Ленточный накопитель
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 стоимость единицы и длительную архивную стабильность.
Ленточный накопитель обеспечивает хранение с последовательным доступом , в отличие от жесткого диска , который обеспечивает хранение с прямым доступом . Дисковод может переместиться в любую позицию на диске за несколько миллисекунд, но ленточный накопитель должен физически перематывать ленту между катушками, чтобы прочитать какой-либо конкретный фрагмент данных. В результате ленточные накопители имеют очень большое среднее время доступа . Однако ленточные накопители могут очень быстро передавать данные с ленты, когда требуемая позиция достигнута. Например, по состоянию на 2017 год [update] Linear Tape-Open (LTO) поддерживает скорость непрерывной передачи данных до 360 МБ/с, что сопоставимо со скоростью жестких дисков.
Дизайн
[ редактировать ]
Магнитные ленты емкостью менее одного мегабайта впервые были использованы для хранения данных на мейнфреймах в 1950-х годах. По состоянию на 2018 год [update], была доступна емкость несжатых данных 20 терабайт или выше 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 накопителях, таких как DECTape . В DECtape были индексированные блоки фиксированного размера, которые можно было перезаписывать, не нарушая 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, сегментирование и линейная змеевидная компоновка для записи данных на ленту.
Ленточные накопители можно подключать к компьютеру через интерфейсы SCSI , Fibre Channel , SATA , USB , FireWire , FICON или другие. [а] Ленточные накопители используются с автозагрузчиками и ленточными библиотеками , которые автоматически загружают, выгружают и сохраняют несколько лент, увеличивая объем данных, которые можно хранить без ручного вмешательства.
На заре домашних компьютеров дисководы для гибких и жестких дисков были очень дорогими. Многие компьютеры имели интерфейс для хранения данных через аудиомагнитофон , обычно 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 жесткие диски сделало такие альтернативы устаревшими.
Сжатие данных
[ редактировать ]Поскольку некоторые данные можно сжать до меньшего размера, чем исходные файлы, при продаже ленточных накопителей стало обычным явлением указывать емкость, исходя из степени сжатия 2: 1; таким образом, лента емкостью 80 ГБ будет продаваться как «80/160». Истинная емкость хранилища также известна как собственная емкость или необработанная 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 обеспечивать степень сжатия выше 10:1.
Технические ограничения
[ редактировать ]
Неблагоприятный эффект, называемый Чистка обуви происходит во время чтения/записи, если скорость передачи данных падает ниже минимального порога, при котором головки стримера были разработаны для передачи данных на непрерывно работающую ленту или с нее. В этой ситуации современный быстродействующий стример не может мгновенно остановить ленту. Вместо этого привод должен замедлить скорость и остановить ленту, перемотать ее на небольшое расстояние, перезапустить, вернуться в точку, в которой потоковая передача была остановлена, а затем возобновить работу. Если условие повторяется, результирующее движение ленты вперед и назад напоминает чистку обуви 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. Вычислительной мощности компьютера и доступной памяти обычно было недостаточно для обеспечения постоянного потока, поэтому ленточные накопители обычно проектировались для работы в режиме «старт-стоп» . В ранних приводах использовались очень большие золотники, которые обязательно имели высокую инерцию и не могли легко начинать и останавливать движение. Чтобы обеспечить высокую производительность запуска, остановки и поиска, несколько футов свободной ленты проигрывались и втягивались всасывающим вентилятором в два глубоких открытых канала по обе стороны от головки ленты и шпилей . Длинные тонкие петли ленты, висящие в этих вакуумных колоннах, имели гораздо меньшую инерцию, чем две катушки, и их можно было быстро запускать, останавливать и перемещать. Большие катушки будут двигаться по мере необходимости, чтобы удержать провисшую ленту в вакуумных колоннах.
Позже в большинстве ленточных накопителей 1980-х годов появился внутренний буфер данных , чтобы несколько уменьшить количество ситуаций запуска и остановки. [б] Эти приводы часто называют ленточными стримерами . Лента останавливалась только тогда, когда в буфере не было данных для записи или когда он был полон данных во время чтения. Когда стали доступны более быстрые ленточные накопители, несмотря на то, что они были буферизованы, они начали страдать от жесткой последовательности остановки, перемотки и запуска.
