Stocare de date cu bandă magnetică - Magnetic tape data storage
| Memoria computerului și tipurile de stocare a datelor |
|---|
| Volatil |
| Ne volatil |
Stocarea datelor pe bandă magnetică este un sistem pentru stocarea informațiilor digitale pe bandă magnetică utilizând înregistrarea digitală .
Banda a fost un mediu important pentru stocarea primară a datelor în computerele timpurii, folosind în mod obișnuit role deschise mari de bandă cu 7 piste , mai târziu cu 9 piste . Banda magnetică modernă este cel mai frecvent ambalată în cartușe și casete, cum ar fi seria larg acceptată Linear Tape-Open (LTO) și seria IBM 3592 . Dispozitivul care efectuează scrierea sau citirea datelor se numește unitate de bandă . Încărcătoarele automate și bibliotecile de benzi sunt adesea utilizate pentru automatizarea manipulării și schimbului de cartușe. Compatibilitatea a fost importantă pentru a permite transferul de date.
Stocarea datelor pe bandă este acum utilizată mai mult pentru backupul sistemului, arhivarea datelor și schimbul de date. Costul redus al benzii a păstrat-o viabilă pentru stocare și arhivare pe termen lung.
Deschideți role
Inițial, banda magnetică pentru stocarea datelor a fost înfășurată pe role de 10,5 inci (27 cm) . Acest standard pentru sistemele de calculatoare de mari dimensiuni a persistat până la sfârșitul anilor 1980, cu o creștere constantă a capacității datorită substraturilor mai subțiri și modificărilor de codificare. Cartușele și casetele de bandă au fost disponibile începând cu mijlocul anilor 1970 și au fost utilizate frecvent cu sistemele de calculatoare mici. Odată cu introducerea cartușului IBM 3480 în 1984, descris ca „aproximativ o pătrime din dimensiunea ... totuși a stocat cu până la 20 la sută mai multe date”, sistemele de calculatoare mari au început să se îndepărteze de benzile deschise ale bobinelor și spre cartușe.
UNIVAC
Banda magnetică a fost folosit pentru prima dată la date informatice record in 1951 pe UNIVAC I . UNISERVO Mediul de înregistrare unitate a fost o bandă metalică subțire de 0,5 inch (12,7 mm) lățime nichel -plated bronz fosforos . Densitatea înregistrării a fost de 128 de caractere pe inch (198 micrometri / caracter) pe opt piese la o viteză liniară de 100 in / s (2,54 m / s), obținând o rată de date de 12,800 de caractere pe secundă. Din cele opt piese, șase erau date, una era pentru paritate , iar una era un ceas, sau o pistă de sincronizare. Având în vedere spațiul gol dintre blocurile de bandă, rata de transfer efectivă a fost de aproximativ 7.200 de caractere pe secundă. O bobină mică de bandă mylar asigura separarea de banda metalică și de capul de citire / scriere.
Formate IBM
Computerele IBM din anii 1950 foloseau bandă acoperită cu oxid feric similar cu cea utilizată în înregistrarea audio. Tehnologia IBM a devenit în curând standardul industrial de facto . Dimensiunile benzii magnetice aveau o lățime de 0,5 inci (12,7 mm) și înfășurate pe role detașabile. Diferite lungimi de bandă erau disponibile cu 1.200 picioare (370 m) și 2.400 picioare (730 m) pe mil și jumătate grosime fiind oarecum standard. În anii 1980, lungimea mai mare a benzii, cum ar fi 3.600 picioare (1.100 m), a devenit disponibilă utilizând o peliculă PET mult mai subțire . Majoritatea unităților de bandă ar putea suporta o dimensiune maximă a rolei de 10,5 inci (267 mm). O așa-numită mini-rolă era obișnuită pentru seturile de date mai mici, cum ar fi distribuția software. Acestea erau role de 18 inci, de multe ori fără lungime fixă - banda a fost dimensionată pentru a se potrivi cantității de date înregistrate pe ea ca măsură de economisire a costurilor.
