SD卡，英文全称为：Secure Digital Memory Card，译为：安全数字卡。它是一种基于半导体快闪记忆器技术而开发出的的记忆设备，由日本松下电器、东芝及美国闪迪公司三家公司于1999年8月共同开发研制。

SD卡是一种基于Flash存储器和微控制器的记忆设备，价格低廉、存储容量大、使用方便、通用性、安全性强都是其优点，所以SD卡在日常生活与工作中的使用已经非常广泛，时下已成为最为通用的数据存储卡，如数码相机等设备上都采用SD卡作为其存储设备。近几年来，随着闪存技术的发展，SD卡价格还会不断下降且存储容量不断提高。

SD卡重量只有约2克，大小同一张邮票大小相仿，但其却拥有高记忆容量、高数据传输率、移动灵活性以及良好的安全性的特点。由于SD卡是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动造成的损坏。SD卡的结构能保证数字文件传送的安全性，也很容易重新格式化，因而被广泛地应用于便携式装置，例如数码相机、平板电脑和多媒体播放器等。

早在1994年，闪迪公司闪迪公司率先推出了CF卡（Compact Flash）。CF卡的特点是读写速度上限高、可靠性高、但价格昂贵。CF卡使用传统的针脚结构，虽然卡本身不易损坏，但是使用不当有可能会将相机的插针弄弯甚至折断。

1995年东芝推出了SM卡（SmartMedia），SM卡用来对抗MiniCard、CompactFlash和PC card等存储卡标准。SM卡曾被命名为SSFDC卡（Solid State Floppy Disk Card），并被视为是FD的替代者。 

1996年，美国闪迪公司和德国西门子股份公司共同开发了MMC（MultiMedia Card）存储卡，翻译为中文是“多媒体卡”。MMC卡采用7针接口，主要应用于数码相机、手机和PDA等设备，价格相对较高。MMC卡改善了CF卡读写速度慢的问题，并且耐冲击，可反复进行读写记录30 万次。MMC卡的技术基于东芝的NAND快闪记忆技术，因此较早期基于IntelNOR快闪记忆技术的记忆卡（如CF卡）更小型，具有小型轻量的特点，重量在2克以下。MMC卡原本使用1bit串联介面，但较新的标准则容许同时传送4 bit或8 bits的资料，MMC卡技术已差不多完全被SD卡所代替，但由于MMC卡仍可被兼容SD卡的设备所读取，因此仍有其作用。 

1999年8月，日本松下电器、东芝及美国闪迪公司三家公司于1999年8月共同开发研制了SD卡。将基本的MMC格式开发成一种设计更坚固、速度更高、具有额外安全功能和其他改进功能的新存储卡。SD卡的数据传送和物理规范由MMC发展而来，大小和MMC卡差不多，尺寸32mmx24mmx2.1mm。SD卡比MMC卡多了一个进行数据著作权保护的暗号认证功能（SDMI规格），在外形上同MMC卡保持一致，略厚于MMC卡，并且兼容MMC卡接口规范，但是SD卡的容量大得多，且读、写速度也比MMC卡快4倍。同时，SD卡的接口与MMC卡是兼容的，支持SD卡的接口大多支持MMC卡。这一产品的开发和研制在当时高度保密，因为需要固态存储的MP3播放器等便携式设备才刚刚兴起，所以可广泛使用的标准化闪存格式的潜力巨大。

威腾电子高级技术专家、SD协会主席约西·平托（Yosi Pinto）对此回忆道：“我们的工作完全保密，并且周游世界并与东芝和松下电器的合作伙伴会面，就好像我们是秘密特工一样。SD卡设计的每个方面都很重要，从它可以支持什么，到如何将其插入设备，再到通信如何工作。其实这不仅仅是创造一项技术，而是如何将想法转化为商业产品。”SD卡是东芝在MMC卡技术的基础上增加了硬件加密技术，由于MMC卡可能会较易让使用者复制数码音乐，东芝便加入这些技术希望令音乐业界安心。类似的技术包括索尼的MagicGate，理论上加密技术可引人一些数码版权管理措施，但这功能甚少被应用。用户可以使用一个USB的读卡器，在个人计算机上使用SD卡。

