Ленточный накопитель

Материал из Национальной библиотеки им. Н. Э. Баумана
Последнее изменение этой страницы: 19:05, 24 декабря 2016.

Ленточный накопитель (так же стример) — запоминающее устройство на принципе магнитной записи на ленточном носителе, с последовательным доступом к данным, по принципу действия аналогичен бытовому магнитофону.

Существует такие области деятельности, где до сих пор отлично чувствуют себя «древние» ленточные накопители, история которых прослеживается с 1972 года – времени появления стримера с кассетой формата QIC (Quarter-Inch tape Cartridge – четвертьдюймовая кассета). С тех пор ни один другой вид носителя не смог превзойти магнитную ленту по сочетанию. Стримеры широко используют в системах разведки, безопасности, связи, навигации и в десятке других областей, где надо непрерывно записывать огромные массивы данных при безусловном обеспечении надежности хранения.

Основное назначение: запись и воспроизведение информации, архивация и резервное копирование данных. При использовании данного метода записи данные записываются на ленту в виде нескольких параллельных дорожек. Лента имеет возможность двигаться в обоих направлениях. Считывающая магнитная головка во время чтения неподвижна, так же, как и записывающая во время записи. По достижении конца ленты считывающая/записывающая головка сдвигается на следующую дорожку, а лента начинает двигаться в противоположном направлении. Технология, по сути, аналогична бытовому аудиомагнитофону. Возможно применение нескольких головок, которые работают с несколькими дорожками одновременно (многодорожечный стример). В современных устройствах этот метод доминирует.

Ленточный накопитель

Технологии

Впервые магнитная лента была использована для записи компьютерных данных в 1951 году на ЭВМ UNIVAC I. В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12,65 мм, состоящая из никелированной бронзы. Плотность записи была 128 символов на дюйм (198 микрометров / символ) на восемь дорожек.

В ЭВМ, выпускавшихся до момента появления и широкого распространения жестких дисков, накопители на магнитной ленте, аналогичные стримерам, использовались как основной долговременный носитель информации. В дальнейшем в мейнфреймах стали использоваться в системах иерархического управления носителями для хранения редко используемых данных. Некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съёмного ЗУ при переносе большого количества информации. В настоящее время на рынке доминируют стримеры, соответствующие линейке стандартов LTO (Linear Tape-Open). Представленный фирмой IBM стример LTO-5 TS2350 оснащён, помимо двух интерфейсов SAS, также интерфейсом Ethernet.

История

Магнитная лента была впервые использована для записи компьютерных данных в 1951 году в компании Eckert-Mauchly Computer Corporation на ЭВМ UNIVAC I. В качестве носителя использовалась тонкая полоска металла шириной 12,65 мм, состоящая из никелированной бронзы (называемая Vicalloy). Плотность записи была 128 символов на дюйм (198 микрометров / символ) на восемь дорожек.

В ЭВМ, выпускавшихся до момента появления и широкого распространения жесткий диск|жестких дисков, накопители на магнитной ленте (НМЛ), аналогичные стримерам, использовались как основной долговременный носитель информации. В дальнейшем в мейнфреймах НМЛ стали использоваться в системах иерархического управления носителями для хранения редко используемых данных. Некоторое время они достаточно широко применялись в качестве съёмного ЗУ при переносе большого количества информации.

9-дорожечная лента

9-дорожечная лента

Широкое распространение ленточных накопителей было связано с большими ЭВМ и, в частности, мейнфреймами IBM. Начиная с представленного в 1964 год у семейства IBM System/360, в фирме IBM был принят стандарт 9-дорожечной ленты с линейной записью, который впоследствии распространился также в системах других производителей и широко использовался до 1980-х годов. В СССР этот стандарт магнитных лент абсолютно доминировал, благодаря использованию ленточных накопителей семейства ЕС ЭВМ, в том числе и в составе компьютеров других архитектур.