CDC a folosit benzi magnetice de 1 ⁄ 2- inch (13 mm) compatibile IBM , dar a oferit și o variantă de 1 inch lățime (25 mm), cu 14 piese (12 piese de date corespunzătoare cuvântului de 12 biți al procesoarelor periferice din seria CDC 6000 , plus doi biți de paritate) în unitatea CDC 626.
Unitățile de bandă IBM timpurii, cum ar fi IBM 727 și IBM 729 , erau unități de podea sofisticate mecanic, care foloseau coloane de vid pentru a memora bucle lungi de bandă în formă de U. Între controlul servo al motoarelor puternice cu tambur, o acționare a cabestanului cu masă redusă și fricțiunea redusă și tensiunea controlată a coloanelor de vid, se poate realiza pornirea și oprirea rapidă a benzii la interfața bandă-cap. Accelerarea rapidă este posibilă deoarece masa benzii din coloanele de vid este mică; lungimea benzii tamponate în coloane oferă timp pentru accelerarea rolelor cu inerție ridicată . Când sunt active, cele două role de bandă au alimentat astfel banda sau au scos banda din coloanele de vid, rotindu-se intermitent în rafale rapide, nesincronizate, rezultând acțiuni vizuale izbitoare. Fotografiile stocate de astfel de unități de bandă cu coloană de vid în mișcare au fost folosite în mod ironic pentru a reprezenta computerele din filme și televiziune.
Banda timpurie de jumătate de inch avea șapte piese paralele de date de-a lungul lungimii benzii, permițând caractere de șase biți plus un bit de paritate scris pe bandă. Aceasta a fost cunoscută sub numele de bandă cu șapte piese . Odată cu introducerea mainframe-ului IBM System / 360 , au fost introduse benzi cu nouă piese pentru a susține noile caractere pe 8 biți pe care le-a folosit. Sfârșitul unui fișier a fost desemnat printr-un model special înregistrat numit semn de bandă , iar sfârșitul datelor înregistrate pe bandă cu două semne de bandă succesive. Începutul și sfârșitul fizic al benzii utilizabile au fost indicate de benzi adezive reflectorizante din folie de aluminiu plasate pe partea din spate.
Densitatea înregistrării a crescut în timp. Densitățile comune cu șapte piste au început la 200 de caractere pe șase biți pe inch (CPI), apoi la 556 și, în final, la 800. Benzile cu nouă piste aveau densități de 800 (folosind NRZI ), apoi 1600 (folosind PE ) și, în final, 6250 (folosind GCR ). Acest lucru se traduce prin aproximativ 5 megabytes la 140 megabytes pe lungime standard (2400 ft) bobină de bandă. Densitatea efectivă a crescut, de asemenea, pe măsură ce decalajul interblocării (decalaj inter-înregistrare ) a scăzut de la un nominal de 3 ⁄ 4 inch (19 mm) pe o bobină cu șapte piste la o nominală de 0,30 inci (7,6 mm) pe o bobină de 6250 bpi cu nouă piese.
Cel puțin parțial datorită succesului System / 360 și standardizării rezultate pe codurile de caractere pe 8 biți și adresarea pe octeți, casetele cu nouă piese au fost utilizate pe scară largă în întreaga industrie a computerelor în anii 1970 și 1980. IBM a întrerupt noile produse de la tambur la tambur, înlocuindu-le cu produse pe bază de cartuș, începând cu introducerea din 1984 a familiei 3480 pe bază de cartușe .
Format DEC
LINCtape și derivatul său, DECtape au fost variații ale acestei „benzi rotunde”. Acestea erau în esență un mediu de stocare personal. a folosit bandă care avea o lățime de 0,75 inci (19 mm) și a prezentat o pistă de formatare fixă care, spre deosebire de banda standard, a făcut posibilă citirea și rescrierea blocurilor în mod repetat pe loc. LINCtapes și DECtapes au o capacitate și o rată de transfer de date similare cu dischetele care le-au deplasat, dar timpii lor de acces au fost de ordinul treizeci de secunde până la un minut.