松下电器、闪迪公司和东芝三家企业在2000年1月成立了SD协会（Secure Digital Association，简称SDA），以一个新产业规模组织进行制定并推广记忆卡存储标准，致力于引领记忆卡技术标准的全球性标准组织。该协会成立之初仅代表 14 家会员公司，现已发展成为由约 1000 家会员公司组成的全球联盟，通过制定和采用SD卡的标准协议，提升存储卡的兼容性。在这一年，SD卡的最大容量达到64MB、传输速度约12.5MB/s。不过在随后的两年时间里，SD卡的容量快速增长——2001年SD卡的容量最大可达256MB，在2002年更是再次翻倍，达到256MB。

2003年3月，闪迪公司展示了面向手机等手持移动设备的miniSD卡，它的大小只有普通SD卡的37%，却拥有着和其一样的大容量和读写性能，且与标准的SD卡完全兼容。当时被广泛用于手机、数码相机等消费电子产品。2003年10月，SD卡市场占有率已达闪存市场的30%，跃居第一位。2004年2月，闪迪公司又和摩托罗拉发布了更小巧的microSD卡（也称为TransFlash或TF卡，尺寸为11mm×15mm×1mm），随着更小巧的MicroSD/TF卡日渐流行，MiniSD已经逐渐失宠。

在2006年，SD卡容量有8、16、32、64、128、256、512MB，或1、2、4.6、8（SDHC）GB。SD/MMC卡已经替代东芝开发的SM卡，成为了便携式数码相机使用最广泛的数字存储卡格式。2001年SM卡的市场占有率超过50%，但到了2005年下降到了40%左右，并且还在快速滑落。大部分的数码相机生产商都提供了SD卡的支持，包括佳能、尼康株式会社、伊士曼柯达公司、松下电器、柯尼卡和柯尼卡美能达办公系统（中国）有限公司等。

也是在这一年，SD协会正式对外宣布了下一代存储卡规格SD2.0，即sdhc（High Capacity）标准。SDHC是“High Capacity SD Memory Card”的缩写，即“高容量SD存储卡”。以前在SD卡中使用的FAT16/12文件系统所支持的最大容量为2GB，随着数码产品的普及和生活着的应用这个容量已经不能满足我们的使用的需要。2006年5月SD协会发布了最新版的SD 2.0的系统规范，SD协会规定SDHC必须采用FAT32文件系统，SDHC的卡最大可以做到32G的容量（2GB～32GB），所有大于2GB容量的SD卡必须符合SDHC规范，规范中指出SDHC至少需符合Class 2的速度等级，并且在卡片上必须有SDHC标志和速度等级标志。

SD2.0的规范中对于SD卡的性能上分为如下4个等级，不同等级能分别满足不同的应用要求：Class 0：包括低于Class 2和未标注Speed Class的情况；Class 2：能满足观看普通MPEG4 MPEG2电影、SDTV、DV拍摄；Class 4：可以流畅播放高清电视（HDTV），数码相机连拍等需求；Class 6：满足单反相机连拍和专业设备的使用要求。

其实sdhc就是在SD卡的基础上诞生的，只是换了一个系统规范，文件系统也有改变，同时SDHC的速度规范也有了变化，再也不是60X、133X表示。这些改变正符合现在厂商们主打是容量速度牌的宗旨，容量和速度是存储需求的真正所在。我们发现，一张小小的卡片，浓缩了无限的科技精华，在同类格式的存储卡中，他们体积不变，存取速度直线飙升，容量从普遍的512MB、1GB，提高到了8GB、16GB。这样，正是因为便携，因为大容量高速度，让消费者进入了出门一张卡的时代。

