle FLASH mais de technologie “socket
Flash” NOR, donc organisée en blocs de 64Ko. La connexion est assurée par
un film souple élastomère conducteur à 60 contacts.
Le choix de la technologie “linear flash” ne permet pas l’organisation logicielle en blocs comme sur un média magnétique, pour cette raison, les miniatures cards ne sont pas compatibles ATA et ne possèdent par conséquent pas
de contrôleur intégré, ce qui implique la necessité d’une couche logicielle pour
réaliser la conversion des ordres de lecture/écriture et la gestion en blocs
compatibles ATA.
Cette couche s’appelle FTL Flash Translation Layer ou encore FFS Flash
File System et doit par conséquent être présente aussi bien dans l’appareil
photo que dans l’ordinateur hôte.
Ce média est bien sûr utilisé par INTEL dans son KIT 971 PC, donc par
le SAMSUNG Digimax 30 mais aussi dans le KONIKA Q-EZ (et dans le HP
PhotoSmart par conséquent) . En d’autres termes, ce n’est pas vraiment un
succès commercial.
Les cartes SmartMedia
Aussi appellées SSFDC Solid State Floppy Disc Card, ou carte disquette
à semi-conducteurs, ont été développées par TOSHIBA, qui leur a donné leur
nom ( SmartMedia est une marque déposée).
Elles se caractérisent par leur très faible épaisseur : 0,76 mm, la même
qu’une carte de crédit. La technologie utilisée pour la fabrication est similaire à
celle des cartes à puces brevetées par Jean MORENO (invention Française).
Le circuit intégré (la puce seulement, sans le boîtier) est déposé à
l’envers contre les connecteurs métalliques auxquels elle est reliée électriquement par de minces fils conducteurs. L’ensemble est moulé dans un support en
plastique souple comme indiqué figure 52 ci-dessous.
Connecteurs
fil conducteur
Isolant
puce
0,76
Support plastique
Fig. 52 - coupe d’une carte à puce Les dimensions de l’ensemble en font le plus petit support mémoire amovible disponible actuellement (2 grammes) et constituent une limite pratique
au-deçà de laquelle des risques de perte ou de dommages physiques sont inévitables.
La carte est constituée d’une seule puce de mémoire Flash qui définit la
capacité totale disponible. La technologie utilisée est la NAND. Existantes en
5 V pour les plus anciennes limitées à 2 ou 4 Mo (puces de 16Mbits ou
-108-
45
pastille
de protection
4MB -5V
8MB-3.3V
37
Fig. 53 - Cartes SmartMédia Les cartes ne contenant qu’une seule puce de mémoire, elles ne possèdent
pas de contrôleur intégré et ne sont donc pas directement compatibles ATA.
(c’est le genre de carte retenu par la société SEGA pour ses consoles de jeu).
L’exploitation exige un contrôleur dans l’appareil photo et un autre dans
l’ordinateur hôte.
La lecture s’effectue dans ce dernier cas, par le biais d’un adaptateur actif de mêmes dimensions qu’une disquette 3”1/2 dans lequel se glisse la carte.
L’adaptateur et sa carte s’insèrent ensuite dans un lecteur 3”1/2 comme une
vulgaire disquette que l’ordinateur va reconnaître comme telle, à la capacité
près.
Cet adaptateur développé par TOSHIBA porte le nom commercial de
“FlashPath”, necessite une petite pile lithium, accepte les cartes de 5V ou de
3,3 V, fonctionne sous WINDOWS 95 et coûte environ 550,00 F.
Il existe aussi depuis peu un lecteur direct sur port parallèle pour cartes
de 5V ou 3,3V fonctionnant sous Windows 95/98 et commercialisé par la société INTERMAT/SCM Microsystèmes au même prix (bientôt disponible en
France).
Une troisième solution, réservée aux utilisateurs d’ordinateurs portables
est l’utilisation d’un adaptateur actif SSFDC / PCMCIA type II dans lequel on
glisse la carte smartmedia. Commercialisé par la société VIKING Components, il est bi-tension et coûte environ 360,00 F.
Cette combinaison est utilisée sur le FUJI DS-300 ( professionnel) qui
possède un port PCMCIA et devient ainsi bi-standard utilisant soit une PC
card, soit une smartmédia via l’adaptateur.
Du fait de leur existence en deux tensionsde fonctionnement, les cartes
sont repérées par le chanfrein supérieur, situé à gauche pour la tension de
5V, et à droite pour la 3,3 V (Cf figure 53).
Les nouvelles cartes 3,3V ne peuvent ainsi s’insérer dans un appareil
ancien fonctionnant en 5V. C’est le cas des FUJI DX5, DX7, DS7 (et donc
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Apple QuickTake 200 ) et MINOLTA Dimage V.
Les modèles plus récents acceptent les cartes de 3,3 V, ce sont les
AGFA Ephoto 780 et 1280, EPSON PC550, FUJI MX-700, SANYO VPC-X300,
OLYMPUS Camedia C-840L, C-1000L, C-1400L et le TOSHIBA PDR2.
Certains appareils s’adaptent automatiquement au type de carte et fournissent
la tension adéquate en utilisant le niveau logique de la broche N°17 (Vcc pour
les 3,3V et indéfini pour les 5V).
Notons enfin la possibilité de protéger la carte contre un effacement accidentel par l’adjonction d’une pastille adhésive détéctée par le lecteur.
Après l’étude technique des différentes cartes utilisées actuellement pour le
stokage des images sur photoscope, il serait bon de réaliser une courte synthèse
de l’offre disponible afin d’essayer de cerner le choix judicieux en faveur de tel ou
tel modèle.