Аудиокассета

Аудиокассета

В домашних персональных компьютерах 1970-х и начала 1980-х годов (вплоть до середины 1990-х) в качестве основного внешнего запоминающего устройства во многих случаях использовался обычный бытовой магнитофон или, изредка, специальные устройства на его основе с автоматическим управлением. Эта технология была недостаточно приспособлена для компьютерных нужд, зато была весьма дёшева и доступна для домашнего пользователя (так как сам аудиомагнитофон у многих из них уже имелся). Для промышленных ПК использовались стримеры, такие, как TEAC MT-2ST c кассетами CT-500H, CT-600H 50 и 60 Мб соответственно.

Технология DDS

DAT

Формат хранения данных DDS (англ. Digital Data Storage) был разработан в 1989 году компаниями Hewlett-Packard и Sony на базе формата DAT (Digital Audio Tape), разработанного компаниями Sony и Philips в середине 1980-х. По внешнему виду он напоминает уменьшенную в два раза аудиокассету, поскольку представляет собой четырёхмиллиметровую магнитную ленту, заключённую в защитный пластиковый корпус размера 73 мм × 54 мм × 10,5 мм. Как подсказывает само название, запись на магнитную ленту производится цифровым, а не аналоговым способом, при этом используется 16-битная импульсно-кодовая модуляция (PCM) без сжатия, как у CD, а частота дискретизации может быть как больше, чем у CD (44,1 кГц), так и меньше, а именно: 48, 44,1 или 32 кГц. Это означает, что запись производится без потери качества исходного сигнала, в отличие от более поздних форматов DCC (англ. Digital Compact Cassette) и MD (англ. MiniDisc). Накопители DDS используют технику записи, аналогичную применяемой в DAT-аудиомагнитофонах и основанную как на перемещении носителя в горизонтальном направлении, так и головок чтения-записи — в вертикальном направлении.

Технология QIC

Кассета QIC-80

В 1990-е годы для систем резервного копирования персональных компьютеров были популярны стандарты QIC-40 и QIC-80, использовавшие небольшие кассеты физической ёмкостью 40 и 80 Мбайт соответственно. Поддерживалось аппаратное сжатие данных. Накопители этих стандартов устанавливались в стандартный 5-дюймовый отсек и подключались к интерфейсу контроллера флоппи-дисков. В дальнейшем появилось большое количество сходных стандартов под торговыми марками QIC и Travan, определяющих носители ёмкостью до 10 Гбайт.

Технология DLT

Картридж SDLT

Технология DLT была представлена фирмой в начале 1990-х годов на основе более ранней технологии CompacTape для компьютеров VAX фирмы Digital Equipment Corporation, ленточное подразделение которой приобрела Quantum. Дальнейшим развитием DLT явилась технология Super DLT (SDLT).
Линейка стандартов CompacTape/DLT/SDLT определяет носители физической ёмкостью от 100 Мбайт до 800 Гбайт.

С 2007 год а развитие стандарта SDLT фирмой Quantum прекращено в пользу LTO, но оборудование и носители записи ещё выпускаются.

Таблица развития

Год Производитель Модель Объем Инновации
1951 Remington Rand UNISERVO 224 kB Первый ленточный накопитель, использующий никель-фосфорную бронзовую ленту
1952 IBM 726 Использование пластиковой ленты (ацетат целлюлозы);

7-дорожечная лента, которая может хранить каждый 6-битный байт плюс бит четности

1958 IBM 729 Отдельные головки чтения / записи, обеспечивающие чтение после записи проверки.[1] По состоянию на январь 2009 года История музей компьютеров в Маунтин-Вью, Калифорния работает IBM 729 ленточный накопитель, подключенный к рабочей системе IBM 1401

.[2]

1964 IBM 2400 9-дорожечная лента, которая может хранить каждый 8-битный байт плюс бит четности
1970's IBM 3400 Автозагрузка ленточных барабанов и дисков, избегая ручной работы

Группирование кода восстановления для исправления ошибок

1972 3M Quarter Inch Cartridge (QIC-11) 20 MB Кассета с магнитной лентой (с двумя барабанами)

Техника записи "линейного серпантина"[3]

1974 IBM 3850 Ленточный картридж (с одной бобиной)

Первая ленточная библиотека с роботизированным доступом[4]

1977 Commodore International Commodore Datasette 1978 kB Использование стандартных аудиокассет
1980 Cipher (F880) RAM буфер для маскировки старт-стоп задержки[5][6]
1984 IBM 3480 200 MB Внутренняя приемная катушка, с автоматическим механизмом забором кассеты.