2009年4月，最新的SD规格出现，为满足大容量存储媒体的不断增长的需求，为丰富的存储应用提供更快的数据传输速率。新SDXC存储卡标准和提供4GB到32GB容量的sdhc存储卡标准相比，其所实现的容量可超越32GB，最大可达 2TB（TB：terabyte，万亿字节，1TB=1024GB）。 新规格SDXC将实现2TB的最大存储容量。并且，读写速度也将要实现104MB/Sec，预计最高能够实现300MB/Sec的极限速度。同时SD协会称，现有的SDHC、Embedded SD，SDIO等高速化技术也被导入到SDXC规格中。SDXC文件格式将采用微软的「exFAT」，产品形状和体积和现在的sdhc相比并没有改变。未来在数码相机、面向民用/专业摄影机、手机、个人电脑等产品中都将支持。

随后的9年里， SD卡的规格不断更新。2010年5月，SD 3.01带来了采用exFAT文件系统、最大容量提升到2TB的SDXC（包括microSDXC）卡；以及UHS-I高速总线，最大传输速度为104MB/s。发布于2010年9月发布的尼康株式会社D7000就是第一款支持UHS-I SD卡的可换镜头相机。

2011年6月，SD 4.0带来了UHS-II总线。这种SD卡（包括microSD卡）具有两排触点，可以实现全双工156MB/s、半双工312MB/s的传输速度。富士X-T1（发布于2014年1月）是第一款支持UHS-II SD卡的可换镜头相机。2016年2月，SD 5.0带来了视频速度等级规范，包括V30、V60、V90。而到次年，SD 6.0带来了全双工312MB/s、全双工624MB/s的UHS-III总线以及随机读取4000IOPS、随机写入2000IOPS的A2标准。UHS-III向下兼容UHS-II，但到目前为止都没有看到任何样品。

2018年6月，SD 7.0带来了最大容量可达128TB的SDUC（包括microSDUC），以及基于PCIe 3.0 x1总线和NVMe协议的SD Express卡，提供最高985MB/s的全双工传输速度，实现SD卡达到SSD的性能水平。作为SD 7.0规范的一部分，SD Express增加了PCIe和NVMe接口，以支持更高要求的应用所需的速度和容量，如8K视频采集和回放，360度相机，物联网设备，移动计算设备，汽车，和无人机等。相比之下，SD 6.0规范的数据传输速率最高为624MB/s，存储限制为2TB，但SD Express大幅提高了这些参数。除大量性能改进外，SD Express存储卡还沿袭了 SD卡长期以来的优势，即向后兼容性和互操作性。SD Express存储卡在现有 SD(UHS-I)接口的基础上新增 PCIe接口，从而可在支持SD Express的新型主机及目前市场中数十亿现有SD主机产品间实现互操作。SDA总裁坂本博之（Hiroyuki Sakamoto）补充说：“通过SD Express，我们提供全新级别的存储卡和更快的协议，让储存卡变成移动SSD。”

在此之后，SD标准还经历了两次迭代。2020年5月，SD 8.0引入了PCIe 3.0×2、PCIe 4.0×1和PCIe 4.0×2，将最高速度提升至接近4GB/s（3938MB/s）。而到了2022年，SD 9.0增加了快速启动和安全启动特性，为SD卡创造了半嵌入式应用场景。

据2020年中国闪存市场China Flash Market对中国储存卡市场进行统计，全球SD卡主要厂商有闪迪公司、金士顿、东芝、松下电器等，全球前五大厂商共占有大约45%的市场份额。中国是全球最大的市场，占有大约30%的市场份额，其次是北美地区和欧洲地区，二者共占有接近20%的份额。鉴于当下的市场趋势和需求，SD卡市场正处于快速增长阶段，并MicroSD卡占据了主导地位。据Maximize Market Research统计，2022年SD卡的市场规模达到388 亿美元。

