Supporti di memorizzazione per la Fotografia Digitale

by / giovedì, 04 luglio 2019 / Published in Alta Fotografia, Fotografia, Il blog

 

Supporti di memorizzazione per le fotografie digitali

dove possiamo memorizzare al meglio le nostre fotografie

 

La scena fotografica che avevamo in mente è davanti a noi e abbiamo a disposizione la nostra fotocamera. Scattiamo e la fotocamera digitale trasforma la scena in un segnale elettrico che finalmente possiamo memorizzare per poterlo poi rivedere a nostro piacimento, a questo punto abbiamo bisogno di un dispositivo che ci permetta questa operazione: una memoria.

Vediamo quali sono le caratteristiche generali delle memorie. Possiamo sintetizzarle in un circuito elettronico che permette di registrare e mantenere un valore. Nella maggior parte dei casi la grandezza che si può memorizzare ha due soli valori, è di tipo binario, per poter memorizzare grandezze diverse vengono raggruppati e codificati insieme più valori, il byte.

sistema di acquisizione/elaborazione dati: l’elaboratore gestisce il flusso di tutte le informazioni che provengono dall’esterno e le immagazzina nella memoria.

Le prime memorie che sono state costruite (agli inizi degli anni 50) erano a nuclei di ferrite. Facendo passare l’opportuna corrente nei fili disposti a traliccio si otteneva la memorizzazione del dato nel nucleo. Queste memorie avevano delle dimensioni enormi se paragonate a quelle attuali.

evoluzione delle memorie: vecchia memoria a nuclei di ferrite (senza contenitore e circuiti di controllo) per memorizzare 8 byte da 8 bit e nuova memoria di tipo micro SD (con contenitore e circuiti di controllo) per memorizzare 8 Giga byte (8 miliardi di byte) da 8 bit.

Una evoluzione sono state le memorie RAM (Ramdon Access Memory – Memorie ad Accesso Casuale) dove gli elementi che permettono di immagazzinare la carica sono dei micro condensatori. Quando viene accumulata una carica possiamo dire che il condensatore è allo stato logico “uno”, nel caso contrario è allo stato logico “zero”. In questo modo abbiamo memorizzato un bit.
I condensatori, a causa delle perdite interne, si scaricano e bisogna costantemente ricaricarli, nella nomenclatura tecnica questa operazione è il refresh, la ricarica va eseguita con un intervallo di tempo regolare che è detto ciclo di refresh.
Ogni condensatore è accoppiato ad un transistor, di tipo MOSFET, che permette di mantenere o di modificare lo stato del condensatore. Questi transistor sono disposti sotto forma di matrice (in inglese array). Per accedere alla matrice bisogna fornire l’indirizzo di riga (row) e di colonna (column). Ogni punto memoria è quindi caratterizzato da un indirizzo, corrispondente ad un numero di riga ed uno di colonna. Una caratteristica che rende queste memorie inadatte all’uso fotografico è la perdita dei dati se togliamo l’alimentazione, queste memorie sono dette volatili.

Diversamente dalle precedenti, la tecnologia Flash ha reso possibile un incredibile guadagno in velocità ma soprattutto queste memorie sono non volatili, il dato è memorizzato per un tempo lunghissimo, che possiamo considerare permanente.

Le flash memory, in italiano memoria di tipo flash, sono una tipologia di memorie a stato solido di tipo non volatile che utilizzano la struttura precedentemente descritta. Esistono due tipologie principali di memorie flash: le NOR flash e le NAND flash, ed una tipologia ibrida, la AND flash.

Per le memorie NOR, le prime ad essere state prodotte, ogni cella è formata da un MOSFET ma con due terminali di Gate anziché uno. Il primo è il solito Control Gate (CG) mentre il secondo è detto Floating Gate (FG). Viene realizzato tra il normale CG ed il substrato ma è isolato da uno strato di ossido. Quando la carica raggiunge il FG, superando la barriera di potenziale data dall’ossido, viene memorizzata.

Le NOR flash vengono programmate attraverso un processo detto hot electron iniection (iniezione di elettroni a caldo) mentre le NAND flash usano l’iniezione di cariche per effetto tunnel. Per leggere il valore, per entrambe le tipologie di memoria, viene sfruttato l’effetto tunnel. La lettura e la scrittura delle memorie FLASH richiedono tempi a volte molto diversi tra loro, inoltre il numero di scritture per una memoria FLASH non è illimitato (il valore tipico è superiore a diecimila).

Le memorie di tipo NOR sono impiegate principalmente in quei campi che richiedono il salvataggio permanente di dati raramente soggetti a modifiche, ad esempio, i sistemi operativi delle fotocamere digitali. Esse minimizzano il tempo di accesso per la lettura dei dati ed hanno prestazioni migliori dovute al basso consumo energetico per le operazioni di lettura e scrittura.

Le memorie di tipo NAND sono ottimizzate per l’aggiornamento rapido dei dati ed inoltre sono basate su processi di produzione più economici. Risultano dieci volte più veloci delle corrispondenti a tecnologia NOR e usano meno spazio a parità di prestazioni.