Тонкопленочные магниторезистивные (MR) головки[7]

1984 DEC K50 94 MB Digital Linear Tape (DLT) линия продуктов[8]
1986 IBM 3480 400 MB Сжатие данных (IDRC algorithm[9])
1987 Exabyte/Sony EXB-8200 2.4 GB Первый винтовой привод цифровой ленты

Устранение "pinch-roller" системы

1993 DEC Tx87 Каталог ленты[10]
1995 IBM 3570 Серводорожки - записывающие дорожки для точного позиционирования головки (Time Based Servoing или TBS)[11]

Сократилось вдвое время доступа (требуется две катушки кассеты)[12]

1996 HP DDS3 12 GB Метод чтения(PRML). Отсутствие фиксированных порогов[13]
1997 IBM VTS Виртуальная лента —дисковый кэш, который эмулирует ленточный накопитель[4]
1999 Exabyte Mammoth-2 60 GB Очистка тканями пишущих головок.

Секция очистки материала в начале каждой ленты данных

2000 Quantum Super DLT 110 GB Оптический серво-приводные головки[14]
2003 IBM 3592 Обратное устройство
2003 Sony SAIT-1 500 GB Картридж для спиральной записи
2006 StorageTek T10000 Несколько головок и сервоприводы на каждый диск[15]
2006 IBM 3592 Возможность шифрования интегрированы в привод
2008 IBM TS1130 GMR головки на линейном ленточном накопителе
2010 IBM TS2250 LTO Gen5 Linear Tape File System (LTFS), который позволяет доступ к файлам на ленте в файловой системе напрямую (по аналогии с файловых систем на диске) без дополнительной базы данных библиотеки ленточных носителей
2014 IBM IBM TS1150 10 TB Linear Tape File System (LTFS)

Современные стандарты

Современные стримеры, как правило, подключаются через высокопроизводительный интерфейс SAS, обеспечивающий передачу данных со скоростью 3 или 6 Гбит/с. Старшие модели IBM имеют возможность подключения через интерфейс FICON.

Технология LTO

Картридж LTO

В настоящее время на рынке доминируют стримеры, соответствующие линейке стандартов LTO (Linear Tape-Open).

Представленный фирмой IBM стример LTO-5 TS2350 оснащён, помимо двух интерфейсов SAS, также интерфейсом Ethernet. Однако в настоящее время (июнь 2010-го) этот интерфейс не может использоваться, он объявлен зарезервированным для будущих версий прошивок[16].

Технология IBM 3592

Компания IBM поставляет в настоящее время, помимо оборудования LTO, стримеры собственного закрытого стандарта IBM 3592 (Jaguar), представленные современной моделью IBM TS1140[17], а также совместимые ленточные библиотеки. Это оборудование используется в серверах и мейнфреймах. К линейке IBM 3592 относятся модели стримеров собственно 3592 (1 поколение), TS1120 (2 поколение), TS1130 (3 поколение) и TS1140, а также ленточные библиотеки на их основе. Картриджи имеют физическую ёмкость до 4 Тбайт.

Будучи, в отличие от стандарта LTO, ориентирован не только на архивацию и резервное копирование, но и на произвольный доступ к данным, стандарт IBM 3592 обеспечивает удовлетворение более жёстких требований по количеству перезаписей носителя. Также в IBM 3592 использован ряд решений для оптимизации производительности в старт-стопном режиме записи, такие, как глубокое кеширование данных и многоскоростное движение ленты (6 или 7 скоростей, в зависимости от модели стримера).