Cartușe și casete
În contextul benzii magnetice, termenul casetă sau cartuș înseamnă o lungime de bandă magnetică într-o incintă din plastic cu unul sau două role pentru controlul mișcării benzii. Tipul ambalajului afectează timpul de încărcare și descărcare, precum și lungimea benzii care poate fi ținută. Într-un cartuș cu o singură bobină, există o bobină de preluare în unitate, în timp ce un cartuș cu două bobine are atât bobine de preluare, cât și de alimentare în cartuș. O unitate de bandă folosește unul sau mai multe motoare controlate cu precizie pentru a înfășura banda de pe o bobină pe cealaltă, trecând un cap de citire / scriere așa cum se întâmplă.
Un tip diferit este cartușul de bandă fără sfârșit , care are o buclă continuă de bandă înfășurată pe o bobină specială, care permite retragerea benzii din centrul bobinei și apoi înfășurată în jurul marginii și, prin urmare, nu trebuie să deruleze înapoi pentru a repeta . Acest tip este similar cu un cartuș cu o singură bobină, deoarece nu există o bobină de preluare în interiorul unității de bandă.
Unitatea IBM 7340 Hypertape, introdusă în 1961, a folosit o casetă cu două role, cu o bandă de 2,5 cm lățime de 1 inch, capabilă să conțină 2 milioane de caractere pe șase biți pe casetă.
În anii 1970 și 1980, casetele compacte audio au fost utilizate frecvent ca sistem de stocare a datelor ieftin pentru computerele de acasă sau, în unele cazuri, pentru diagnosticare sau cod de pornire pentru sisteme mai mari, cum ar fi Burroughs B1700 . Casetele compacte sunt logice, precum și fizice, secvențiale; acestea trebuie să fie reînfășurate și citite de la început pentru a încărca date. Cartușele timpurii erau disponibile înainte ca computerele personale să aibă unități de disc la prețuri accesibile și puteau fi utilizate ca dispozitive cu acces aleatoriu , înfășurând și poziționând automat banda, deși cu timpi de acces de multe secunde.
În 1984, IBM a introdus familia 3480 de cartușe cu un singur tambur și unități de bandă care au fost apoi fabricate de un număr de furnizori până cel puțin în 2004. Oferind inițial 200 de megabyți pe cartuș, capacitatea familiei a crescut în timp la 2,4 gigaocteți pe cartuș. DLT (Digital Linear Tape), de asemenea, o bandă pe bază de cartuș, a fost disponibilă începând cu 1984, dar începând cu 2007 dezvoltarea viitoare a fost oprită în favoarea LTO.
În 2003, IBM a introdus familia 3592 pentru a înlocui IBM 3590 . În timp ce numele este similar, nu există compatibilitate între 3590 și 3592. La fel ca 3590 și 3480 înainte, acest format de bandă are o bandă de 1 ⁄ 2- inch (13 mm) înfășurată într-un singur cartuș cu role. Introdusă inițial pentru a suporta 300 de gigaocteți, a șasea generație lansată în 2018 acceptă o capacitate nativă de 20 de terabyți.
Cartușul liniar cu bandă deschisă (LTO) a fost anunțat în 1997 la 100 megabiți și în cea de-a opta generație suportă 12 terabiți în cartuș de aceeași dimensiune. Începând din 2019, LTO a deplasat complet toate celelalte tehnologii de bandă din aplicațiile de calculator, cu excepția unor familii IBM 3592 din gama high-end.
Detalii tehnice
Densitatea liniară
Octetii pe inch (BPI) este metrica pentru densitatea la care datele sunt stocate pe suportul magnetic. Termenul BPI se poate referi la biți pe inch, dar mai des se referă laoctețipe inch.
Termenul BPI poate însemna octeți pe inch când piesele unui anumit format sunt organizate de octeți, ca în casetele cu 9 piese.
Lățimea benzii
Lățimea suportului este principalul criteriu de clasificare pentru tehnologiile de bandă. O jumătate de inch (13 mm) a fost în mod istoric cea mai comună lățime a benzii pentru stocarea datelor de mare capacitate. Există multe alte dimensiuni și cele mai multe au fost dezvoltate pentru a avea ambalaje mai mici sau capacitate mai mare.
