Цифровые накопители на магнитной ленте

1 2

Ім'я файлу: НМЛ обзор_total.docx
Розширення: docx
Розмір: 1661кб.
Дата: 29.01.2023
скачати
Пов'язані файли:
курсова_Дубровна_.docx
екзамен педагогіка.docx
Васильев Ілля.docx
Риторика харизматичного лідерства (Коневой).rtf
Стрижак Т А свині.docx
Реферат.docx
Укр.літ паспорт.docx
Kursova_rinkovi_doslidzhennya.docx
Lektsiya-5-Podatky-..pdf
ИНДЗ ППКузьменко Т.В 132.docx
66%.pdf
Допоміжні матеріали, які використовуються при обробці скла.doc
Душа творца.docx
Доповідь_з_ПДС#1.docx
Основи економіки транспорту курсова робота.docx
Санніков_Компенсаторна_функція_рішимості.pdf
Реферат Споруди континентального шельфу. Райчев Иван (Вариант 13

История накопителей на магнитной ленте насчитывает уже почти полвека, но и сегодня, когда речь идет о экономичном и надежном резервировании и безопасном хранении больших объемов данных, современным ленточным накопителям никакие другие устройства не могут составить конкуренцию.

Г.Н. Розоринов, Н.И. Ревенко, В.Ю. Скрылев

Цифровые накопители на магнитной ленте

Прошло уже более 110 лет с того времени (1899), как датчанин Вольдемар Поульсен изобрел и запатентовал аппарат магнитной записи, названный им Telegraphone. Несмотря на то, что запись на магнитную ленту (МЛ) была первой технологией, внедренной в компъютерную промышленность в 50-х годах ХХ века, быстро она стала развиваться лишь с 1980-х годов. Как это ни парадоксально, но снижение стоимости жестких дисков и развитие конкурентных методов хранения информации (магнитооптика, CD, DVD, Flash и т. п.), лишь стимулировало работу по совершенствованию накопителей на магнитной ленте (НМЛ) и они по-прежнему остаются лучшим решением для хранения больших объемов данных.

Внедрение оптических и нанотехнологий в изготовление НМЛ позволило существенно улучшить их эксплуатационные характеристики и укрепить свои позиции в иерархической структуре запоминающих устройств большой емкости.

Запись, которая используется в НМЛ, можно разделить на три вида:

наклонно-строчная запись (спиральная запись, helical scan);
продольная запись (линейная запись, linear);
продольно-серпантинная запись (серпантинная запись, linear serpentine).

В свою очередь, каждый вид записи можно разбить на ряд подвидов в соответствии с реализующими эти форматы устройствами, которые часто не совместимы друг с другом.

Наклонно-строчная запись

1950-е годы характеризовались резким подъемом мировой телевизионной промышленности. Ежегодно фиксировалось десятикратное увеличение числа телевизоров. Существовавший в то время формат продольной магнитной записи на ленту успешно использовался для записи звука, но совершенно не удовлетворял нужды видеоиндустрии. В 1956 г. компания Ampex предложила для хранения видео использовать наклонно-строчную запись, при которой информационные дорожки располагаются под углом к продольной оси МЛ (helical scan).

Наклонно-строчная запись обеспечивает, с одной стороны, высокую емкость, а с другой – низкую скорость движения носителя. Все устройства, реализующие этот формат, используют одинаковый механизм транспортирования МЛ. Однако они могут отличаться по типу и ширине МЛ, количеству и плотности размещения дорожек, особенностям механизма транспортирования ленты, а также по ряду других характеристик.

На рис. 1 показана схема блока записи-воспроизведения, используемого при наклонно-строчной записи.

Рис. 1 Блок головок наклонно-строчной записи-воспроизведения

МЛ протягивается от подающей катушки к приемной, частично охватывая цилиндрический барабан (обычно угол охвата составляет 90°), на котором смонтированы по две головки записи и воспроизведения. Головки каждой пары располагаются друг напротив друга по диаметрам, пересекающимся под углом 90°. Ось цилиндра наклонена по отношению к продольной оси ленты на угол

. Сам цилиндр в зависимости от типа устройства вращается с частотой от 2000 до 11500 об/мин. Лента движется со скоростью от 23,8 до 47,6 мм/с, однако поскольку одновременно записывается ( заменить слово множество) до ***-и дорожек, эффективная скорость записи превышает

2,5 м/с.

DAT/DDS

Появление аппаратов цифровой записи звука системы DAT (Digital Audio Tape) считается революцией в бытовой электронике, сродни появлению цветных телевизоров. Технические требования к формату DAT были сформулированы Комитетом по изучению DAT, который заседал в июле 1985 г. в Японии. В Комитете обсуждались два формата записи. Один из них, R-DAT, основывается на использовании вращающейся магнитной головки. Другой формат, который получил название S-DAT, предусматривает использование многодорожечной неподвижной головки. В 1989 г. компаниями Hewlett-Packard и Sony был разработан вариант формата R-DAT , названный DDS (Digital Data Storage), который позволял применять DAT для записи данных на МЛ. В картриджах DDS используется МЛ шириной 3,81 мм , однако для обеспечения длительного и надежного хранения требования к ней были повышены. Записываемые по диагонали короткие дорожки (их длина обычно

в 8 раз превышает ширину ленты) содержат код коррекции ошибок ECC (Error Correction Code). Вторая головка формирует дорожки под углом

по отношению к первой (головки наклонены под углами

), поэтому даже в случае перекрытия дорожек они могут быть правильно воспроизведены. С помощью головки воспроизведения выполняется проверка записи, и в случае обнаружения ошибки производится перезапись.

