Kassettenlaufwerk - Tape drive

DDS- Bandlaufwerk. Oben, von links nach rechts: DDS- 4-Band (20 GB), 112 m Data8- Band (2,5 GB), QIC DC-6250-Band (250 MB) und eine 3,5- Zoll-Diskette (1,44 MB)

Ein Bandlaufwerk ist ein Datenspeichergerät, das Daten auf einem Magnetband liest und schreibt . Magnetband-Datenspeicherung wird typischerweise für die Offline-Archivierungsdatenspeicherung verwendet. Bandmedien haben im Allgemeinen einen günstigen Stückpreis und eine lange Archivierungsstabilität.

Ein Bandlaufwerk bietet im Gegensatz zu einem Festplattenlaufwerk , das Direktzugriffsspeicher bietet, sequenziellen Zugriffsspeicher . Ein Plattenlaufwerk kann sich in wenigen Millisekunden an jede beliebige Position auf der Platte bewegen, aber ein Bandlaufwerk muss das Band physisch zwischen den Spulen wickeln, um ein bestimmtes Datenelement zu lesen. Infolgedessen haben Bandlaufwerke sehr lange durchschnittliche Zugriffszeiten . Bandlaufwerke können jedoch sehr schnell Daten von einem Band streamen, wenn die erforderliche Position erreicht ist. Ab 2017 unterstützt Linear Tape-Open (LTO) beispielsweise kontinuierliche Datenübertragungsraten von bis zu 360 MB/s, eine Rate, die mit Festplatten vergleichbar ist.

Entwurf

Ein externes QIC- Bandlaufwerk.

Magnetbandlaufwerke mit einer Kapazität von weniger als einem Megabyte wurden erstmals in den 1950er Jahren zur Datenspeicherung auf Großrechnern eingesetzt . Ab 2018 waren Kapazitäten von 20 Terabyte oder mehr an unkomprimierten Daten pro Cartridge verfügbar.

In frühen Computersystemen dienten Magnetbänder als Hauptspeichermedium, denn obwohl die Laufwerke teuer waren, waren die Bänder kostengünstig. Einige Computersysteme führten das Betriebssystem auf Bandlaufwerken wie DECtape aus . DECtape hatte indizierte Blöcke fester Größe, die neu geschrieben werden konnten, ohne andere Blöcke zu stören, sodass DECtape wie ein langsames Plattenlaufwerk verwendet werden konnte.

Datenbandlaufwerke können fortgeschrittene Datenintegritätstechniken verwenden, wie etwa mehrstufige Vorwärtsfehlerkorrektur, Schindeln und ein lineares Serpentinen- Layout zum Schreiben von Daten auf Band.

Bandlaufwerke können mit SCSI- , Fibre-Channel- , SATA- , USB- , FireWire- , FICON- oder anderen Schnittstellen an einen Computer angeschlossen werden. Bandlaufwerke werden mit Autoloadern und Bandbibliotheken verwendet, die automatisch mehrere Bänder laden, entladen und speichern, wodurch das Datenvolumen erhöht wird, das ohne manuelle Eingriffe gespeichert werden kann.

In den frühen Tagen des Home Computing waren Disketten- und Festplattenlaufwerke sehr teuer. Viele Computer verfügten über eine Schnittstelle zum Speichern von Daten über einen Tonbandgerät , typischerweise auf Kompaktkassetten . Auch einfache dedizierte Bandlaufwerke wie das professionelle DECtape und das Home ZX Microdrive und Rotronics Wafadrive wurden für die kostengünstige Datenspeicherung konzipiert. Der Preisverfall bei Festplatten machte solche Alternativen jedoch obsolet.

Datenkompression

Da einige Daten auf eine kleinere Größe als die Originaldateien komprimiert werden können, ist es bei der Vermarktung von Bandlaufwerken üblich geworden, die Kapazität unter der Annahme eines Kompressionsverhältnisses von 2:1 anzugeben; somit würde ein Band mit einer Kapazität von 80 GB als "80/160" verkauft. Die wahre Speicherkapazität wird auch als native Kapazität oder Rohkapazität bezeichnet. Die tatsächlich erreichbare Komprimierungsrate hängt von den zu komprimierenden Daten ab. Einige Daten haben wenig Redundanz; große Videodateien verwenden beispielsweise bereits Komprimierung und können nicht weiter komprimiert werden. Eine Datenbank mit sich wiederholenden Einträgen kann andererseits Komprimierungsverhältnisse besser als 10:1 zulassen.