SD卡通常由芯片、控制器和外壳组成。芯片主要负责存储数据的闪存芯片，根据容量的不同可以分为SDSC（标准容量）卡、sdhc（高容量）卡和SDXC（扩展容量）卡。SDSC卡：标准容量SD卡（Standard Capacity SD card），容量范围为1MB至2GB。 SDHC卡：高容量SD卡（High Capacity SD card），容量范围为2GB至32GB。 SDXC卡：扩展容量SD卡（eXtended Capacity SD card），容量范围为32GB至2TB。控制器控制存储器的读写操作，并与设备之间进行数据传输和通信。外壳保护芯片和控制器的塑料外壳，通常具备一个金属接点插槽（分为九个引脚），方便与设备连接。

一张SD卡的物理结构包括存储单元、存储单元接口、电源检测、卡及接口控制器和接口驱动器5个部分。存储单元是存储数据部件，存储单元通过存储单元接口与卡控制单元进行数据传输；电源检测单元保证SD卡工作在合适的电压下，如出现掉电或上电状态时，它会使控制单元和存储单元接口复位；卡及接口控制单元控制SD卡的运行状态，它包括8个寄存器；接口驱动器控制SD卡引脚的输入输出。

SD卡总共有8个寄存器，用于设定或表示SD卡信息。这些寄存器只能通过对应的命令访问，对SD卡进行控制操作并不是像操作控制器gpio相关寄存器那样一次读写一个寄存器的，它是通过命令来控制的。SDIO定义了64个命令，每个命令都有特殊意义，可以实现某一特定功能。SD卡接收到命令后，根据命令要求对SD卡内部寄存器进行修改，程序控制中只需要发送组合命令就可以实现SD卡的控制以及读写操作。

常规的SD卡共有9个引脚接口，其中包括3根power cord、1根时钟线、1根命令线和4根数据线，各信号简介如下表：

SD卡有两种工作模式，分别是：SDIO模式和SPI模式。在SDIO模式下，SD卡共使用到CLK、CMD、DAT[3：0]这6根信号线，SDIO总线与多张SD卡连接时，可以共用CLK时钟信号线，对于CMD、DAT[3：0]信号线，每张SD卡都要独立连接。在SPI模式下，SD卡共使用到CS（DAT）、CLK、MISO（DAT）、MOSI （CMD）这4根信号线，SPI总线与多张SD卡连接时，除CS片选信号线不可共用外，其他信号均可共用。

SD存储卡是由大量的集成电路组成，包括控制器和存储阵列组成，它使用SD Bus或者SPI Bus作为与外界通讯的接口。SD卡的工作过程包括两个关键步骤，识别和数据传输。

为确保SD存储卡正常工作，主机控制器需要提供稳定的电压供应，并按照用户规定的方式发送相应的控制命令。这些命令的目的是实现主机控制器与SD存储卡之间的良好交互和数据传输。

不同品牌和厂商生产的SD卡在对存取速度上的定义标准不同，这会使用户在选择SD卡时产生困扰。所以SD协会根据视频匀速写入到SD卡的最低持续速度来划分不同等级，每个等级的速率是以每秒传输多少兆字节来衡量的，单位为MB/s。SD协会定义了三种速度等级：速度等级、UHS（UltraHigh Speed）速度等级与视频速度等级。

Class等级：从SD2.0规范开始，对SD普通卡和高速卡的速度分级是Class 2、Class 4、Class 6和Class 10这4个等级。

UHS速度等级：UHS是与SDXC同时推出的SD卡总线标准，UHS速度等级适用于sdhc和SDXC。SD协会定义的UHS速度等级包括UHS速度等级1（UHS-I）和UHS速度等级3（UHS-3）UHS-1和UHS-3可应用于UHS总线IF产品系列（UHS-Ⅰ、UHS-Ⅱ和UHS-Ⅲ）。厂商一般会直接在SD卡上标注速度，这可协助消费者根据读写标志来选择所需要的功能。