Каталог файлов хранится в начале ленты или в специальном файле на жестком диске. При восстановлении данных программа сначала полностью воспроизводит каталог, затем лента перематывается к нужному участку, и содержимое поступает в буфер контроллера. Для проверки целостности данных контроллер использует CRC (Cyclic Redundancy Check) - код. Если данные считаны правильно, то содержимое буфера передается в системную память и записывается на жесткий диск.

В настоящее время встречается четыре модификации этого формата – DDS-1, DDS-2, DDS-3 и DDS-4, отличающиеся качеством магнитного покрытия ленты, ее длиной, скоростью транспортирования и плотностью записи данных, которая определяется способом записи.

Модификации DDS-3 и DDS-4 используют способ записи PRML (Partial Response Maximum Likelihood), то есть способ парциального кодирования и декодирования по методу максимального правдоподобия (по Витерби). Дополнительных по отношению к DDS-3 16 ГБ сжатых данных в модификации DDS-4 удалось добиться за счет увеличения длины ленты и уменьшения шага дорожек с 9,1 до 6,8 мкм. Однако развитие этого формата уже прекратилось. Например, компании Hewlett-Packard и Seagate отказались от разработки следующей версии – DDS-5.

MammothTape

Формат записи на МЛ шириной 8 мм заимствован из видеотехники. В середине 80-х годов группа инженеров из Storage Technology Corporation (STC) обратила внимание на то, что домашние видеосистемы содержат все необходимое для хранения данных. В 1985 г. они покинули STC и основали компанию Exabyte, с целью разработки НМЛ высокой емкости.

Рис. 2 Аппарат наклонно-строчной записи MammothTape

Работая совместно с Sony, производящей механические компоненты, Exabyte выпустила в 1987 г. первое устройство наклонно-строчной записи для Unix-систем на 8-мм ленте. Однако, использование тон-вала и прижимного ролика приводили к повышенному износу ленты. В 1994 г. компания создала новый вариант аппарата наклонно-строчной записи MammothTape, разработанный специально для компьютерного использования. Он отличался от других подобных устройств рядом улучшений. В частности, был устранен тон-вал и реализован более щадящий ленту механизм ее транспортирования (рис. 2).

Это, в свою очередь, позволило применять для записи более тонкие и чувствительные магнитные материалы, а именно, ленту типа AME (Advanced Metal Evaporated), разработанную Sony специально для записи данных. В итоге удалось достичь 30-летнего срока эксплуатации картриджа. Динамическая очистка головок увеличила время работы между чистками с 30 до 72 часов.

НМЛ Mammoth-1 имеет по две диаметрально противоположно установленные головки воспроизведения и записи (рис. 3), вмещает 20 ГБ несжатых данных и обеспечивает скорость записи на ленту 3 MБ/с.

Рис. 3 Блок головок наклонно-строчной записи MammothTape
Более поздняя модификация НМЛ Mammoth-2 отличается улучшенной конструкцией блока вращающихся головок. На нем установлены взаимно перпендикулярно две пары диаметрально противоположно (лишнее слово) размещенных головок воспроизведения и записи (рис. 4). При этом операции записи и воспроизведения (проверки данных) осуществляются одновременно. В случае обнаружения ошибки перезапись выполняется сразу с помощью второй пары головок. Это позволяет достичь суммарной скорости передачи данных 12 MБ/с. Картридж вмещает 60 ГБ несжатых данных. Способ записи основан на модифицированном способе PRML. Устройства Mammoth-3 способны записывать 120 ГБ несжатых данных при скорости 18 MБ/с.

Рис. 4 Модифицированный блок головок записи - воспроизведения Mammoth-2
AIT

Аппараты AIT (Advanced Intelligent Tape) были разработана в 1996 г. компанией Sony с целью обеспечить поддержку приложений, интенсивно оперирующих с большими объемами данных. Ряд нововведений, таких, как более прочная и тонкая лента, улучшенный рабочий слой, новая технология головок и микросхема памяти, встроенная в картридж (MIC – Memory-In-Cassette), позволили получить высокопроизводительное устройство большой емкости и с очень низкой частотой ошибок, хорошо подходящее для ленточных библиотек и роботизированных хранилищ данных.

