Napędy taśmowe

Od ponad pięćdziesięciu lat pamięci taśmowe są stałym elementem krajobrazu systemów pamięci masowych w przedsiębiorstwach. Pierwotnie taśmy pełniły funkcję podstawowych nośników pamięci. Wraz z pojawieniem się mediów obrotowych szybko stały się równie nielubiane, co niezbędne - zaczęły pędzić żywot Śpiącej Królewny.

Od ponad pięćdziesięciu lat pamięci taśmowe są stałym elementem krajobrazu systemów pamięci masowych w przedsiębiorstwach. Pierwotnie taśmy pełniły funkcję podstawowych nośników pamięci. Wraz z pojawieniem się mediów obrotowych szybko stały się równie nielubiane, co niezbędne - zaczęły pędzić żywot Śpiącej Królewny.

To mało efektowne dziś medium, służące obecnie niemal wyłącznie do wykonywania kopii zapasowych, może się jednak pochwalić równie szybką i fascynującą historią rozwoju, jak każda inna technologia IT. W roku 1952 pamięć taśmowa IBM, o rozmiarach szafy ubraniowej, zapisywała 1 MB danych z gęstością 100 bitów na cal (bpi) na 9 ścieżkach na cal, zużywając do tego 330 metrów taśmy. W roku 1975 gęstość zapisu wynosiła już 1600 bpi, a na 1 MB danych potrzeba było 25 metrów taśmy. Współczesny napęd S-DLT zapisuje na 448 ścieżkach na cal, z gęstością 150 000 bpi, a na 1 MB danych potrzeba 2,5 mm taśmy (!).

Z pierwotnej technologii IBM powstało z upływem czasu wiele klonów, a od lat osiemdziesiątych zapożyczono formaty zapisu z branży audio/wideo.

Przedstawimy tu przegląd poszczególnych formatów. Ograniczymy się jednak tylko do tych, które mają profesjonalne zastosowanie. Określiliśmy w tym celu umowną dolną granicę - 20 GB nieskompresowanych danych na nośnik.

Taśmowa nowomowa

Liniowa serpentyna - streamer zapisuje na taśmie wiele ścieżek, ułożonych równolegle do taśmy i biegnących w różnych kierunkach.

Liniowa serpentyna - streamer zapisuje na taśmie wiele ścieżek, ułożonych równolegle do taśmy i biegnących w różnych kierunkach.

Jak większość branży IT, również branża napędów taśm wypracowała z biegiem czasu specyficzny żargon. Do najbardziej irytujących należy założenie, że 1 MB = 1 mln bajtów oraz podawanie informacji o pojemności na bazie założonego współczynnika kompresji.

Istotnie, wszystkie współczesne napędy taśm dysponują sprzętową kompresją danych. Rzeczywisty stopień kompresji zależy oczywiście od rodzaju i struktury zapisywanych danych. Z niewyjaśnionych przyczyn branża zakłada, że wszystkie zapisy odbywają się z kompresją 2:1 i na tej podstawie ochoczo mnoży przez dwa wszystkie dane dotyczące pojemności, szybkości zapisu i przepustowości. Jeden producent, Sony, wyłamał się z tego zgodnego chóru i podaje wszystkie wartości przy założeniu kompresji 2,6:1.

Doprowadzono do tego, że prawdziwe wartości - te na bazie nieskompresowanego strumienia danych - trzeba podawać oddzielnie, oznaczając je magicznym słowem native - bez kompresji. Postanowiliśmy dać odpór tej dziwnej praktyce wszystkie wartości (pojemność, szybkość transferu i przepustowość), które podajemy, dotyczą danych nieskompresowanych. Wszystkie dane to dane native.

Taśma po przejściach

Technika liniowa - taśma jest wyciągana z kasety i nawijana na szpulę w napędzie.

Technika liniowa - taśma jest wyciągana z kasety i nawijana na szpulę w napędzie.

Producenci kręcą również, gdy mowa o jednym z najważniejszych parametrów taśm - trwałości. Dla użytkownika ważne jest po pierwsze to, ile razy taśmę można zapisać od nowa, a więc mówiąc wprost, ile razy można jej użyć. Jednostką miary jest tu liczba cykli (w języku angielskim określana najczęściej jako uses - użycia). Im więcej cykli wytrzymuje taśma, tym niższe koszty nośników, a więc koszty eksploatacji.