Technische Einschränkungen

Ein nachteiliger Effekt, genannt Schuhputzen tritt während des Lesens/Schreibens auf, wenn die Datenübertragungsrate unter den minimalen Schwellenwert fällt, bei dem die Bandlaufwerksköpfe für die Übertragung von Daten auf oder von einem kontinuierlich laufenden Band ausgelegt sind. In dieser Situation kann das moderne schnelllaufende Bandlaufwerk das Band nicht sofort stoppen. Stattdessen muss das Laufwerk das Band verlangsamen und stoppen, es ein kurzes Stück zurückspulen, neu starten, zu dem Punkt zurückkehren, an dem das Streaming gestoppt wurde, und dann den Vorgang fortsetzen. Wenn sich der Zustand wiederholt, ähnelt die resultierende Hin- und Herbewegung des Bandes der einesSchuhputzens mit einem Tuch. Schuhputzen verringert die erreichbare Datenübertragungsrate, die Lebensdauer von Laufwerk und Band sowie die Bandkapazität.

Bei frühen Bandlaufwerken war eine nicht kontinuierliche Datenübertragung normal und unvermeidlich. Die Rechenleistung des Computers und der verfügbare Speicher reichten normalerweise nicht aus, um einen konstanten Datenstrom bereitzustellen, daher wurden Bandlaufwerke normalerweise für den Start-Stopp- Betrieb ausgelegt. Frühe Antriebe verwendeten sehr große Spulen, die notwendigerweise eine hohe Trägheit hatten und sich nicht leicht bewegen ließen und aufhörten. Um eine hohe Start-, Stopp- und Suchleistung zu erzielen, wurden mehrere Fuß loses Band abgespielt und von einem Sauggebläse in zwei tiefe offene Kanäle auf beiden Seiten des Bandkopfes und der Bandspulen gezogen . Die langen dünnen Bandschlaufen, die in diesen Vakuumsäulen hingen , hatten eine weitaus geringere Trägheit als die beiden Spulen und konnten schnell gestartet, gestoppt und neu positioniert werden. Die großen Spulen würden sich nach Bedarf bewegen, um das schlaffe Band in den Vakuumsäulen zu halten.

Später führten die meisten Bandlaufwerke der 1980er Jahre die Verwendung eines internen Datenpuffers ein , um Start-Stopp-Situationen etwas zu reduzieren. Diese Laufwerke werden oft als Bandstreamer bezeichnet . Das Band wurde nur gestoppt, wenn der Puffer keine zu schreibenden Daten enthielt oder wenn er während des Lesens voller Daten war. Als schnellere Bandlaufwerke verfügbar wurden, litten die Laufwerke trotz Pufferung unter der glitzernden Abfolge von Stopp, Zurückspulen, Start.

Einige neuere Laufwerke haben mehrere Geschwindigkeiten und implementieren Algorithmen, die die Bandgeschwindigkeit dynamisch an die Datenrate des Computers anpassen. Beispielhafte Geschwindigkeitsstufen könnten 50 Prozent, 75 Prozent und 100 Prozent der vollen Geschwindigkeit sein. Ein Computer, der Daten langsamer als die niedrigste Geschwindigkeitsstufe (zB mit 49 Prozent) streamt, wird immer noch für Schuhputzen sorgen.

Medien

Magnetbänder sind üblicherweise in einem Gehäuse untergebracht, das als Kassette oder Kassette bekannt ist – zum Beispiel die 4-Spur-Kassette und die Compact Cassette . Die Kassette enthält ein Magnetband, um mit demselben Player verschiedene Audioinhalte bereitzustellen. Die äußere Hülle aus Kunststoff, manchmal mit Metallplatten und -teilen, ermöglicht eine einfache Handhabung des zerbrechlichen Bandes und macht es weitaus bequemer und robuster als Spulen mit freiliegendem Band. Zu einer Zeit, als Diskettenlaufwerke sehr teuer waren, wurden gewöhnlich einfache analoge Kassetten-Tonbandrekorder zur Datenspeicherung und -verteilung auf Heimcomputern verwendet . Die Commodore Datasette war eine dedizierte Datenversion mit denselben Medien.

Geschichte

Jahr Hersteller Modell Kapazität Fortschritte
1951 Remington Rand UNISERVO 224 KB Erstes Computer - Bandlaufwerk, verwendet , 1 / 2 " Nickel -plated Phosphorbronze Band
1952 IBM 726 Verwendung von Kunststoffband ( Zelluloseacetat );

7-Spur-Band , das jedes 6-Bit-Byte plus ein Paritätsbit speichern könnte

1958 IBM 729 Separate Lese-/Schreibköpfe für eine transparente Read-After-Write-Verifizierung.
1964 IBM 2400 9-Spur-Band , das jedes 8-Bit-Byte plus ein Paritätsbit speichern könnte
1970er IBM 3400 Automatisches Laden von Bandspulen und Laufwerken, um manuelles Einfädeln des Bandes zu vermeiden

Gruppencodierte Aufzeichnung zur Fehlerbehebung

1972 3M Viertelzoll-Patrone (QIC-11) 20 MB Bandkassette (mit zwei Spulen)

Linear Serpentinenaufzeichnungs

1974 IBM 3850 Bandkassette (mit Einzelspule)

Erste Bandbibliothek mit Roboterzugriff

1975 (verschieden) Kansas City-Standard Verwendung von Standard-Audiokassetten
1977 Commodore International Commodore-Datensatz 1978 KB
1980 Chiffre (F880?) RAM-Puffer zum Maskieren von Start-Stopp-Verzögerungen
1984 IBM 3480 200 MB Interne Aufwickelspule mit automatischem Bandaufwickelmechanismus.