Для сжатия данных AIT использует разработанную IBM технологию Advanced Lossless Data Compression (ALDC) – разновидность алгоритма LZ1 (Lempel-Ziv 1) в классе алгоритмов, впервые предложенных Абрахамом Лемпелем (Abraham Lempel) и Якобом Зивом (Jacob Ziv) в 1977 г.. Она обеспечивает сжатие данных с коэффициентом 2,6:1 против типичного 2:1 для других технологий. В MIC хранится служебная информация, которая обычно размещается в первых сегментах ленты. Она включает в себя индексы, указывающие расположение файла на ленте, и поля данных, позволяющие приложениям записывать некоторую дополнительную информацию. Поскольку устройство способно самостоятельно выявить месторасположение искомого файла, отпадает необходимость воспроизводить идентификационные маркеры во время движения ленты. В результате поиск информации ускоряется примерно в 150 раз по сравнению со скоростью записи-воспроизведения. Еще одна особенность AIT заключается во встроенном механизме для очистки головок Active Head Cleaner, который включается только при появлении большого количества ошибок. То есть, необходимость такой операции определяется самим устройством, а не его регламентом.

Объявленная Sony программа развития устройств семейства AIT предусматривала удвоение скорости передачи данных и емкости каждые два года. Первые устройства AIT-1 появились в 1996 г. Они позволяли сохранять в одном картридже 25 ГБ несжатых данных и обеспечивали скорость записи 3 MБ/с. Второе поколение устройств – AIT-2 – запоздало и появилось только через три года. Как и было обещано Sony, емкость картриджа и скорость записи удвоились. Это стало возможным благодаря усовершенствованиям способа записи, схемы кодирования, конструкции лентопротяжного механизма и новой технологии изготовления головок записи Hyper Metal Laminate. Новые головки обеспечили более высокий уровень сигнала, что позволило на 50% повысить плотность записи. Емкость MIC была увеличена вдвое (64 KБ), а c помощью дополнительной информации среднее время доступа сократилось до 20 с по сравнению со 100 с для других технологий.

Е

мкость картриджа устройств третьего поколения –AIT-3 – составляет 100 ГБ несжатых (260 ГБ сжатых) данных, а скорость записи – 12 MБ/с (31 MБ/с) (рис. 5).

Рис. 5 Конструкция (картриджа) аппарата AIT

Удвоение скорости передачи достигается за счет увеличения числа каналов до четырех. Устройство поддерживает интерфейс Ultra SCSI 160.

НМЛ AIT-4 имеет увеличенные на 100% объем и скорость записи. Это стало возможным, в частности, благодаря использованию магниторезистивных головок, которые позволили довести толщину дорожки записи до 2,75 мкм.

Компания Hewlett-Packard производит НМЛ — AIT 35 (4/8* МБ/с, 35/70* ГБ), AIT 50 (6/12* МБ/с, 50/100* ГБ) и AIT 100 (12/24* МБ/с, 100/200* ГБ). Носитель — картридж AIT 95х63х15 мм, старшие модели могут воспроизводить и записывать картриджи младших моделей. В планах Sony — выпуск устройств AIT-5 (48/96* МБ/с, 400/800* ГБ) и AIT-6 (96/192* МБ/с, 800/1600* ГБ). Кроме того, Sony разработала новый НМЛ Super-AIT и заявила о намерении производить НМЛ SAIT-1 (30/60* МБ/с, 500/1000* ГБ), SAIT-2 (60/120* МБ/сек, 1/2* ТБ), SAIT-3 (120/240* МБ/сек, 2/4* ТБ) и SAIT-4 (240/480* МБ/сек, 4/8* ТБ).

VXA

В связи с жесткой конкуренцией в сфере запоминающих устройств большой емкости НМЛ должны обеспечивать высокие надежность, производительность и емкость при относительно малой цене. Именно этими соображениями руководствовались основатели корпорации Ecrix, создавая фактически с нуля новый формат хранения данных на ленте (1999 г.), который позволил бы устранить стоимостные ограничения и невысокую надежность ленточных устройств.

В НМЛ с линейной или наклонно-строчной записью применяется так называемый потоковый метод (streaming). В потоковых НМЛ дорожки, содержащие тысячи байт данных, воспроизводятся за один проход воспроизводящей головки головки. В процессе потоковой записи необходимо точно отслеживать положение ленты относительно привода, чтобы головка была точно ориентирована по отношению к дорожке, при этом скорость перемещения ленты должна быть постоянной. Чтобы обеспечить совмещение магнитной головки и дорожки данных на ленте, необходимы прецизионные механизмы транспортирования и жесткий контроль за положением ленты. Это снижает надежность и повышает стоимость устройства.