Metoda de înregistrare
Metoda de înregistrare este, de asemenea, o modalitate importantă de clasificare a tehnologiilor de bandă, care se încadrează în general în două categorii: liniară și scanare.
Liniar
Metoda liniară aranjează datele în linii paralele lungi care se întind pe lungimea benzii. Mai multe capete de bandă scriu simultan piese de bandă paralele pe un singur suport. Această metodă a fost utilizată în primele unități de bandă. Este cea mai simplă metodă de înregistrare, dar are și cea mai mică densitate a datelor.
O variație a tehnologiei liniare este înregistrarea liniară serpentină, care folosește mai multe piese decât capetele de bandă. Fiecare cap scrie încă o piesă la un moment dat. După ce ați făcut o trecere pe toată lungimea benzii, toate capetele se deplasează ușor și fac o altă trecere în sens invers, scriind un alt set de piese. Această procedură se repetă până când toate piesele au fost citite sau scrise. Prin utilizarea metodei serpentine liniare, mediul de bandă poate avea mult mai multe piese decât capetele de citire / scriere. Comparativ cu înregistrarea liniară simplă, folosind aceeași lungime a benzii și același număr de capete, capacitatea de stocare a datelor este substanțial mai mare.
Scanare
Metodele de înregistrare prin scanare scriu piese scurte și dense pe lățimea suportului de bandă, nu pe lungime. Capetele benzii sunt plasate pe un tambur sau pe un disc care se rotește rapid în timp ce banda cu mișcare relativ lentă îl trece.
O metodă timpurie utilizată pentru a obține o rată de date mai mare decât metoda liniară predominantă a fost scanarea transversală . În această metodă, un disc rotativ cu capetele benzii încorporate în marginea exterioară este plasat perpendicular pe calea benzii. Această metodă este utilizată în AMPEX DCRsi înregistratoare de date care e și vechiul AMPEX quadruplex casetă video de sistem. O altă metodă timpurie a fost scanarea arcuată . În această metodă, capetele sunt pe fața unui disc rotativ care este așezat plat pe bandă. Calea capetelor benzii formează un arc.
Înregistrarea cu scanare elicoidală scrie piese scurte și dense într-o manieră diagonală . Această metodă este utilizată de practic toate sistemele actuale de casete video și mai multe formate de benzi de date.
Blocare aspect și potrivire viteză
Într-un format tipic, datele sunt scrise pe bandă în blocuri cu spații inter-bloc între ele și fiecare bloc este scris într-o singură operație cu banda rulând continuu în timpul scrierii. Cu toate acestea, întrucât rata la care datele sunt scrise sau citite pe unitatea de bandă nu este deterministă, o unitate de bandă trebuie să facă față de obicei diferenței dintre viteza la care datele trec și se opresc de pe bandă și rata la care sunt furnizate datele sau cerut de gazda sa.
Diferite metode au fost folosite singure și în combinație pentru a face față acestei diferențe. Dacă gazda nu poate ține pasul cu rata de transfer a unității de bandă, unitatea de bandă poate fi oprită, făcută copie de rezervă și repornită (cunoscută sub numele de strălucire a pantofilor , repornirea având loc opțional la o viteză mai mică). Un tampon de memorie mare poate fi utilizat pentru a pune în coadă datele. În trecut, dimensiunea blocului gazdă a afectat densitatea datelor pe bandă, dar pe unitățile moderne, datele sunt de obicei organizate în blocuri de dimensiuni fixe care pot sau nu să fie comprimate și / sau criptate, iar dimensiunea blocului gazdă nu mai afectează densitatea datelor pe bandă. Articolul Linear Tape-Open acoperă acest lucru. Unitățile de bandă moderne oferă o funcție de potrivire a vitezei, unde unitatea poate reduce dinamic viteza fizică a benzii, după cum este necesar, pentru a evita strălucirea pantofilor.
