Ленточный накопитель
Устройство хранения данных
Ленточный накопитель DDS (внизу). Сверху слева направо: лента DDS-4 (20 ГБ), лента Data8 112m (2,5 ГБ), лента QIC DC-6250 (250 МБ) и дискета 3,5" (1,44 МБ).

Ленточный накопитель — это устройство хранения данных , которое считывает и записывает данные на магнитную ленту . Хранение данных на магнитной ленте обычно используется для автономного архивного хранения данных. Ленточные носители обычно имеют выгодную себестоимость единицы и длительную архивную стабильность.

Ленточный накопитель обеспечивает последовательный доступ к хранилищу, в отличие от жесткого диска , который обеспечивает прямой доступ к хранилищу. Дисковод может перемещаться в любую позицию на диске за несколько миллисекунд, но ленточный накопитель должен физически наматывать ленту между катушками, чтобы считать любой конкретный фрагмент данных. В результате ленточные накопители имеют очень большое среднее время доступа . Однако ленточные накопители могут очень быстро передавать данные с ленты, когда достигается требуемая позиция. Например, по состоянию на 2017 год Linear Tape-Open (LTO) поддерживает непрерывную скорость передачи данных до 360 МБ/с, что сопоставимо со скоростью жестких дисков.[обновлять]

Дизайн

Внешний ленточный накопитель QIC

Магнитные ленточные накопители емкостью менее одного мегабайта впервые были использованы для хранения данных на мэйнфреймах в 1950-х годах. По состоянию на 2018 год [обновлять]были доступны емкости 20 терабайт и более несжатых данных на картридж.

В ранних компьютерных системах магнитная лента служила основным носителем информации, поскольку, хотя приводы были дорогими, ленты были недорогими. Некоторые компьютерные системы запускали операционную систему на ленточных приводах, таких как DECtape . DECtape имел индексированные блоки фиксированного размера, которые можно было перезаписывать, не затрагивая другие блоки, поэтому DECtape можно было использовать как медленный дисковод.

Ленточные накопители данных могут использовать передовые методы обеспечения целостности данных, такие как многоуровневое прямое исправление ошибок, черепичная компоновка и линейная змеевидная компоновка для записи данных на ленту.

Ленточные накопители можно подключать к компьютеру с помощью интерфейсов SCSI , Fibre Channel , SATA , USB , FireWire , FICON или других. [a] Ленточные накопители используются с автозагрузчиками и ленточными библиотеками , которые автоматически загружают, выгружают и сохраняют несколько лент, увеличивая объем данных, которые можно сохранить без ручного вмешательства.

На заре домашних вычислений дисководы и жесткие диски были очень дорогими. Многие компьютеры имели интерфейс для хранения данных через аудиомагнитофон , как правило, на компакт-кассетах . Простые специализированные ленточные накопители, такие как профессиональный DECtape и домашний ZX Microdrive и Rotronics Wafadrive , также были разработаны для недорогого хранения данных. Однако падение цен на дисководы сделало такие альтернативы устаревшими.

Сжатие данных

Поскольку некоторые данные можно сжать до меньшего размера, чем исходные файлы, при маркетинге ленточных накопителей стало обычным делом указывать емкость, предполагая коэффициент сжатия 2:1; таким образом, лента емкостью 80 ГБ будет продаваться как «80/160». Истинная емкость хранилища также известна как собственная емкость или сырая емкость. Фактически достижимая степень сжатия зависит от сжимаемых данных. Некоторые данные имеют небольшую избыточность; например, большие видеофайлы уже используют сжатие и не могут быть сжаты дальше. С другой стороны, база данных с повторяющимися записями может допускать коэффициент сжатия лучше, чем 10:1.

Технические ограничения

Большой шкаф, размером примерно с вертикальный холодильник, со стеклянной верхней частью, в которой находятся две катушки магнитной ленты, и нижней частью с кнопками управления, обрамленными вертикальными канавками.
Ленточный накопитель Control Data Corporation 606, в нижней части которого видны две длинные вертикальные вакуумные колонны.

Неблагоприятный эффект, называемыйЧистка обуви происходит во время чтения/записи, если скорость передачи данных падает ниже минимального порога, при котором головки ленточного накопителя были спроектированы для передачи данных на или с непрерывно работающей ленты. В этой ситуации современный быстро работающий ленточный накопитель не может мгновенно остановить ленту. Вместо этого накопитель должен замедлиться и остановить ленту, перемотать ее на небольшое расстояние, перезапустить, вернуться в положение, в котором остановилась потоковая передача, и затем возобновить работу. Если условие повторяется, результирующее движение ленты вперед и назад напоминает чисткуобуви тряпкой. Чистка обуви снижает достижимую скорость передачи данных, срок службы накопителя и ленты, а также емкость ленты.