Некоторые новые приводы имеют несколько скоростей и реализуют алгоритмы, которые динамически согласовывают уровень скорости ленты со скоростью передачи данных компьютера. Примерные уровни скорости могут составлять 50 процентов, 75 процентов и 100 процентов от полной скорости. Компьютер, который передает данные медленнее, чем самый низкий уровень скорости (например, 49 процентов), все равно будет вызывать чистку обуви.
СМИ
[ редактировать ]Магнитная лента обычно помещается в корпус, известный как кассета или картридж — например, 4-дорожечный картридж и компакт-кассета . Кассета содержит магнитную ленту для воспроизведения различного аудиоконтента с использованием одного и того же проигрывателя. Внешняя оболочка, изготовленная из пластика, иногда с металлическими пластинами и деталями, облегчает обращение с хрупкой лентой, что делает ее гораздо более удобной и прочной, чем катушки с открытой лентой. Простые аналоговые кассетные аудиомагнитофоны обычно использовались для хранения и распространения данных на домашних компьютерах в то время, когда дисководы для гибких дисков были очень дорогими. Commodore Datasette представлял собой специальную версию данных, использовавшуюся на том же носителе.
История
[ редактировать ]| Год | Производитель | Модель | Емкость | Достижения |
|---|---|---|---|---|
| 1951 | Ремингтон Рэнд | УНИСЕРВО | 224 КБ | Первый компьютерный стример, использованный 1 ⁄ 2 дюйма никелированной из фосфористой бронзы Лента |
| 1952 | ИБМ | 726 | Использование пластиковой ленты ( ацетат целлюлозы ); 7-дорожечная лента , на которой можно хранить каждый 6-битный байт плюс бит четности. | |
| 1958 | ИБМ | 729 [с] | Отдельные головки чтения/записи, обеспечивающие прозрачную проверку чтения после записи. [3] | |
| 1964 | ИБМ | 2400 | 9-дорожечная лента , на которой можно хранить каждый 8-битный байт плюс бит четности. | |
| 1970-е годы | ИБМ | 3400 | Автоматическая загрузка катушек и приводов с лентой, позволяющая избежать ручной заправки ленты Запись с групповым кодированием для устранения ошибок | |
| 1972 | 3M | Четвертьдюймовый картридж (QIC-11) | 20 МБ | Кассета с лентой (с двумя катушками) Линейная змеевидная запись [4] |
| 1974 | ИБМ | 3850 | Картридж с лентой (с одной катушкой) Первая ленточная библиотека с роботизированным доступом [5] | |
| 1975 | (различный) | Стандарт Канзас-Сити | Использование стандартных аудиокассет. | |
| 1977 | Коммодор Интернэшнл | Набор данных коммодора | 1978 КБ | |
| 1980 | Шифр | (F880?) | Буфер ОЗУ для маскировки задержек запуска и остановки [6] [7] | |
| 1984 | ИБМ | 3480 | 200 МБ | Внутренняя приемная бобина с автоматическим механизмом намотки ленты. Тонкопленочная магниторезистивная (МР) головка [8] |
| 1984 | Декабрь | ТК50 | 94 МБ | цифровой линейной ленты (DLT) Линейка продуктов [9] |
| 1986 | ИБМ | 3480 | 400 МБ | Аппаратное сжатие данных (алгоритм IDRC) [10] ) |
| 1987 | Эксабайт / Sony | EXB-8200 | 2,4 ГБ | Первый спиральный цифровой ленточный накопитель Устранение системы шпиля и прижимных роликов. |
| 1993 | Декабрь | Тх87 | Каталог ленты (база данных с номером первой метки ленты на каждом змеевидном проходе) [11] | |
| 1995 | ИБМ | 3570 | Серво треки — записанные на заводе треки для точного позиционирования головы (Time Based Servoing или TBS) [12] Лента при выгрузке перематывается до средней точки — время доступа сокращается вдвое (требуется кассета с двумя катушками). [13] | |