În trecut, dimensiunea decalajului inter-bloc era constantă, în timp ce dimensiunea blocului de date se baza pe dimensiunea blocului gazdă, afectând capacitatea benzii - de exemplu, pe stocarea datelor cheie cu număr . Pe majoritatea unităților moderne, acest lucru nu mai este adevărat. Unitățile de tip Linear Tape-Open folosesc un bloc de dimensiuni fixe pentru bandă (o arhitectură cu bloc fix ), independent de dimensiunea blocului gazdă, iar decalajul inter-bloc este variabil pentru a ajuta la potrivirea vitezei în timpul scrierilor. Pe unitățile cu compresie, compresibilitatea datelor va afecta capacitatea.
Acces secvențial la date
Banda se caracterizează prin acces secvențial la date. În timp ce banda poate oferi transferuri secvențiale rapide de date, este nevoie de zeci de secunde pentru a încărca o casetă și a poziționa capul benzii într-un loc arbitrar. În schimb, tehnologia hard diskului poate efectua acțiunea echivalentă în zeci de milisecunde (cu 3 ordine de mărime mai rapid) și poate fi considerată ca oferind acces aleator la date.
Sistemele de fișiere logice necesită stocarea datelor și metadatelor pe suportul de stocare a datelor. Stocarea metadatelor într-un loc și a datelor în altul necesită multă activitate de repoziționare lentă pe majoritatea sistemelor de bandă. Ca urmare, majoritatea sistemelor de bandă utilizează un sistem de fișiere trivial în care fișierele sunt adresate după număr, nu după numele fișierului. Metadatele, cum ar fi numele fișierului sau timpul de modificare, nu sunt de obicei stocate deloc. Etichetele de bandă stochează astfel de metadate și sunt utilizate pentru schimbul de date între sisteme. Instrumentele de arhivare a fișierelor și de backup au fost create pentru a împacheta mai multe fișiere împreună cu metadatele aferente într-un singur „fișier bandă”. Unitățile de bandă serpentină (de exemplu, QIC ) pot îmbunătăți timpul de acces prin trecerea la pista corespunzătoare; partițiile de bandă au fost utilizate pentru informații despre director. Linear Tape System File este o metodă de a stoca metadate fișier de pe o parte separată a benzii. Acest lucru face posibilă copierea și lipirea fișierelor sau directoarelor pe o bandă ca și cum ar fi ca un alt disc, dar nu modifică natura accesului secvențial fundamental al benzii.
Timpul de acces
Banda are o latență destul de lungă pentru accesele aleatorii, deoarece pachetul trebuie să înfășoare în medie o treime din lungimea benzii pentru a se deplasa de la un bloc de date arbitrar la altul. Majoritatea sistemelor de bandă încearcă să atenueze latența lungă intrinsecă, fie folosind indexarea, unde se menține o tabelă de căutare separată ( directorul benzilor ) care oferă locația fizică a benzii pentru un anumit număr de bloc de date (o necesitate pentru unitățile serpentine), fie prin marcarea blocurilor cu un semn de bandă care poate fi detectat în timp ce înfășurați banda cu viteză mare.
Comprimarea datelor
Majoritatea unităților de bandă includ acum un fel de compresie de date fără pierderi . Există mai mulți algoritmi care oferă rezultate similare: LZ (majoritatea), IDRC (Exabyte), ALDC (IBM, QIC) și DLZ1 (DLT). Încorporate în hardware-ul unității de bandă, acestea comprimă un tampon relativ mic de date la un moment dat, deci nu pot realiza o compresie extrem de mare chiar și a datelor extrem de redundante. Un raport de 2: 1 este tipic, unii furnizori susținând 2.6: 1 sau 3: 1. Raportul obținut efectiv cu datele reale este adesea mai mic decât cifra declarată; raportul de compresie nu poate fi invocată atunci când specificând capacitatea echipamentului, de exemplu, o unitate susținând o capacitate de 500GB comprimat poate să nu fie adecvate pentru copii de siguranță 500GB de date reale. Datele care sunt deja stocate în mod eficient nu poate permite nici o compresie semnificativă; o bază de date rară poate oferi factori mult mai mari. Comprimarea software-ului poate obține rezultate mult mai bune cu date rare, dar folosește procesorul computerului gazdă și poate încetini backupul dacă nu este capabil să se comprime la fel de repede pe cât sunt scrise datele.