В ранних ленточных накопителях прерывистая передача данных была нормальной и неизбежной. Мощность обработки компьютера и доступная память обычно были недостаточными для обеспечения постоянного потока, поэтому ленточные накопители обычно проектировались для работы в режиме старт-стоп . Ранние накопители использовали очень большие катушки, которые обязательно имели высокую инерцию и не могли легко начать и остановить движение. Чтобы обеспечить высокую производительность запуска, остановки и поиска, несколько футов свободной ленты разматывались и втягивались всасывающим вентилятором в два глубоких открытых канала по обе стороны от головки ленты и кабестанов . Длинные тонкие петли ленты, висящие в этих вакуумных колоннах, имели гораздо меньшую инерцию, чем две катушки, и их можно было быстро запускать, останавливать и менять положение. Большие катушки перемещались по мере необходимости, чтобы удерживать провисшую ленту в вакуумных колоннах.

Позже, большинство ленточных накопителей 1980-х годов ввели использование внутреннего буфера данных , чтобы несколько сократить ситуации старт-стоп. [b] Эти накопители часто называют ленточными стримерами . Лента останавливалась только тогда, когда буфер не содержал данных для записи или когда он был заполнен данными во время чтения. По мере того, как стали доступны более быстрые ленточные накопители, несмотря на буферизацию, накопители начали страдать от последовательности «остановка, перемотка, запуск».

Некоторые новые приводы имеют несколько скоростей и реализуют алгоритмы, которые динамически подбирают уровень скорости ленты к скорости передачи данных компьютера. Примерами уровней скорости могут быть 50 процентов, 75 процентов и 100 процентов от полной скорости. Компьютер, который передает данные медленнее самого низкого уровня скорости (например, 49 процентов), все равно будет вызывать чистку обуви.

СМИ

Магнитная лента обычно размещается в корпусе, известном как кассета или картридж — например, 4-дорожечный картридж и компакт-кассета . Кассета содержит магнитную ленту для предоставления различного аудиоконтента с использованием того же проигрывателя. Внешняя оболочка, сделанная из пластика, иногда с металлическими пластинами и деталями, обеспечивает простоту обращения с хрупкой лентой, делая ее гораздо более удобной и надежной, чем катушки с открытой лентой. Простые аналоговые кассетные аудиомагнитофоны обычно использовались для хранения и распространения данных на домашних компьютерах в то время, когда дисководы были очень дорогими. Commodore Datasette была специализированной версией данных, использующей тот же носитель.

История

ГодПроизводительМодельЕмкостьДостижения
1951Ремингтон РэндУНИСЕРВО224 КБПервый компьютерный ленточный накопитель, использовавший ленту из никелированной фосфорной бронзы шириной 1 ⁄ 2 дюйма
1952ИБМ726Использование пластиковой ленты ( ацетат целлюлозы );
7-дорожечная лента , которая могла хранить каждый 6-битный байт плюс бит четности
1958ИБМ729 [с]Отдельные головки чтения/записи, обеспечивающие прозрачную проверку чтения после записи. [3]
1964ИБМ24009-дорожечная лента , на которой можно было хранить каждый 8-битный байт плюс бит четности
1970-еИБМ3400Автоматическая загрузка ленточных катушек и приводов, исключающая ручную заправку ленты.
Групповая кодированная запись для устранения ошибок.
19723МКартридж четверть дюйма (QIC-11)20 МБЛенточная кассета (с двумя катушками)
Линейная серпантинная запись [4]
1974ИБМ3850Ленточный картридж (с одной катушкой)
Первая ленточная библиотека с роботизированным доступом [5]
1975(различный)стандарт Канзас-СитиИспользование стандартных аудиокассет
1977Коммодор ИнтернешнлCommodore Dataset1978 КБ
1980Шифр(Ф880?)Буфер ОЗУ для маскировки задержек запуска-остановки [6] [7]
1984ИБМ3480200 МБВнутренняя приемная катушка с автоматическим механизмом приема ленты.
Тонкопленочная магниторезистивная (МР) головка [8]
1984ДЕКАБРЬТК5094 МБЛинейка продукции Digital Linear Tape (DLT) [9]
1986ИБМ3480400 МБАппаратное сжатие данных (алгоритм IDRC [10] )
1987Эксабайт / SonyEXB-82002,4 ГБПервый цифровой ленточный накопитель со спиральной лентой