IBM 3592 использует линейный метод записи.

Компания IBM поставляет в настоящее время, помимо оборудования LTO, стримеры собственного закрытого стандарта IBM 3592 (Jaguar), представленные современной моделью IBM TS1140, а также совместимые ленточные библиотеки. Это оборудование используется в серверах и мейнфреймах. К линейке IBM 3592 относятся модели стримеров собственно 3592 (1 поколение), TS1120 (2 поколение), TS1130 (3 поколение) и TS1140, а также ленточные библиотеки на их основе. Картриджи имеют физическую ёмкость до 4 Тбайт. Будучи, в отличие от стандарта LTO, ориентирован не только на архивацию и резервное копирование, но и на произвольный доступ к данным, стандарт IBM 3592 обеспечивает удовлетворение более жёстких требований по количеству перезаписей носителя. Также в IBM 3592 использован ряд решений для оптимизации производительности в старт-стопном режиме записи, такие, как глубокое кеширование данных и многоскоростное движение ленты (6 или 7 скоростей, в зависимости от модели стримера). IBM 3592 использует линейный метод записи.

Отличительной особенностью стандарта IBM 3592 является заложенная в него возможность переформатирования магнитных носителей старого поколения под формат более новых устройств с соответствующим повышением информационной ёмкости (в отличие от других современных стандартов, обеспечивающих совместимость новых устройств со старыми носителями только в старом формате). В общем случае предусматривается совместимость на 2 поколения вперёд, конкретные допустимые режимы использования конкретного носителя в конкретном устройстве определяются по таблице:

Название Длина ленты (м) Стример 3592 J1A Стример TS1120 Стример TS1130 Стример TS1140
Картридж 3592 JJ/JR 610 м 60 GB 100 GB 128 GB
Картридж 3592 JA/JW 610 м 300 GB 500 GB 640 GB
Картридж 3592 JB/JX 825 м 700 GB 1 TB 1,6 TB
Картридж 3592 JC/JY 4 TB
Картридж 3592 JK (short JC) 500 GB

В настоящее время компаниями IBM Research и FujiFilm представлена технология, позволяющая записывать до 35 терабайт данных на ленточном картридже, сопоставимом по размерам с LTO. Открытым, однако, пока остаётся вопрос об обеспечении достаточной пропускной способности интерфейса подключения устройства и блоков самого устройства: современным устройствам LTO-5, ориентированным на подключение по интерфейсу 6 Гбит/с SAS с фактической пропускной способностью 140 Мбайт/с, потребовалось бы около 3 суток для записи 35 терабайт данных.

Программное обеспечение

В UNIX-подобных операционных системах простейшая, но достаточная во многих случаях, работа со стримером поддерживается из командной строки при помощи команд tar и mt (исключением является Mac OS X, в которой mt отсутствует, а tar не поддерживает стримеры). Более развитые средства резервного копирования обеспечиваются специальными программами, доступными для всех распространённых операционных систем.

В 2010 году фирмой IBM представлена свободно распространяемая файловая система LTFS для ленточных накопителей, поддерживающих разбиение на разделы (partitioning), к которым относятся стримеры стандарта LTO-5, а также IBM 3592/TS1120/TS1130[18]. Эта файловая система позволяет обращаться к содержимому ленты, как к обычному дереву каталогов с файлами. В настоящее время LTFS реализована IBM для платформ Linux и Mac OS X, ведутся работы над реализацией для Windows.

Ленточная библиотека

Большая ленточная библиотека StorageTek Powderhorn. Высота 180 см

Ленточной библиотекой называют работу ленточного накопителями с несколькими лентами одновременно. Роботизированные библиотеке могут содержать вплоть до тысяч магнитных лент, из которых роботам сам достает и устанавливает нужную магнитную ленту.

С программной точки зрения такая библиотека выглядит, как один накопитель с огромной ёмкостью и значительным временем произвольного доступа. Кассеты в ленточной библиотеке идентифицируются специальными наклейками со штрих-кодом, который считывает робот.