| 1996 | HP | ДДС3 | 12 ГБ | Метод считывания максимального правдоподобия частичного ответа (PRML) — без фиксированных порогов [14] |
| 1997 | ИБМ | СУДС | Виртуальная лента — дисковый кэш, имитирующий ленточный накопитель. [5] | |
| 1999 | Эксабайт | Мамонт-2 | 60 ГБ | Небольшое колесо с тканевым покрытием для чистки головок ленты. Неактивные полировальные головки для подготовки ленты и удаления мусора и излишков смазки. Раздел чистящего материала в начале каждой ленты с данными. |
| 2000 | Квантовый | Отличный ТРР | 110 ГБ | Оптический сервопривод, точно позиционирующий головки [15] |
| 2000 | Линейная лента-открытая | ЛТО-1 | 100 ГБ | |
| 2003 | ИБМ | 3592 | 300 ГБ | Виртуальная обратная зацепка |
| 2003 | Линейная лента-открытая | ЛТО-2 | 200 ГБ | |
| 2003 | Сони | ЗНАЕТ-1 | 500 ГБ | Однобарабанный картридж для спиральной записи |
| 2005 | ИБМ | ТС1120 | 700 ГБ | |
| 2005 | Линейная лента-открытая | ЛТО-3 | 400 ГБ | |
| 2006 | СохранениеТек | Т10000 | 500 ГБ | Несколько головок и сервоприводов на каждый привод [16] |
| 2007 | Линейная лента-открытая | ЛТО-4 | 800 ГБ | |
| 2008 | ИБМ | ТС1130 | 1 ТБ | Возможность шифрования, встроенная в диск |
| 2008 | СохранениеТек | Т10000Б | 1 ТБ | |
| 2010 | Линейная лента-открытая | ЛТО-5 | 1,5 ТБ | Линейная ленточная файловая система (LTFS), которая позволяет получать доступ к файлам на ленте напрямую в файловой системе (аналогично дисковым файловым системам) без дополнительной базы данных ленточной библиотеки. |
| 2011 | ИБМ | ТС1140 | 4 ТБ | Поддерживается линейная ленточная файловая система (LTFS) |
| 2011 | СохранениеТек | Т10000С | 5 ТБ | Поддерживается линейная ленточная файловая система (LTFS) |
| 2012 | Линейная лента-открытая | ЛТО-6 | 2,5 ТБ | |
| 2013 | СохранениеТек | Т10000Д | 8,5 ТБ | |
| 2014 | ИБМ | ТС1150 | 10 ТБ | |
| 2015 | Линейная лента-открытая | ЛТО-7 | 6 ТБ | |
| 2017 | ИБМ | ТС1155 | 15 ТБ | |
| 2017 | Линейная лента-открытая | ЛТО-8 | 12 ТБ | |
| 2018 | ИБМ | ТС1160 | 20 ТБ | |
| 2021 | Линейная лента-открытая | ЛТО-9 | 18 ТБ | |
| 2023 | ИБМ | ТС1170 | 50 ТБ |
Емкость
[ редактировать ]Производители часто указывают емкость лент, используя методы сжатия данных; сжимаемость варьируется для разных данных (обычно от 2:1 до 8:1), и указанная емкость может быть не достигнута для некоторых типов реальных данных. По состоянию на 2014 год [update]ленточные накопители большей емкости все еще разрабатывались.
В 2011 году Fujifilm и IBM объявили, что им удалось записать 29,5 миллиардов бит на квадратный дюйм с помощью магнитных носителей, разработанных с использованием частиц феррита бария (BaFe) и нанотехнологий, что позволяет использовать накопители с истинной (несжатой) емкостью ленты 35 ТБ. [17] [18] Ожидалось, что технология станет коммерчески доступной в течение как минимум десяти лет.
В 2014 году Sony и IBM объявили, что им удалось записать 148 миллиардов бит на квадратный дюйм с помощью магнитной ленты, разработанной с использованием новой технологии вакуумного формирования тонких пленок, способной формировать чрезвычайно мелкие кристаллические частицы, что обеспечивает истинную емкость ленты 185 ТБ. [19] [20]
15 декабря 2020 года Fujifilm и IBM анонсировали технологию феррита стронция (SrFe), теоретически способную хранить 580 ТБ на кассете с лентой. [21]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Исторические интерфейсы включают также ESCON , параллельный порт , IDE , Pertec .