Устранение системы кабестан и прижимных роликов

1993ДЕКАБРЬТх87Каталог лент (база данных с первым номером ленточной метки на каждом змеевидном проходе) [11]
1995ИБМ3570Серводорожки — записанные на заводе дорожки для точного позиционирования головки (Time Based Servoing или TBS) [12]
Лента при разгрузке перематывается в среднюю точку — время доступа сокращается вдвое (требуется двухкатушечная кассета) [13]
1996л.с.ДДС312 ГБМетод считывания максимального правдоподобия частичного ответа (PRML) — без фиксированных пороговых значений [14]
1997ИБМСДСВиртуальная лента — дисковый кэш, эмулирующий ленточный накопитель [5]
1999ЭксабайтМамонт-260 ГБНебольшое колесо, покрытое тканью, для очистки головок ленты. Неактивные полировальные головки для подготовки ленты и удаления мусора или излишков смазки. Секция чистящего материала в начале каждой ленты данных.
2000КвантовыйСупер DLT110 ГБОптический сервопривод, точно позиционирующий головки [15]
2000Линейная лента-ОткрытаяЛТО-1100 ГБ
2003ИБМ3592300 ГБВиртуальный задний упор
2003Линейная лента-ОткрытаяЛТО-2200 ГБ
2003СониСАИТ-1500 ГБОднокатушечный картридж для спиральной записи
2005ИБМТС1120700 ГБ
2005Линейная лента-ОткрытаяЛТО-3400 ГБ
2006StorageTekТ10000500 ГБНесколько головных узлов и сервоприводов на привод [16]
2007Линейная лента-ОткрытаяЛТО-4800 ГБ
2008ИБМTS11301 ТБВозможность шифрования интегрирована в диск
2008StorageTekТ10000Б1 ТБ
2010Линейная лента-ОткрытаяЛТО-51,5 ТБЛинейная ленточная файловая система (LTFS), которая позволяет получать доступ к файлам на ленте в файловой системе напрямую (аналогично дисковым файловым системам) без дополнительной базы данных библиотеки лент
2011ИБМТС11404 ТБПоддерживается линейная ленточная файловая система (LTFS)
2011StorageTekТ10000С5 ТБПоддерживается линейная ленточная файловая система (LTFS)
2012Линейная лента-ОткрытаяЛТО-62,5 ТБ
2013StorageTekТ10000Д8,5 ТБ
2014ИБМТС115010 ТБ
2015Линейная лента-ОткрытаяЛТО-76 ТБ
2017ИБМTS115515 ТБ
2017Линейная лента-ОткрытаяЛТО-812 ТБ
2018ИБМТС116020 ТБ
2021Линейная лента-ОткрытаяЛТО-918 ТБ
2023ИБМТС117050 ТБ

Емкость

Производители часто указывают емкость лент, используя методы сжатия данных; сжимаемость различается для разных данных (обычно от 2:1 до 8:1), и указанная емкость может не быть достигнута для некоторых типов реальных данных. По состоянию на 2014 год [обновлять]ленточные накопители, способные обеспечить большую емкость, все еще находились в стадии разработки.

В 2011 году компании Fujifilm и IBM объявили, что им удалось записать 29,5 миллиардов бит на квадратный дюйм с помощью магнитной ленты, разработанной с использованием частиц феррита бария (BaFe) и нанотехнологий, что позволило создать накопители с истинной (несжатой) емкостью ленты 35 ТБ. [17] [18] Ожидалось, что эта технология не будет доступна для коммерческого использования в течение как минимум десятилетия.

В 2014 году компании Sony и IBM объявили, что им удалось записать 148 миллиардов бит на квадратный дюйм с помощью магнитной ленты, разработанной с использованием новой технологии вакуумного тонкопленочного формования, способной формировать чрезвычайно мелкие кристаллические частицы, что обеспечивает реальную емкость ленты 185 ТБ. [19] [20]

15 декабря 2020 года компании Fujifilm и IBM анонсировали технологию стронциевого феррита (SrFe), которая теоретически способна хранить 580 ТБ на одном картридже с лентой. [21]