Помимо этого, потоковые НМЛ рассчитаны на постоянные скорость движения ленты и передачи данных. В действительности же данные редко принимаются или передаются на строго определенной и неизменной скорости - как правило, они пересылаются неравномерно, и в результате скорость передачи становится нестабильной. При каждом перерыве в потоке данных НМЛ останавливает ленту, отматывает ее назад, снова разгоняет до номинальной скорости и только после этого продолжает воспроизведение или запись данных. Эта последовательность операций называется обратным захватом (backhitching). Такая ситуация складывается, когда скорость поступления данных из базовой системы ниже быстродействия записывающего механизма. Есть много причин, которые не позволяют предоставлять НМЛ данные на скорости, в точности соответствующей его номинальному быстродействию. Вот лишь некоторые из них: перегрузка сети или загруженность процессора, мешающая поддержке соответствующей скорости доставки данных. В этом случае НМЛ опустошает буфер записи и останавливается, ожидая поступления новых данных. Если затем начать запись с текущего места, без обратного захвата, на ленте останется пустое пространство, не содержащее данных, - участок, промотанный вхолостую для разгона до номинальной скорости. В итоге лента будет расходоваться очень неэкономно.

Частые захваты существенно снижают производительность передачи данных и увеличивают время резервного копирования и восстановления при сбоях. Кроме того, такой процесс существенно снижает надежность хранения данных, так как резкие изменения направления движения ленты ускоряют ее износ. Истертые ленты сокращают время службы магнитных головок и становятся источником частиц и пыли, которые, в свою очередь, ускоряют износ механизма НМЛ.

Производительность потоковых НМЛ зависит от геометрии дорожек с данными: их формы по длине носителя, угла между дорожками и краем ленты, а также расстояния от дорожек до края ленты. Дорожка может легко искривиться из-за деформации ленты, поскольку она представляет собой чрезвычайно длинную полосу намагниченного материала, несущего данные и расположенного на тонкой полимерной основе. Если дорожка искривлена или ее угол отличается от угла следа воспроизводящей головки, то возникают ошибки воспроизведения данных. Реальные причины изменения геометрии дорожек (наклон или изгиб) - это флуктуации температуры, влажности и натяжения в лентопротяжном механизме, а также износ и накопление частиц носителя.

Изменения в геометрии дорожек - не единственный фактор, влияющий на принципиальную возможность воспроизведения лент. Хорошо известно, что различия в конструкции механизмов НМЛ иногда не позволяют воспроизводить данные с аналогичной ленты, записанной на другом устройстве. Сложность конструкции и очень узкие рамки допустимых отклонений существенно влияют на совместимость записи на идентичных накопителях. В процессе работы и с течением времени ориентация головок может измениться, что также снижает надежность длительного хранения данных и совместимость лент.

В формате записи VXA (Variable-Speed Architecture) данные воспроизводятся и записываются пакетами. Это наиболее надежный и простой способ передачи данных, заимствованный из телекоммуникаций. Кроме того, формат VXA предусматривает многократное сканирование записанных данных в процессе их воспроизведения. НМЛ формата VXA подстраивается под реальную скорость передачи данных, что устраняет операции обратного захвата. Таким образом, исключаются факторы, приводящие к задержкам записи-воспроизведения, а также преждевременному износу ленты и механизмов. Такая конструкция НМЛ проще и значительно дешевле, чем конструкция потоковых устройств.

В формате VXA впервые объединены дискретный пакетный формат DPF (Discrete Packet Format), работа на разных скоростях VSO (Variable Speed Operation) и многократное сканирование OSO (OverScan Operation).

Перед записью на ленту последовательности данных разбиваются на небольшие части, или пакеты. При этом применяются оригинальные алгоритмы воспроизведения после записи, чтобы удостовериться, что данные действительно записаны на ленту. Пакет данных состоит из 64 байт пользовательских данных, маркера синхронизации, информации об уникальном адресе, циклического избыточного кода CRC и кода исправления ошибок ECC. Каждая дорожка на ленте содержит 387 пакетов данных, которые записываются и воспроизводятся с применением специального буферного сегмента.

В процессе воспроизведения все четыре головки сканируют ленту и воспроизведенные ими пакеты данных передаются в буферный сегмент (рис. 6).

Рис. 6 Схема буферирования данных с МЛ

У

каждого пакета есть уникальный адрес, по которому буферный сегмент восстанавливает правильную последовательность пакетов, независимо от порядка, в котором они воспроизводились. Безошибочно воспроизведенные при первом проходе пакеты остаются в буфере. Другие пакеты воспроизводятся за последующие проходы и добавляются до тех пор, пока не будет восстановлена вся последовательность данных.

В формате VXA применяется выполняемая в два этапа четырехуровневая процедура исправления ошибок. Во-первых, каждый пакет содержит ECC-код исправления ошибок Рида-Соломона (Reed-Solomon), который позволяет устранять ошибки, обычно вызываемые шумом или фазовыми сдвигами. Во-вторых, при сборке пакетов в буферном сегменте они размещаются в узлах матрицы, в которой для исправления ошибок применяется трехмерный ECC-код Рида-Соломона (по осям X, Y и по диагонали).

Такая схема позволяет исправлять до двух ошибочных пакетов в каждой строке, столбце и диагонали буферного массива. Таким образом в VXA вероятность появления ошибочного бита снижается до

.

Режим переменной скорости (VSO) позволяет устранить обратные захваты, задержки и вызванный захватами износ ленты. Устранение захватов снижает и скорость износа механизма накопителя.