- ^ Некоторые современные конструкции все еще разрабатываются для работы нелинейным образом. Форматы IBM 3xxx предназначены для обеспечения движения ленты независимо от буфера данных: сегменты записываются, когда данные доступны, а промежутки записываются, когда буферы опустошаются. Когда привод обнаруживает период простоя, он повторно считывает фрагментированные сегменты в буфер и записывает их обратно поверх фрагментированных разделов — «виртуальный обратный ход». [1]
- ^ По состоянию на январь 2009 г. [update]В Музее истории компьютеров подключены работающие ленточные накопители IBM 729 в Маунтин-Вью, Калифорния, к работающей системе IBM 1401 . [2]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Меллор, Крис (2 марта 2005 г.). «Фиксация ленты мейнфрейма завершена» . ТехМир . Архивировано из оригинала 5 июня 2012 г.
- ^ «1401Реставрация-ЧМ» . 14 мая 2011 г. Архивировано из оригинала 14 мая 2011 года . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ Харрис, JP; Филлипс, ВБ; Уэллс, Дж. Ф.; Вингер, WD (сентябрь 1981 г.). «Инновации в проектировании подсистем магнитной ленты» (PDF) . IBM J. Res. Дев . 25 (5): 691–700. дои : 10.1147/rd.255.0691 . Архивировано из оригинала (PDF) 9 сентября 2006 г. Проверено 19 апреля 2023 г.
- ^ Крэндалл, Дэрил (30 апреля 1990 г.). «Другой обзор ленточных систем 1/4» . Список рассылки Sun Managers. Архивировано из оригинала 10 марта 2012 г. Проверено 21 апреля 2013 г.
- ^ Jump up to: а б «Архивы IBM: пятьдесят лет инноваций в области хранения данных» . 03.ibm.com. 23 января 2003 года . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Безрычажный магнитный ленточный накопитель с электронным эквивалентом длины ленты - Cipher Data Products, Inc» . Freepatentsonline.com. 19 февраля 1985 г. Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию ленточного транспорта модели F880» . Архивировано из оригинала 22 сентября 2007 года . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Подсистема магнитной ленты IBM 3480» . 03.ibm.com. 23 января 2003 года . Проверено 19 апреля 2013 г.
- ^ «Руководство по техническому обслуживанию DECsystem 5100» (PDF) . Август 1990 года . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Миграция резервных копий на магнитную ленту 3480 и 3490» . ООО «Продвинутая загрузка» . Проверено 19 апреля 2013 г.
- ^ "Лента" . Alumnus.caltech.edu. Архивировано из оригинала 17 июля 2011 г. Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Технология жестких дисков с плоскими головками для линейной записи на магнитную ленту» . Архивировано из оригинала 16 февраля 2008 года . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Архивная копия» . Архивировано из оригинала 17 октября 2007 г. Проверено 19 марта 2007 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ «Поиск данных — Hewlett-Packard Development Company, LP» . Freepatentsonline.com . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Ленточные войны: конец близок? - Ленточные накопители - Тенденция или событие отрасли - страница 2 | Обзор компьютерных технологий» . Findarticles.com. Архивировано из оригинала 10 июля 2012 г. Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Продукты и технологии ленточных накопителей STK» (PDF) . Проверено 31 января 2012 г.
- ^ «Магнитная лента FujiFilm с ферритом бария устанавливает мировой рекорд по плотности данных: 29,5 миллиардов бит на квадратный дюйм» . Фуджифильм. 22 января 2010 года . Проверено 13 июля 2011 г.
- ^ Харрис, Робин (24 января 2010 г.). «Ленточный картридж емкостью 70 ТБ: слишком много, слишком поздно?» . ЗДНет . Архивировано из оригинала 5 января 2013 года . Проверено 13 июля 2011 г.
- ^ «Sony разрабатывает технологию магнитной ленты с самой высокой в мире*1 плотностью записи — 148 Гбит/дюйм2» . Сони Глобал . Проверено 4 мая 2014 г.
- ^ Фингас, Джон (4 мая 2014 г.). «Лента данных Sony емкостью 185 ТБ заставит посрамить ваш жесткий диск» . Engadget . Проверено 4 мая 2014 г.
- ^ Марк Ланц. «Гибридные облака будут полагаться на магнитную ленту еще десятилетия» . ИБМ .