视频速度等级：其定义为能满足高分辨率和高质量（4K/8K）视频录制的需求，还具有支持下一代闪存类型（如3D NAND）的重要功能。此外，视频速度等级还涵盖了高清（2K）视频的速度。SD协会定义的视频速度等级为V6、V10、V30、V60和V90。V6和V10可应用于高速和UHS总线IF产品系列，V30可应用于UHS总线IF产品系列，V60和V90可应用于UHS-II/UHS-III产品系列。

SD卡的容量可划分为4个等级，分别是：SD（Secure Digital Card，安全数字卡）、sdhc（Secure Digital High Capacity，高容量安全数字卡）、SDXC（SD eXtended Capacity，容量扩大化的安全数字卡）和SDUC（Secure Digital Ultra Capacity，超容量安全数字卡）。目前，市场中的主流SD产品是SDHC和SDXC这两种较大容量的存储卡，SD卡因容量过小，已逐渐被市场淘汰，SDUC则是容量太大，预计会出现在未来市场。FAT16文件系统，适用于小容量的SD卡，FAT32文件系统，适用于中等容量的SD卡，exFAT文件系统，适用于大容量的SD卡。

SD卡具有多种规格，其中包括品牌、存储空间、传输速度、总线速度、写入速度等。厂商会在卡面上印上符合的规格图标，因此通过卡上的规格标识，可以快速判断卡的容量、类型和最低速度，甚至适用的场景。这种方式使得在购买存储卡时，人们可以方便地判断卡是否符合自己的需求。

按照外形与尺寸，SD卡可分为三类：标准SD卡、MiniSD卡和MicroSD卡。

其中，标准SD是尺寸最大的一种，如今市面上大多数消费级数码相机和摄像机均使用标准的SD卡，这种卡有标准的”缺角“设计。MiniSD卡在性能上与标准SD卡并无太大区别，主要是尺寸更小。MiniSD卡的特点是体积小巧、性能稳定，配合专用转接卡使用，可完全兼容标准SD卡插槽，而且MiniSD卡采用的是低耗电的设计，比标准SD卡更适用于移动通信设备，因此主要用于手机、PDA、掌上电脑等信息终端。MiniSD卡现已被更加小巧的MicroSD卡取代，市面上已经很难见到。大部分标准SD卡和MiniSD卡卡身都有物理的写保护开关。MicroSD卡原名Trans-flashCard（TF卡），在2004年正式更名为MicroSD卡，由闪迪公司（闪迪）公司发明，主要应用于移动手机。

SD卡是一种安全数字存储卡，其容量一般可分为四个等级。首先是SD，即标准的安全数字卡，其容量较小，通常在2GB以下。其次是sdhc，即高容量的安全数字卡，其容量一般在2GB以上，最高可达32GB。接着是SDXC，即容量扩大化的安全数字卡，其容量范围在32GB到2TB之间。最后是SDUC，即超容量的安全数字卡，其容量可高达128TB。

SD卡的速度等级是指不同品牌和厂商生产的SD卡在对存取速度上的定义标准。由于每个品牌和厂商使用的技术和标准不同，这就会影响到用户在选择SD卡时的困扰。为了解决这个问题，SD协会根据视频匀速写入到SD卡的最低持续速度来划分不同等级，以MB/s作为衡量单位。

Class等级是从SD2.0规范开始，对SD普通卡和高速卡的速度分级。共分为四个等级，分别是Class 2、Class 4、Class 6和Class 10。随着技术的发展，UHS速度等级逐渐兴起。UHS是与SDXC同时推出的SD卡总线标准，适用于sdhc和SDXC。SD协会定义的UHS速度等级包括UHS速度等级1（UHS-I）和UHS速度等级3（UHS-Ⅲ），可应用于UHS总线IF产品系列（UHS-Ⅰ、UHS-Ⅱ和UHS-Ⅲ）。