П

ри использовании формата VXA скорость МЛ как бы подстраивается под скорость поступления данных. В случае перерыва в передаче данных механизм останавливается и переходит в так называемый режим готовности к дальнейшей работе. Отсутствие захватов и режим готовности в VXA позволяют сократить время архивирования и восстановления данных. Например, время перехода НМЛ VXA из режима готовности в рабочее состояние составляет 25 мс, что почти в 80 раз меньше, чем максимальная длительность обратного захвата (в отдельных случаях эта величина достигает 2 с) в потоковом устройстве (рис. 7).
Рис. 7 Сравнительные временные диаграммы НМЛ

Благодаря режиму так называемой мягкой остановки при переходе в режим готовности в НМЛ VXA снижается износ МЛ. В потоковых НМЛ лента останавливается, отматывается назад, снова останавливается, а затем разгоняется до номинальной скорости (рис. 8).

Рис. 8 Сравнительные диаграммы движения ленты
НМЛ VXA, напротив, не изменяет направление движения МЛ. Лента останавливается, ожидает поступления очередных данных, затем начинает движение, а запись осуществляется с того места, где произошла остановка.

Многократное сканирование (OSO) устраняет ставшую неизбежной для ленточных механизмов необходимость совмещения дорожек и головок. Для нормальной записи или воспроизведения данных в потоковых устройствах на МЛ требуется обеспечить постоянную скорость ленты относительно головок в механизмах линейной записи или фиксированный угол дорожек в устройствах наклонно-строчной записи.

При замедлении МЛ отдельные ее части воспроизводятся несколько раз. Многократное сканирование позволяет неоднократно воспроизводить МЛ с физическими повреждениями, такими, как нарушение угла наклона дорожки или дефект рабочего слоя МЛ, и восстанавливать данные с помощью устройства контроля ошибок.

Во время работы НМЛ две пары вращающихся головок записывают на ленту два перекрывающихся набора дорожек. Первая головка в каждой паре записывает данные, а вторая - проверяет их целостность, выполняя "воспроизведение после записи" RAW (Read-After-Write). При вращении магнитные головки движутся по одной и той же траектории. Первая головка записывает дорожку на пустой ленте, а вторая - воспроизводит только что записанные данные. Далее первая головка записывает следующую дорожку и процесс повторяется. За один оборот барабана НМЛ VXA записывает пары идентичных пакетов под различными углами. Кроме того, выполняется так называемая запись с нулевым допуском ZTW (Zero Tolerance Write), которая гарантирует надежное сохранение данных на ленте. При этом вторая (замыкающая) головка воспроизводит только что записанные пакеты - так же, как и при выполнении RAW. Если с помощью ECC-кода обнаруживается пакет с ошибками, то НМЛ VXA записывает такой пакет повторно.

При воспроизведении данных в формате VXA используются все четыре головки. В этом случае пакеты воспроизводятся путем многократного сканирования и гарантируется, что каждый из них воспроизводится по крайней мере один раз. Геометрия дорожек и их наклон несущественны, ведь процедура воспроизведения пакетов от этих параметров не зависит. Такой подход исключительно эффективен для обеспечения совместимости VXA накопителей.

Возможна ситуация, когда дорожка смещена и совмещение со следом магнитной головки практически невозможно. В таком случае, пытаясь воспроизвести данные, потоковый накопитель осуществляет обратный захват и зачастую безвозвратно теряет данные с ленты. В VXA пакеты с данными размещаются в буфере по мере воспроизведения магнитными головками. Далее восстанавливается правильный порядок этих пакетов в буфере, а данные передаются системе. Следовательно, достигается высокая совместимость НМЛ.

Формат VXA позволяет создавать принципиально новые устройства со значительно более привлекательным соотношением цена/производительность и находить более надежные решения для профессиональных приложений класса предприятия, а также там, где требуется экономить средства.

НМЛ VXA максимальная емкость картриджей для которых достигает 66 Гбайт (с компрессией 2:1), предлагаются в вариантах с интерфейсами SCSI-2 Single-Ended (SE), Ultra2 Wide SCSI (LVD/SE) и даже FireWire (IEEE1394).

Версия НМЛ VXA-1 позволяет записывать данные со скоростью до 6 МБ/c. Емкость буфера данных - 4 Мбит. Конструктивно приводы могут быть выполнены как встраиваемые или внешние устройства (рис.9).

Рис. 9 (Версия) внешнего НМЛ VXA-1

Для них используется три типа носителей: V6 с оригинальной емкостью 12 ГБ (24 ГБ с компрессией), V10 - 20 (40) ГБ и V17 - 33 (66) ГБ при длине МЛ 62, 107 и 170 м, соответственно. Для сжатия данных также используется алгоритм ALDC. Среднее время безотказной работы НМЛ достигает 300 тыс. ч. На МЛ наносится специальное покрытие AME (Advanced Metal Evaporated), которое увеличило срок ее службы до 30 лет, причем за это время МЛ может выдержать 20 тыс. проходов. Стандартный DDS-носитель выдерживает только- 2 тыс. проходов.