Ленточная библиотека имеет значительные преимущества перед дисковым массивом по стоимости и энергопотреблению при больших объёмах хранимых данных. Например, для поддержания в постоянном доступе архива размером 6,6 петабайт в течение 5 лет стоимость дисковой системы (RAID-массивов, контроллеров, разветвителей, дисков, питания, охлаждения и пр.) составит 14,7 млн долларов (в том числе стоимость электроэнергии — 550 тыс. долларов), в то время как стоимость ленточной библиотеки — менее 700 тыс. долларов (в том числе стоимость электроэнергии — 304 доллара). Недостатком ленточной библиотеки является время произвольного доступа к данным, которое в нормальном режиме функционирования может достигать нескольких минут, а также падение производительности на порядки при увеличении количества различных одновременных запросов более числа наличествующих устройств чтения-записи (когда кассеты оказываются стоящими в очереди на чтение/запись).

Достоинства и недостатки ленточного накопителя

Достоинства:

  • большая ёмкость;
  • низкая стоимость и широкие условия хранения информационного носителя;
  • стабильность работы;
  • надёжность;
  • низкое энергопотребление у ленточной библиотеки большого объёма.

Недостатки:

  • низкая скорость произвольного доступа к данным из-за последовательного доступа (лента должна прокрутиться к нужному месту);
  • сравнительно высокая стоимость устройства записи (стримера).

Примечания

  1. "Internet Archive Wayback Machine" (PDF). Web.archive.org. 2011-01-07. Archived from the original (PDF) on October 12, 2008. Retrieved 2012-01-31. 
  2. "1401Restoration-CHM". Web.archive.org. 2011-05-14. Archived from the original on May 14, 2011. Retrieved 2012-01-31. 
  3. Crandall, Daryl (April 30, 1990). "Another summary of 1/4" tape systems". Sun Managers Mailing List. Retrieved 2013-04-21. 
  4. 4,0 4,1 "IBM Archives: Fifty years of storage innovation". 03.ibm.com. Retrieved 2012-01-31. 
  5. "Capstanless magnetic tape drive with electronic equivalent to length of tape - Cipher Data Products, Inc". Freepatentsonline.com. 1985-02-19. Retrieved 2012-01-31. 
  6. "Operation and Maintenance Instructions for Model F880 Tape Transport". Archived from the original on September 22, 2007. Retrieved 2012-01-31. 
  7. "IBM 3480 magnetic tape subsystem". 03.ibm.com. Retrieved 2013-04-19. 
  8. "DECsystem 5100 Maintenance Guide" (PDF). August 1990. Retrieved 2012-01-31. 
  9. "3480 & 3490 tape backup migration". advanced downloading ltd. Retrieved 2013-04-19. 
  10. "Tape". Alumnus.caltech.edu. Retrieved 2012-01-31. 
  11. "Hard-disk-drive technology flat heads for linear tape recording". Web.archive.org. Archived from the original on February 16, 2008. Retrieved 2012-01-31. 
  12. http://maben.homeip.net:8217/static/computers/backup/tsm/links/TSM%20quickfacts.txt
  13. "Data retrieval - Hewlett-Packard Development Company, L.P". Freepatentsonline.com. Retrieved 2012-01-31. 
  14. "Tape Wars: Is The End Near? - tape drives - Industry Trend or Event - page 2 | Computer Technology Review". Findarticles.com. Retrieved 2012-01-31. 
  15. "STK Tape Drive Products and Technology" (PDF). Retrieved 2012-01-31. 
  16. IBM System Storage TS2350 Tape Drive. Setup, Operator, and Service Guide
  17. Пресс-релиз IBM
  18. Linear Tape File System (LTFS)

Источники

  • Википедия [Электронный ресурс]: Статья на википедии(рус.) / Дата обращения: 31.11.2016. — Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Стример.
  • Ленточный накопитель [Электронный ресурс]:История создания ленточных накопителей / Дата обращения: 31.11.2016. — Режим доступа: http://www.thg.ru/storage/20040409/.