视频速度等级是为了满足高分辨率和高质量（4K/8K）视频录制的需求而设置的。除此之外，视频速度等级还具有支持下一代闪存类型（如3D NAND）的重要功能，同时也适用于高清（2K）视频的速度。SD协会定义的视频速度等级共有五个，分别是V6、V10、V30、V60和V90。其中，V6和V10可应用于高速和UHS总线IF产品系列，V30可应用于UHS总线IF产品系列，V60和V90可应用于UHS-II/UHS-III产品系列。

照片存储与RAW格式支持：SD卡可以很好地处理RAW格式照片。RAW格式是指未经压缩或处理的原始图像数据，它捕捉到了摄影机传感器上所记录的所有数据，提供了更高的图像质量和更大的后期处理潜力。由于RAW文件的大小较大，需要更大的存储空间来保存。SD卡提供了足够的容量和读写速度，以支持存储和处理RAW格式照片。

大文件处理：对于大文件的处理，SD卡的读写速度是关键因素之一。较高的读写速度可以加快照片传输和复制的过程，同时支持快速后期处理。在选择SD卡时，推荐选择具有高速读写能力的卡，例如UHS-II或V90等级的卡，以确保在处理大文件时有更好的性能。

连拍模式：许多摄像机都配备了连拍模式，可以连续拍摄多张照片。在使用连拍模式时，SD卡的写入速度至关重要。较高的写入速度可以确保相机可以快速地将照片写入SD卡，而不会因为写入速度限制而错过重要的瞬间。对于需要频繁使用连拍模式的摄影师，建议选择具有较高写入速度的SD卡。

移动电话：在移动电话和其他PDA设备中，存储卡可用于创建可扩展的存储存储设施。通常，设备本身具有可用于数据存储和容纳设备处理活动的最小内存。由于现在的手持移动设备配备了很多功能，如拍照、短信、彩信、视频录制、数据共享等，内置内存将不够用。因此，这些设备配备了额外的存储卡插槽，用户可以根据需要安装自己的具有所需存储容量的卡。

个人电脑/笔记本电脑：个人电脑和笔记本电脑中的存储卡可用于有效地管理系统内存，因为计算机本身的内存有一定的容量。添加新的存储卡有助于有效地开发计算机系统的整体存储空间，并具有相当高的性能。除了将额外的数据从存储卡传输到系统内存之外，存储器还可以用于以其他方式传输数据。也就是说，用于将数据从卡传输到系统存储器以及从系统存储器传输到卡。这导致了存储卡设备的多用途应用，并成为跨设备管理数据的丰富资源的方法。

汽车系统：SD卡集成到汽车系统中，用于存储导航数据、软件更新、多媒体文件和其他车辆相关信息，通常用于汽车导航系统、信息娱乐系统和车载诊断。

工业应用：SD卡可应用于各种工业环境，包括嵌入式系统、数据记录器、监控摄像头和工业自动化，提供可靠且紧凑的存储解决方案，用于在苛刻的工业条件下存储关键数据。

事实上，SD卡的应用范围不只是上述领域，因为它是适用于众多领域和设备的多功能存储解决方案，其兼容性、便携性和不同的存储容量使他成为全球广泛采用的存储介质。

《日经亚洲评论》(联合作者ALEX FANG、LAULY LI和CHING TING-FANG)于2019年5月24日报道，制定SD存储卡标准的SD协会将华为移出了会员名单。SD存储卡协会（SD Association）表示将遵照美国商务部将华为列入黑名单的决议，禁止华为继续担任SD协会的成员。华为则回应称，在华为的智能手机上使用SD卡不会受到影响，消费者可以继续购买和使用这些产品。5月29日消息，SD存储卡协会恢复华为成员资格。

SD协会在2018年6月26-28日上海MWC大会上正式公布全新一代SD 7.0标准规范的制定工作，新规范将定义基于PCI-E协议的SD卡规格，大大提升其性能，甚至直逼SSD。PCI-E协议的加入，将给SD卡带来新的发展机遇，比如性能提升空间更大，比如简化SD卡与包括PC在内的其他设备的互连。