Поскольку даже 66 ГБ данных для многих пользователей недостаточно, то в активе у Ecrix имеются устройства типа VXA RakPak, AutoPak и AutoRak. В частности, RakPak - это версия НМЛ VXA-1 для размещения в стандартной 48- см стойке. Блок высотой 1U включает два НМЛ VXA-1; таким образом, общая емкость устройства достигает 132 ГБ, а скорость передачи данных составляет 12 МБ/с. НМЛ VXA-1 совместимы практически с любыми операционными системами, в частности, с Windows, Linux, Novell, UNIX, OS/2 Warp и MacOS. Большинство операционных систем автоматически распознают эти НМЛ без специальной настройки.

AutoRak - это блок высотой 2U, представляющий собой автозагрузчик (autoloader) для стоечных систем, работающий с 10 картриджами. Максимальная емкость достигает 660 ГБ.

В

ариант AutoPak имеет максимальную емкость (с компрессией) до 1980 ГБ (рис.10).

Рис. 10 Вариант VXA устройства типа AutoPak

При использовании двух НМЛ VXA-1 данное устройство представляет собой мини-библиотеку RAIL (Redundant Arrays of Independent Libraries), оперирующую с 20 картриджами.

Версия НМЛ VXA-2 имеет емкость 80 ГБ и скорость обмена данными до 10 МБ/с.

Продольная запись

QIC/Travan

Кассетные НМЛ формата QIC (Quarter-Inch-Тape Cartridge) были выпущены компанией 3M в 1972 г. для нужд телекоммуникаций. Вскоре эти недорогие накопители стали использоваться в компъютерной технике, в частности, в автономных персональных компъютерах. Со временем формат был модифицирован – появились разновидности продольной записи с новыми свойствами. В частности, вариант формата Travan стал попыткой обеспечить наряду с повышенной емкостью обратную совместимость с более ранними форматами QIC. Хотя устройствами QIC и Travan уже не пользуются, технологии продольной записи продолжают совершенствоваться.
Рис. 11

SLR

В 1996 г. компания Tandberg Data ASA предложила формат Scalable Linear Recording (SLR), для записи на МЛ шириной 6,35 мм. Используется полностью закрытый картридж с массивным металлическим основанием и установленными внутри подающей и приемной катушками (рис. 11).

Обе катушки приводятся в движение специальным ремнем. Картридж имеет лишь небольшое окошко для контакта головки записи-воспроизведения с МЛ и ролик, который сообщается с приводным ремнем внутри картриджа и с тонвалом привода. Таким образом, лентопротяжный механизм имеет минимальное количество движущихся частей (головка и тонвал), а, следовательно максимальную надежность конструкции.

Многоканальная тонкопленочная магниторезистивная головка закреплена не жестко, а подвешена при помощи магнитной катушки наподобие диффузора громкоговорителя. На МЛ при изготовлении наносятся специальные синхродорожки, которые всегда воспроизводятся при ее движении (как при записи, так и при воспроизведении), а сервосистема на основе воспроизводимого синхросигнала постоянно корректирует положение магнитной головки по высоте. Кроме того, головка записи-воспроизведения имеет дополнительный рабочий зазор, который позволяет воспроизводить только что сделанную запись, то есть образует сквозной канал записи-воспроизведения. Использование сервосистемы позволяет существенно увеличить количество дорожек на ленте (до 192), не прибегая ни к каким другим приемам.

Начиная с модели SLR100 для записи используется способ Variable Rate Randomizer – один из вариантов PRML, разработанный компанией Overland Data специально для устройств продольной записи. Все эти усовершенствования способствовали увеличению как объема несжатых данных (50 ГБ), так и скорости записи (10 MБ/с). Компания Tandberg весьма высоко оценивал потенциал своего формата, обещая предоставить емкость до 800 ГБ на картридж и скорость записи до 13 MБ/с.

НМЛ SLR имеют меньшую стоимость, чем DDS4 и младшие модели могут быть использованы в системах начального уровня, где обычно применяют устройства DDS.

ADR

С появлением в 80-х годах CD-ROM многие предрекали закат НМЛ. Однако, новые исследования и технологии позволили НМЛ спокойно выдержать натиск оптических накопителей. Тем не менее появление в 1999 г. новой компании OnStream с форматом Advanced Digital Recording (ADR) продольной записи на 8-ми мм ленту было до некоторой степени неожиданным. Компания OnStream была выделена из электронного гиганта Philips специально для разработки формата ADR. К основным инновациям формата ADR можно отнести:

встроенные в МЛ средства сигнализации о положении головки – сервосигнализация (buried servo signaling);
многоканальная запись;
переменная скорость обмена данными;
повышенная надежность записи.

Сервосигнализация позволяет головке точно отслеживать движение МЛ, что дает возможность значительно повысить плотность размещения дорожек. Помимо этого, сервосигнализация используется для обеспечения целостности данных.

