Während Festplatten mit magnetischer Speicherung und CDs mit optischer Speicherung arbeiten, ist das Speicherprinzip bei SD-Karten rein elektronisch realisiert. Dadurch können die Karten eine kompakte Bauform erreichen. Zentraler Ansatz ist eine einfache Elektronik pro Speicherzelle sowie möglichst wenig Leitungen.
Bei SSDs, SD- und Micro SD-Karten kommen Flash-Speicherzellen zum Einsatz, die pro Zelle nur einen Transistor und eine Lese-Schreibleitung benötigen. Abbildung 1 skizziert schematisch den Stromfluss im Transistor. Fließt ein Strom beim Lesen, so gilt dieser Zustand als eine logische 1. Kann kein Strom fließen, ist dies eine logische 0. Die beiden Zustände "Strom fließt" / "Strom fließt nicht" repräsentieren ein sogenanntes Bit. Ein Bit speichert also nur die Information "an" oder "aus", bzw. 1 oder 0. Acht Speicherzellen zusammen bilden ein Byte. Eine Million Byte sind ein Megabyte, eine Milliarde Bytes sind ein Gigabyte.
Flash Speicherprinzip
Abbildung 1 skizziert das Speicherprinzip einer Flash-Zelle.
Abbildung 1: Auslesen einer SD-Speicherzelle mit dem logischen Wert 1.
Wird auf die Speicherzelle ein Lesesignal gegeben, offnet sich die Ausleseklappe (=Transistorgate) und der enge Kanal wird freigegeben. Ein dauerhafter Strom fließt, dies entspricht einer gespeicherten 1. Eine logische Null wird auf der Zelle gespeichert, indem ein sehr starkes Auslesesignal gesendet wird. Dies geschieht über die gleiche Leseleitung wie zuvor, jedoch viel stärker als beim normalen Lesevorgang. Abbildung 2 verdeutlicht das Prinzip.
Abbildung 2: Speichern einer logischen 0. Ein sehr starkes Lesesignal verschiebt das "Floating Gate" dauerhaft.
Das starke Lesesignal "zieht" das Floating Gate in den geschlossenen Zustand. Der Zustrom ist versperrt, es fließt nun bei einem erneutem Lesevorgang kein Strom mehr. Nun speichert die Zelle eine logische 0. Auch im stromlosen Zustand bleibt das Floating Gate in seiner Position, es fließt kein Strom mehr. Der Zustand ist reversibel, durch ein kräftiges Signal in die andere Richtung kann das Floating Gate wieder zurückgeschoben werden. Letzlich entscheidet also der Zustand des Floating Gates über den gespeicherten Zustand. Der hier dargestellte Fluss durch Schwerkraft ist in Wirklichkeit ein elektrischer Strom (vom Source- zum Drain-Kontakt im Transistor). Zudem wird das Floating Gate nicht mechanisch verschoben, sein Zustand ändert sich durch quantenmechanische Effekte. In einer Micro SD-Karte sind nun Milliarden solcher Speicherzellen in einem Raster angeordnet.