Примечания

  1. ^ Исторические интерфейсы включают также ESCON , параллельный порт , IDE , Pertec .
  2. ^ Некоторые современные конструкции все еще разрабатываются для работы в нелинейном режиме. Форматы IBM 3xxx разработаны для поддержания движения ленты независимо от буфера данных — сегменты записываются, когда данные доступны, но пробелы записываются, когда буферы пустеют. Когда привод обнаруживает период простоя, он перечитывает фрагментированные сегменты в буфер и записывает их обратно поверх фрагментированных секций — «виртуальный обратный удар». [1]
  3. ↑ По состоянию на январь 2009 года в [обновлять]Музее компьютерной истории в Маунтин-Вью, Калифорния, имеются рабочие ленточные накопители IBM 729, подключенные к рабочей системе IBM 1401. [2]

Ссылки

  1. ^ Меллор, Крис (2005-03-02). "Mainframe tape lock-in ended". TechWorld . Архивировано из оригинала 2012-06-05.
  2. ^ "1401Restoration-CHM". 2011-05-14. Архивировано из оригинала 14 мая 2011 г. Получено 2012-01-31 .
  3. ^ Harris, JP; Phillips, WB; Wells, JF; Winger, WD (сентябрь 1981 г.). «Инновации в проектировании подсистем магнитной ленты» (PDF) . IBM J. Res. Dev . 25 (5): 691– 700. doi :10.1147/rd.255.0691. Архивировано из оригинала (PDF) 9 сентября 2006 г. . Получено 19 апреля 2023 г. .
  4. ↑ Крэндалл, Дэрил (30 апреля 1990 г.). «Еще одно резюме ленточных систем 1/4». Sun Managers Mailing List. Архивировано из оригинала 10 марта 2012 г. Получено 21 апреля 2013 г.
  5. ^ ab "Архивы IBM: Пятьдесят лет инноваций в области хранения данных". 03.ibm.com. 23 января 2003 г. Архивировано из оригинала 24 января 2005 г. Получено 31 января 2012 г.
  6. ^ "Безвинтовой магнитный ленточный накопитель с электронным эквивалентом длины ленты - Cipher Data Products, Inc". Freepatentsonline.com. 1985-02-19 . Получено 2012-01-31 .
  7. ^ "Инструкции по эксплуатации и техническому обслуживанию ленточного транспортера модели F880". Архивировано из оригинала 22 сентября 2007 г. Получено 31 января 2012 г.
  8. ^ "IBM 3480 magnetic tape subsystem". 03.ibm.com. 23 января 2003 г. Архивировано из оригинала 15 апреля 2005 г. Получено 2013-04-19 .
  9. ^ "DECsystem 5100 Maintenance Guide" (PDF) . Август 1990. Получено 2012-01-31 .
  10. ^ "Миграция резервного копирования на ленту 3480 и 3490". advanced downloading ltd . Получено 19.04.2013 .
  11. ^ "Tape". Alumnus.caltech.edu. Архивировано из оригинала 2011-07-17 . Получено 2012-01-31 .
  12. ^ "Технология жесткого диска с плоскими головками для линейной записи на ленту". Архивировано из оригинала 16 февраля 2008 года . Получено 2012-01-31 .
  13. ^ "Архивная копия". Архивировано из оригинала 2007-10-17 . Получено 2007-03-19 .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
  14. ^ "Извлечение данных - Hewlett-Packard Development Company, LP". Freepatentsonline.com . Получено 2012-01-31 .
  15. ^ "Tape Wars: Is The End Near? - ленточные накопители - Отраслевая тенденция или событие - страница 2 | Computer Technology Review". Findarticles.com. Архивировано из оригинала 2012-07-10 . Получено 2012-01-31 .
  16. ^ "Продукты и технологии ленточных накопителей STK" (PDF) . Получено 2012-01-31 .
  17. ^ "Магнитная лента FujiFilm Barium-Ferrite устанавливает мировой рекорд по плотности данных: 29,5 миллиарда бит на квадратный дюйм". Fujifilm. 22 января 2010 г. Получено 13 июля 2011 г.
  18. ^ Харрис, Робин (24 января 2010 г.). «Ленточный картридж на 70 ТБ: слишком много, слишком поздно?». ZDNet . Архивировано из оригинала 5 января 2013 г. Получено 13 июля 2011 г.
  19. ^ "Sony разрабатывает технологию магнитной ленты с самой высокой в ​​мире*1 плотностью записи 148 Гбит/дюйм2". Sony Global . Получено 2014-05-04 .
  20. ^ Fingas, Jon (4 мая 2014 г.). «Лента Sony емкостью 185 ТБ затмит ваш жесткий диск». Engadget . Получено 04.05.2014 .
  21. ^ Марк Ланц. «Гибридные облака будут полагаться на магнитную ленту в течение десятилетий». IBM .
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Ленточный_накопитель&oldid=1247044427"