La memory stick
C’est une invention de SONY et elle n’est d’ailleurs utilisée que par ce
constructeur.
C’est toujours le principe des mémoires flash et seul le boîtier est vraiment
très spécial avec des dimensions qui le font fortement ressembler à une tablette de
chewing-gum !
Ce support est désormais utilisé dans les derniers modèles de photoscopes
de la marque comme le bi-megapixel DSC-F505 livré avec un mémory stick d’une
capacité de 4 Mo.
C’est aussi la solution retenue dans les caméscopes numériques disposant de
la fonction “photo” comme sur le DCR-PC100.
Les capacité disponibles actuellement sont de 4 Mo à 32 Mo pour des prix allant de 250,00 F (4Mo) à 700,00 F (32 Mo).
Il est à noter qu’il existe aussi comme pour les smart média, un adaptateur
pour lecteur de disquette à un prix d’environ 750,00 F.
Synthèse des modèles de cartes
Il est très difficile de donner un avis tranché sur le type de carte mémoire idéal
tant les objectifs des constructeurs sont variés.
L’idée générale est la réduction drastique des dimensions pour s’incorporer
dans des appareils dont l’essence est d’être portables et d’offrir la plus grande autonomie possible à l’utilisateur sans recourir au cycle contraignant des transferts
longs et répétitifs sur un ordinateur fixe.
Nous verrons plus loin que des solutions alternatives sont envisageables pour
offrir une meilleure portabilité de l’ensemble de prise de vue/stockage.
L’objectif sera atteint dans le domaine de l’autonomie quand les capacités de
stockage amovible pourront rivaliser avec les films argentiques en terme de prix par
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vue. Actuellement, sur un photoscope “MégaPixel”, une carte 4Mo permet de
prendre environ 22 photos en qualité standard.
Un utilisateur moyen en vacances consomme 3 bobines 24 X 36 de 36 poses.
La même quantité exigerait en numérique 24Mo, soit un coût de 3270,00 F en
SmartMédia, frais de tirage non compris. On comprend l’intérêt d’un média économique !
La tendance de la photo numérique étant désormais à des appareils dotés de
capteurs offrant de plus en plus de pixels et donc des images détaillées plus volumineuses, le maintien de la quantité de vues passe obligatoirement par une augmentation proportionnelle des capacités de stockage des supports.
Les dimensions quant à elles ne peuvent descendre en-deça d’un minimum
sous peine de desservir l’utilisateur préssé ou peu délicat. Dans ce domaine, la
compactFlash paraît une limite acceptable, alors que la SmartMédia donne une impression de fragilité. Une carte de crédit présente quand même une surface trois
fois plus importante.
On pourrait donc résumer l’offre actuelle en disant que :
La SmartMedia présente un coût moins élevé pour les faibles capacités (8Mo)
du fait de l’absence de contrôleur intégré, de circuit imprimé et de boîtier.
L’absence de contrôleur se paye par un surcoût dans l’appareil et exige
une couche logicielle supplémentaire pour la conversion des commandes
DOS de lecture/écriture et d’effacement.
Leur faible épaisseur et leur poids négligeable (< 2g) les expose à des
“dommages corporels” et leur connecteur en surface est une cible de choix
pour les décharges électrostatiques.
Utilisées conjointement avec l’adaptateur “FlashPath”, elles s’utilisent
comme une disquette sur un ordinateur de bureau dépourvu de port PCMCIA.
Les PC cards sont les championnes toutes catégories du stockage. Le standard PCMCIA étant bien rodé, elles ont eu le temps de s’installer confortablement sur le marché des ordinateurs portables.
Les volumes offerts les orientent résolument vers des appareils professionnels où le nombre de vues importe moins que le poids des fichiers dans
lesquels les données ne sont pas compressées.
Le contrôleur intégré gère au mieux les échanges de données et les cellules deffectueuses (une cellule est considérée morte au bout de 300.000
écritures) ce qui allège d’autant le logiciel embarqué.
Leur coût élevé est dû au boitier, au connecteur, au circuit imprimé et au
contrôleur. Elles ne necessitent par contre aucun adaptateur sur un port PCMCIA.
Dans le même esprit, les compactFlash sont des PC cards miniatures,
dont l’objectif avoué est d’ailleurs de les supplanter dans le monde de la photo
numérique.
Leur coût légèrement inférieur est dû à un boitier et donc un circuit imprimé plus petits.
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Offrant des capacités plus que confortables, elles ont conquis le marché
des photoscopes grand public avec près de 66% des appareils équipés.
Insérées dans un adaptateur PCMCIA type II commercialisé à moins de
100 F, elles sont chargées dans un ordinateur portable, ou directement exploitées par une machine de bureau avec le lecteur “ImageMate”.
L’apparition récente d’une nouvelle version dite “type II”, un peu plus
épaisse, autorise l’implantation d’un véritable disque dur miniature (le fameux
“microdrive” d’IBM) portant la capacité à la valeur très confortable de 340 Mo !
Le PHOTO-PC 950Z d’EPSON, est équipé pour recevoir de telles cartes.
La miniature Card d’INTEL, physiquement très proche de la CompactFlash, mais sans puce de contrôle, necessite un pilote logiciel à la fois pour la
gestion des circuits de mémoire et l’adaptation ATA.
La nature élastomère de son connecteur lui a vallu, dans l’esprit du public, une réputation de composant peu fiable.
Contrairement à ses concurrentes, elle est limitée à une capacité de
64Mo du fait de son adressage linéaire.
Les nouveaux photoscopes commercialisés actuellement n’utilisent quasiment jamais ce média.
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