Le prestazioni rispetto ad una memoria RAM sono superiori: maggiore velocità nella lettura e scrittura dei dati, maggiore affidabilità, altissima resistenza agli shock meccanici, bassissimi consumi. Per contro il costo è molto più alto. Al momento attuale sono i supporti più utilizzati nelle fotocamere e nelle videocamere.

Utilizzando i sistemi precedentemente descritti sono stati standardizzati e utilizzati vari tipi di schede di memoria:

  • Compact Flash (CF)
  • Smart Media
  • Multi Media Card
  • Secure Digital (SD)
  • Mini e Micro SD

Compact Flash

Secure Digital

Tutti questi diversi dispositivi hanno come unico scopo quello di conservare, anche in assenza di alimentazione, le informazioni in formato digitale. Per ogni tipo sono stati fissate le caratteristiche fisiche e le funzionalità.

Ci sono state fotocamere che memorizzavano su mini disk e successivamente su Smart Media ma sono supporti che sono stati velocemente abbandonati, i principali tipi di memorie utilizzati sono la Compact Flash e la Secure Digital.

Per entrambi i tipi le principali caratteristiche sono:

  • caratteristiche fisiche: temperatura di funzionamento da -25 ºC a 85 ºC; resistenza all’acqua ed agli urti; immunità ai campi magnetici; le dimensioni del dispositivo.
  • Capacità: il valore massimo di byte che possono essere memorizzati (si misura in Giga byte).
  • Operazioni: le schede di memoria per il loro funzionamento devono essere inizialmente formattate (operazione che si può ripetere in qualunque momento ma vengono persi tutti i dati registrati) e successivamente ci possiamo scrivere un dato (salvare una scena) o leggere un dato (trasferire mediante un lettore la scena ad un elaboratore). La memoria, come un normale Hard Disk, è suddivisa in unità di allocazione e con l’uso ripetuto i file potrebbero essere frammentati (con perdita della velocità di scrittura). Dopo un utilizzo prolungato è opportuno deframmentare le memorie oppure formattarle di nuovo.
  • Protocollo di comunicazione: per poter trasferire i dati abbiamo sempre necessità di un protocollo per il trasferimento alla massima velocità.
  • Velocità di lettura: la velocità con cui trasferiamo i dati dalla scheda al nostro archivio. È la velocità più alta della scheda e talvolta è la sola indicata sul dispositivo.
  • Velocità di scrittura: Le velocità con cui vengono memorizzate le immagini scattate. Maggiore è il valore della velocità di scrittura e più piccolo sarà il tempo necessario per salvare la scena nella scheda di memoria. Se il tempo è piccolo potremo inoltre scattare delle fotografie a “raffiche” più lunghe prima di essere costretti a memorizzare tutti i dati. Un altro vantaggio è quello di poter archiviare contemporaneamente file sia tipo JPEG che RAW. Una velocità tra i 30 Mega byte al secondo e i 45 Mega byte al secondo è già sufficiente per scopi amatoriali o semi professionali (le compatte digitali di fascia alta oppure Reflex di fascia bassa). Una velocità di 95 Mega byte al secondo o superiore è quella necessaria ai professionisti (Reflex professionali). Alcuni costruttori indicano la velocità con valori di 300x/400x/600x etc. . Non esiste però un vero e proprio coefficiente di conversione; si può approssimare un 300x con il valore di 45 Mega byte al secondo, un 400x con 60 Mega byte al secondo e così via. Si può dire, in molti casi ma non sempre, che il valore di x vale circa 0,15. Nella realtà però la velocità di scrittura può non corrispondere per vari fattori.
  • Classe: la velocità di scrittura dati in modo continuativo, caratteristica fondamentale per memorizzare i file video.

piedinatura adottata per le Secure Digital e visione dei circuiti interni

Possiamo riassumere le caratteristiche delle memorie nella seguente tabella dove nella prima colonna viene riportato il valore distintivo, nella seconda colonna la velocità di lettura massima teoricamente raggiungibile, nella terza colonna la velocità di scrittura e nell’ultima colonna la classe per la memoria. Va subito detto che i vari costruttori non utilizzano gli stessi standard e di conseguenza spesso i dati possono generare confusione o non sono tra di loro coerenti.

 

Valore

Velocità di lettura
(Mega byte/s)

Velocità di scrittura
(Mega byte/s)

Classe

6x

7.2

10x

12.0

13x

16.0

2

2

26x

32.0

4

4

32x

38.4

5

40x

48.0

6

6

66x

80.0

10

10

100x

120.0

15

133x

160.0

20

150x

180.0

22

200x

240.0

30

266x

320.0

40

300x

360.0

45

400x

480.0

60

600x

720.0

90

800x

960.0

120

Le Compact Flash hanno le dimensione di 42,8 x 36,4 mm con uno spessore che cambia a seconda dello standard. Per i modelli di Compact Flash di Tipo I abbiamo uno spessore di 3,3 mm mentre per i modelli di Compact Flash di Tipo II abbiamo uno spessore di 5 mm.

La capacità delle schede CF varia da 16 Mega byte a 256 Giga byte a secondo delle specifiche.