W wielu przypadkach producenci podają zamiast konkretnej liczby cykli jedynie liczbę passus - przejść, czyli liczbę przewinięć od końca do końca, którą taśma wytrzymuje bez szwanku. Wartość ta może być bardzo myląca. W liniowej metodzie zapisu taśma musi być przewinięta x razy w tył i w przód, zanim zostanie całkowicie zapisana. Widać to wyraźnie na przykładzie S-DLT. Taśma ta ma trwałość 1 mln "przejść", ale to odpowiada zaledwie 17 850 cyklom. Dlatego wszystkie informacje o trwałości taśm w tym artykule opierają się na liczbie cykli.

Trwałość taśm

Kolejny istotny parametr to dopuszczalny okres składowania taśm. Przepisy dotyczące przechowywania danych finansowych, kontraktowych lub ważnych danych medycznych są różne w różnych krajach, ale generalnie mierzone w dziesiątkach lat. Producenci chętnie podają odpowiednie okresy życia taśmy na półce.

Wszystkie te dane zakładają jednak idealne warunki przechowywania, w niskiej temperaturze i wilgotności powietrza, czyli w warunkach, które można uzyskać w praktyce jedynie w specjalnie klimatyzowanych pomieszczeniach. Ponadto wszystkie szacunki dotyczące żywotności opierają się na testach laboratoryjnych, polegających na sztucznym starzeniu taśm. Nikt jeszcze nie przeprowadził takiego testu w warunkach rzeczywistych - omawiane technologie po prostu nie istnieją aż tak długo.

Wytrzymałe, ale wrażliwe

Georgie Purrio, European Technical Manager w produkującej nośniki firmie Imation, wyjaśnia chętnie na przykładzie "MTBF człowieka", o co tutaj chodzi.

Jeżeli przyjmiemy, że człowiek "ulega awarii" raz na 20 lat, otrzymamy teoretyczny współczynnik MTBF 2076 lat. Jest prawdopodobne, że podobny błąd leży u podstaw oszacowań teoretycznej trwałości taśm. Purrio uważa, że tak naprawdę nikt nie wie, jakie procesy chemiczne mogą zachodzić w taśmach przechowywanych przez dziesiątki lat.

Kartridż QIC - taśma pozostaje wewnątrz kasety i przesuwa się przed nieruchomą głowicą.

Kartridż QIC - taśma pozostaje wewnątrz kasety i przesuwa się przed nieruchomą głowicą.

Podstawowym elementem taśmy magnetycznej jest taśma-nośnik z PET (politereftalan etylenu). Materiał ma tę zaletę, że jest stabilny w kształcie i dość odporny chemicznie. W trakcie produkcji na obie strony taśmy nanosi się szereg różnych chemikaliów. Na stronę zapisywaną magnetycznie nanosi się cząsteczki materiału magnetycznego, będące właściwym nośnikiem informacji, środki wiążące i smarujące, a także substancje czyszczące głowice. Same cząsteczki magnetyczne są dość odporne na zakłócenia. Wytrzymują wpływy magnetyczne o natężeniu pola do 2000 Oe bez utraty zapisanej informacji.

Przy składowaniu przez 30 lat w temperaturze pokojowej trzeba się jednak liczyć z osłabieniem sygnału o 15 do 50 procent.

Taśma nośna jest też mało odporna na wahania temperatury, a szczególnie wilgotności. Ma to wpływ na rozmieszczenie ścieżek, a więc czytelność taśmy. Plastyfikatory dodane do nośnika, dzięki którym taśma jest elastyczna, mają tendencję do ulatniania się z biegiem czasu. Taśma staje się sztywniejsza i podatna na zarysowania i załamania.

Liniowe formaty zapisu

Pierwszy napęd taśm magnetycznych powstał w roku 1951 w laboratoriach IBM i w roku 1953 pojawił się na rynku jako IBM 726. Urządzenie o wysokości człowieka i rozmiarach szafy przewijało taśmę między dwiema szpulami. Dla tego typu urządzeń, pracujących w technice reel-to-reel, oraz ich pochodnych, typowy jest format zapisu, który określa się mianem "liniowej serpentyny".

Streamer zapisuje dane liniowo, na wielu ścieżkach rozmieszczonych równolegle do długości taśmy. Ponieważ ścieżek jest więcej, niż głowica może jednocześnie zapisać względnie odczytać, taśma przesuwa się w wielu przebiegach, za każdym razem w innym kierunku.

Pierwotna taśma R-to-R stała się standardem taśmy półcalowej. Tak już zostało w wielu innych formatach urządzeń IBM do wielkich komputerów. Firma oferuje do dziś formaty 3590 i 9840, bezpośrednich spadkobierców tamtej technologii. Różnica polega tylko na tym, że szpule z taśmą są zamknięte w kasecie.


Zobacz również