Magnetoresistiver (MR) Dünnschichtkopf

1984 DEZ TK50 94 MB Produktlinie Digital Linear Tape (DLT)
1986 IBM 3480 400 MB Hardware-Datenkompression (IDRC-Algorithmus)
1987 Exabyte / Sony EXB-8200 2,4 GB Erstes spiralförmiges digitales Bandlaufwerk

Wegfall des Capstan- und Andruckrollensystems

1993 DEZ Tx87 Bandverzeichnis (Datenbank mit der ersten Bandmarkierungsnummer bei jedem Serpentinendurchgang)
1995 IBM 3570 Servospuren - werkseitig aufgezeichnete Spuren für eine präzise Kopfpositionierung (Time Based Servoing oder TBS)

Band beim Entladen bis zur Mitte zurückgespult – Zugriffszeit halbiert (erfordert Kassette mit zwei Spulen)

1996 PS DDS3 12 GB Partial-Response Maximum-Likelihood (PRML)-Lesemethode – keine festen Schwellenwerte
1997 IBM VTS Virtuelles Band – Festplatten-Cache, der ein Bandlaufwerk emuliert
1999 Exabyte Mammut-2 60 GB Kleines tuchbezogenes Rad zum Reinigen von Tonköpfen. Inaktive Polierköpfe zum Vorbereiten des Bandes und Ableiten von Schmutz oder überschüssigem Schmiermittel. Abschnitt mit Reinigungsmaterial am Anfang jedes Datenbandes.
2000 Quantum Super DLT 110 GB Optisches Servo , das die Köpfe präzise positioniert
2000 Lineares Band-Öffnen LTO-1 100 GB
2003 IBM 3592 300 GB Virtuelle Rückkupplung
2003 Lineares Band-Öffnen LTO-2 200 GB
2003 Sony SAIT-1 500 GB Einzelspulen-Tonabnehmer für spiralförmige Aufnahmen
2005 IBM TS1120 700 GB
2005 Lineares Band-Öffnen LTO-3 400 GB
2006 SpeicherTek T10000 500 GB Mehrere Kopfbaugruppen und Servos pro Antrieb
2007 Lineares Band-Öffnen LTO-4 800 GB
2008 IBM TS1130 1 TB In das Laufwerk integrierte Verschlüsselungsfunktion
2008 SpeicherTek T10000B 1 TB
2010 Lineares Band-Öffnen LTO-5 1,5 TB Linear Tape File System (LTFS), das den direkten Zugriff auf Dateien auf Band im Dateisystem (ähnlich wie bei Plattendateisystemen) ohne zusätzliche Bandbibliotheksdatenbank ermöglicht
2011 IBM TS1140 4 TB Lineares Tape File System (LTFS) wird unterstützt
2011 SpeicherTek T10000C 5 TB Lineares Tape File System (LTFS) wird unterstützt
2012 Lineares Band-Öffnen LTO-6 2,5 TB
2013 SpeicherTek T10000D 8,5 TB
2014 IBM TS1150 10 TB
2015 Lineares Band-Öffnen LTO-7 6 TB
2017 IBM TS1155 15 TB
2017 Lineares Band-Öffnen LTO-8 12 TB
2018 IBM TS1160 20 TB

Kapazität

Hersteller spezifizieren häufig die Kapazität von Bändern mithilfe von Datenkomprimierungstechniken; Die Komprimierbarkeit variiert für verschiedene Daten (normalerweise 2:1 bis 8:1), und die angegebene Kapazität wird für einige Arten von echten Daten möglicherweise nicht erreicht. Ab 2014 wurden noch Bandlaufwerke mit höherer Kapazität entwickelt.

Im Jahr 2011 gaben Fujifilm und IBM bekannt, dass sie mit Magnetbandmedien, die mit BaFe-Partikeln und Nanotechnologien entwickelt wurden, 29,5 Milliarden Bits pro Quadratzoll aufzeichnen konnten, was Laufwerke mit einer echten (unkomprimierten) Bandkapazität von 35 TB ermöglicht. Es wurde nicht erwartet, dass die Technologie mindestens ein Jahrzehnt lang kommerziell verfügbar sein würde.

Im Jahr 2014 gaben Sony und IBM bekannt, dass sie 148 Milliarden Bits pro Quadratzoll mit Magnetbandmedien aufzeichnen konnten, die mit einer neuen Vakuum-Dünnfilm-Bildungstechnologie entwickelt wurden, die extrem feine Kristallpartikel bilden kann, was eine echte Bandkapazität von 185 TB ermöglicht.

Anmerkungen

Verweise