Известно, что магнитное покрытие ленты намагничивается относительно высокочастотным информационным сигналом только в тонком поверхностном слое (примерно 10% толщины). Если в этом же рабочем слое записывать сигнал более низкой частоты, то он проникает на большую глубину, и поверх него может быть записан информационный сигнал, то есть в этом случае в рабочем слое ленты сосуществуют два сигнала, располагающиеся в разных слоях. Более низкочастотный сервосигнал представляет собой ряд синусоидальных волн ( м.б. лучше отпечатков?), записанных поперек ленты (рис. 12)

Рис. 12 Взаимное расположение записанных на МЛ (отпечатков?) сигналов

Фазы четных и нечетных волн сервосигнала отличаются на 180°. Информационные дорожки пересекают синусоиды в точках, находящихся в противофазе, так что суммарный сигнал равняется нулю. При смещении головки воспроизводимая разность сервосигналов пропорциональна смещению, а направление смещения определяется фазой сервосигнала.
Другим нововведением формата является восьмидорожечная тонкопленочная магниторезистивная головка. Запись и воспроизведение восьми дорожек одновременно позволяют снизить скорость движения МЛ, сохранив производительность. В свою очередь, низкая скорость МЛ уменьшает трение и генерируемое тепло, потребление энергии, уровень шума и износ МЛ.

Наилучшая производительность НМЛ достигается в том случае, когда поток информации не прерывается. Это условие выполняется при низких скоростях обмена, когда компьютер всегда успевает обработать и доставить данные НМЛ. В потоковых НМЛ скорость движения МЛ постоянна, и в случае десинхронизации обмена МЛ приходится останавливать. Формат ADR позволяет непрерывно изменять скорость МЛ и скорость обмена от 0,5 до 2 MБ/с (для несжатых данных), согласуя их со скоростью обмена данными компьютера.

Что касается обеспечения целостности данных, то большинство НМЛ используют метод "воспроизведение в процессе записи" (Read-While-Write – RWW). В формате ADR это реализуется с помощью соответствующих головок воспроизведения. Сервосигнализация позволяет устройствам ADR на лету определять дефектные участки МЛ. Участок, на котором пропадает сервосигнал отмечается как дефектный, а запись возобновляется только при восстановлении сервосигнала. Более того, в НМЛ ADR используется код контроля ошибок как для горизонтальных, так и для вертикальных дорожек. В результате обеспечивается очень низкая вероятность ошибки

.

В НМЛ ADR следующего поколения (ADR2.60IDE) количество дорожек на МЛ было увеличено вдвое (вместо 192 стало 384), емкость картриджа достигла 60 ГБ сжатых данных, а скорость записи – 5 MБ/с. Компания OnStream не сомневается в том, что НМЛ ADR и по цене и по функциональным возможностям являются оптимальным решением для серверов начального уровня.

Продольно-серпантинная запись

Этот формат записи на МЛ отличается от продольной записи тем, что операции записи-воспроизведения выполняются как при прямом, так и при обратном движении МЛ.

DLT

Ф

ормат записи DLT (Digital Linear Tape) разработан в середине 1980-х гг. компанией DEC (Digital Equipment Corporation), для своих знаменитых компъютеров MicroVAX. Первые коммерческие устройства появились в 1989 г., а в 1994 г. права на формат перешли к компании Quantum. НМЛ DLT имеет уникальный лентопротяжный механизм, минимизирующий контакт МЛ с направляющими роликами и головкой (рис. 13).

Рис. 13 Конструкция лентопротяжного механизма DLT

В

НМЛ применяется двухмоторная система, управляемая компьютером, что позволяет с высокой точностью регулировать скорость движения МЛ для оптимизации операций записи-воспроизведения. Данные записываются по всей длине МЛ шириной 12,7 мм на параллельных дорожках, которые группируются в пары. При достижении конца МЛ головки устанавливаются в новую позицию, после чего выполняется запись в противоположном направлении. На МЛ размещается 128 или 208 дорожек. При записи используется метод SPR (Symmetric Phase Recording ), с помощью которого данные на смежных дорожках размещаются под разными углами ( обычно

) (рис. 14).

Рис.14 Расположение на МЛ дорожек при записи методом SPR
Четырехканальная система записи-воспроизведения позволяет получить скорость обмена данными 5 MБ/с для несжатых данных. Достоверность информации обеспечивается кодами, контролирующими ошибки, а именно, кодом Рида-Соломона для каждых 64 КБ пользовательских данных, 64-битовым CRC и 16-битовым EDC.

Информация о данных хранится в самом начале ленты и считывается в память после установки картриджа. Изменение этой информации происходит в памяти устройства до тех пор, пока картридж не будет выгружен буферов записано на ленту. Такой способ работы требует больше времени на операции загрузки и выгрузки МЛ из устройства, но позволяет очень эффективно использовать НМЛ при работе с большим количеством отдельных файлов. Информация о данных на МЛ сохраняется при потере или сбое питания и записывается на нее при его восстановлении. Формат записи на ленту позволяет очень быстро позиционироваться по архивам.