Per lo standard CF 2.0 la velocità di trasferimento è stata fissata a 16 Mega byte al secondo, sulla scheda la velocità è spesso indicata usando il fattore di moltiplicazione: 1x corrisponde a 150 Kilo byte al secondo. Per lo standard CF 3.0 la velocità di trasferimento è stata fissata a 66 Mega byte al secondo. Per lo standard CF 4.0 la velocità di trasferimento è stata fissata, in accordo con le specifiche IDE Ultra DMA 133, al valore di 133 Mega byte al secondo.

simbologia presente sulle Compact Flash (per gli standard attuali questa scheda è poco capiente ma molto veloce è buona anche per le riprese video)

Le Secure Digital hanno tre formati con dimensioni fisiche sempre più piccole:

  • l’originario formato SD (32 x 24 x 2,1 mm);
  • il miniSD (21,5 x 20 x 1,4 mm);
  • il microSD (11 x 15 x 1 mm).

Anche le schede nei formati miniSD e microSD, mediante semplici adattatori, possono essere utilizzate con lettori di schede SD.

Le Secure Digital hanno capacità molto elevate. La capacità massima attuale delle SD è di 512 GB; mentre le miniSD e le microSD hanno capacità inferiori.

simbologia presente sulle Secure Digital (questa scheda possiede delle caratteristiche eccezionali – il prezzo è però giustificato solo per i professionisti)

Grazie al massiccio impiego come unità di archiviazione le SD sono state ampiamente sviluppate:

  • SDHC (Secure Digital High Capacity, Secure Digital ad alta capacità): Sono anche chiamate SD 2.0. Le SDHC sono classificate in base alla velocità di scrittura, che le divide in classi. La capacità massima teorica di questo standard è di 32 Giga byte.
  • SDXC (Secure Digital eXtended Capacity, Secure Digital a capacità estesa): Sono anche chiamate SD 3.0. La capacità massima teorica è di 2 Tera byte. La velocità del BUS è di 104 Mega byte al secondo. Il File System è del tipo exFAT.
  • La specifica SD 4.0 porta la velocità a 300 Mega byte al secondo con trasferimento dati in modo seriale anziché parallelo e il supporto di algoritmi di cifratura a 128 bit.
  • SDXC UHS-1 e UHS-3 (Secure Digital eXtended Capacity, Ultra High Speed, velocità altissima): Queste schede di memoria hanno velocità compatibili con la registrazione in tempo reale. Le sigle U1 (UHS Speed Class 1) e U3 (UHS Speed Class 3) stanno a indicare quelle schede di memoria in grado di garantire una velocità minima costante di scrittura dei dati pari a 10 o 30 Mega byte al secondo.

Concludendo possiamo dire che le SD sono le più utilizzate soprattutto nelle fotocamere digitali compatte, ma anche in molte fotocamere reflex. Le CF sono spesso utilizzate nelle reflex semi professionali e professionali. Sono entrambe memorie flash, cioè memorie allo stato solido, che all’interno non hanno nessun meccanismo in movimento, dunque sono molto resistenti. Le SD hanno un contenitore molto robusto con i contatti superficiali. Le CF presentano invece un connettore con numerosi fori di contatto.

sul mercato troviamo tantissimi accessori per le schede di memoria. Diversi lettori per leggerne il contenuto e tanti adattatori tra i vari formati

Ad oggi troviamo sul mercato memorie SD che hanno capacità fino a 512 Giga byte, con un costo che può arrivare fino a diverse centinaia di euro. Per le CF troviamo capacità fino a 256 Giga byte, con un costo che anche in questo caso può arrivare a diverse centinaia di euro. Di solito le fotocamere hanno un solo slot per uno dei due tipi ma esistono fotocamere che hanno più slot, anche di tipo misto. Le memorie che devono avere caratteristiche elevate sono senza dubbio quelle per le fotocamere che acquisiscono i filmati nel formato 4K, dove oltre alla velocità è richiesto che il flusso dei dati sia gestito in modo continuativo, non possiamo sospendere il filmato per salvare la parte già acquisita.

Le reflex professionali possono avere più di uno slot di memoria, a volte dello stesso tipo (CF o SD) ma anche di tipo misto (CF + SD)

Dovendo scegliere la nostra memoria da acquistare è importante avere una memoria con grande capacità e nello stesso tempo avere una grande velocità (naturalmente queste memorie sono le più costose sul mercato). Dovendo acquistare una memoria la prima caratteristica che dovremmo considerare è la sua velocità. Un ultimo consiglio pratico: portarsi sempre dietro una memoria di scorta per poter sopperire ad eventuali malfunzionamenti, il peso e l’ingombro di una memoria sono veramente irrisori.

 

FRANCESCO

questo articolo è stato pubblicato sulla rivista FOTOGRAFARE 5 (Maggio) del 2015 nella rubrica di ALTA FOTOGRAFIA.

P.S. Visto il tempo trascorso dalla pubblicazione va precisato che l’impianto tecnico dell’articolo è sempre valido ma risulteranno poco attendibili le eventuali ricerche di mercato o le scansioni temporali dei prodotti fotografici citati nel medesimo.

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