Algoritmii de compresie utilizați în produsele low-end nu sunt cei mai eficienți cunoscuți astăzi și rezultate mai bune pot fi obținute, de obicei, prin dezactivarea compresiei hardware ȘI utilizând compresia software (și criptarea, dacă se dorește).
Text simplu, imagini brute și fișiere de baze de date ( TXT , ASCII , BMP , DBF etc.) se comprimă mult mai bine decât alte tipuri de date stocate pe sistemele de computer. În schimb, datele criptate și datele precomprimate ( PGP , ZIP , JPEG , MPEG , MP3 etc.) cresc în mod normal în dimensiune dacă se aplică compresia datelor. În unele cazuri, această extindere a datelor ar putea ajunge până la 15%.
Criptare
Există standarde pentru criptarea casetelor. Criptarea este utilizată astfel încât, chiar dacă o bandă este furată, hoții nu pot folosi datele de pe bandă. Gestionarea cheilor este crucială pentru menținerea securității. Compresia este mai eficientă dacă se face înainte de criptare, deoarece datele criptate nu pot fi comprimate eficient datorită entropiei pe care o introduce. Unele unități de bandă de întreprindere pot cripta rapid datele. Algoritmii de criptare în flux simetric pot oferi, de asemenea, performanțe ridicate.
Memorie cartuș și autoidentificare
Unele cartușe de bandă, în special cartușele LTO , au mici cipuri de stocare a datelor asociate încorporate în cartușe pentru a înregistra metadate despre bandă, cum ar fi tipul de codificare, dimensiunea stocării, datele și alte informații. De asemenea, este obișnuit ca cartușele de bandă să aibă coduri de bare pe etichete pentru a ajuta o bibliotecă de benzi automată.
Viabilitate
Banda rămâne viabilă în centrele de date moderne, deoarece:
- este mediul cu cel mai mic cost pentru stocarea unor cantități mari de date;
- ca mediu detașabil, permite crearea unui spațiu aerian care poate împiedica piratarea, criptarea sau ștergerea datelor;
- longevitatea sa permite păstrarea extinsă a datelor, care ar putea fi solicitată de agențiile de reglementare.
Cele mai mici costuri ale stocării în cloud pot fi, de asemenea, bandă.
Medii magnetice de înaltă densitate
În 2014, Sony a anunțat că au dezvoltat, utilizând o nouă tehnologie de formare a filmului subțire sub vid, capabilă să formeze particule de cristal extrem de fine, o tehnologie de stocare a benzii cu cea mai mare densitate de date a benzii magnetice raportate, 148 Gbit / in² (23 Gbit / cm²) , permițând potențial o capacitate de bandă nativă de 185 TB. Acesta a fost dezvoltat în continuare de Sony , cu anunț în 2017, despre o densitate de date raportată de 201 Gbit / in² (31 Gbit / cm²), oferind o capacitate standard de bandă comprimată de 330 TB.
În mai 2014, Fujifilm a urmat Sony și a făcut un anunț că va dezvolta un cartuș de bandă de 154 TB împreună cu IBM , care va avea o densitate de stocare a datelor de 85,9 GBit / in² (13,3 miliarde de biți pe cm²) pe bandă magnetică cu particule magnetice liniare . Tehnologia dezvoltată de Fujifilm, numită NANOCUBIC, reduce volumul de particule al benzii magnetice BaFe, crescând simultan netezimea benzii, crescând raportul semnal / zgomot în timpul citirii și scrierii, permițând în același timp răspunsul de înaltă frecvență.
În decembrie 2020, Fujifilm și IBM au anunțat o tehnologie care ar putea duce la o casetă cu bandă cu o capacitate de 580 terabytes, folosind ferita de stronțiu ca suport de înregistrare.
Lista cronologică a formatelor de benzi
|
Vezi si
- Stocarea datelor computerizate
- Depozitare magnetică
- Unitate de banda
- Depozit de informații
- Proliferarea datelor
- Marcaj de bandă
- Linear Tape-Open