Три фактора определяют большую емкость НМЛ формата DLT. Во-первых, DLT использует МЛ шириной 12,7 мм. Во-вторых, его картридж почти вдвое больше 4- и 8-мм. В-третьих, МЛ практически полностью заполняет картридж, состоящий из одной катушки, в отличие от 4- и 8-мм устройств, которые имеют две катушки (причем одну пустую). НМЛ DLT предоставляет вторую катушку, которая подхватывает конец МЛ.

DLT-картридж имеет размеры: длина – 10,6 см, ширина – 10,5 см, высота – 2,5 см. Длина хранимой в нем МЛ может варьироваться от 363 м до 554 м. На корпусе картриджа имеется специальная защелка, предотвращающая случайную запись на МЛ. Обычно используются три типа картриджей, окрашенных в разные цвета: DLTtape III (серый), DLTtape IIIXT (белый), DLTtape IV (черный).

Технологические усовершенствования в НМЛ DLT8000 позволили увеличить его емкость до 40 ГБ (80 ГБ со сжатием), а скорость передачи данных довести до 6 МБ/с (12 МБ/с). Эти накопители полностью совместимы с НМЛ DLT4000 и DLT7000, в которых используются картриджи DLTtape IV. Кроме того, НМЛ DLT8000 может воспроизводить и запмсывать картриджи DLTtape III и DLTtape IIIXT.

НМЛ DLT предназначены для интенсивного использования в сетях среднего размера. Среднее время безотказной работы MTBF (Mean Time Between Failure) при полной нагрузке составляет около 200000 ч. Ресурс блока головок не превышает 30000 ч., а долговечность МЛ довольно высока – более 1 млн. проходов. Однако, следует помнить о том, что для заполнения DLT картриджа требуется около 50 проходов, тогда как для 8-мм только один. И все же для своих МЛ фирма Exabyte гарантирует лишь 1500 проходов.

Одним из недостатков НМЛ DLT является высокая потребляемая мощность. Устройствам AIT требуется в среднем 12 Вт, Mammoth – 15 ВТ, а DLT – 35 Вт.

В 1998 г. компания Quantum реализовала новый формат записи Super DLT (SDLT) в НМЛ DLT220N, который включил в себя целый ряд новшеств, в частности:

оптически управляемую магнитную запись (Laser Guided Magnetic Recording – LGMR);
оптическое слежение за дорожкой Pivoting Optical Servo (POS), являющееся ядром LGMR, и объединяющее магнитную запись высокой плотности с лазерной системой позиционирования головок;
кластерные магниторезистивные головки (Magneto Resistive Cluster heads – MRC);
усовершенствованный способ записи ERP (Enhanced Partial Response) –модифицированный вариант PRML;
технологию изготовления металлопорошковой ленты AMP (Advanced Metal Powder, 1900 Э).

Объединение оптической и магнитной технологий позволило добиться качественно нового результата. Данные в SDLT записываются на одной стороне МЛ, а сигналы слежения за дорожками – на обратной. Это дает возможность не только очень точно позиционировать головки и соответственно повысить поперечную плотность записи, но и на 10-20% увеличить емкость МЛ. Поскольку серводорожки (три) нанесены на МЛ еще в процессе ее производства, то не требуется переформатирование МЛ. Сервосигналы вырабатываются известным методом трех лучей. Так как оптический способ слежения является бесконтактным, то удается надежно отслеживать как перпендикулярные так и поперечные колебания МЛ во время ее движения. Помимо этого система LGMR хорошо защищена от случайных внешних воздействий.

SDLT имеет внутреннее микропрограммное обеспечение, которое управляет интерфейсом (SCSI), контролем ошибок, сжатием данных, скоростью ленты, форматированием данных.

В одном картридже первой модели DLT220N хранится 110 ГБ данных без сжатия (220 ГБ со сжатием), а скорость передачи данных достигает 11 МБ/с (22 МБ/с со сжатием). Поперечная плотность записи 35,3 дор/мм. Максимальная скорость по шине SCSI в пакетном режиме – 80 МБ/с. Среднее время наработки на отказ при 100% нагрузке составляет 250000 ч.

SDLT обеспечивает обратную совместимость с НМЛ DLT8000, DLT7000, DLT4000 и картриджами типа DLTtape IV.

LTO

В области НМЛ постоянно шла и идет необъявленная война форматов. Все описанные выше форматы являются патентованными, а это препятствует здоровой конкуренции. Для того, чтобы изменить в какой-то степени сложившуюся ситуацию компании Hewlett-Packard, IBM и Seagate Technology, разработали открытый для всех формат продольной (продольно-серпантинной) записи – Linear Tape Open (LTO). Новый формат позволяет создавать устройства с различными функциональными возможностями и техническими характеристиками, работающими как на отдельном сервере, так и в сложных сетевых средах, как с приложениями, где требуется быстрый доступ к данным, так и с такими приложениями, для которых более важным является их объем. Исходя из этих соображений были предложены две реализации формата LTO: Accelis, предназначенная для приложений, требующих быстрого доступа к данным, и Ultrium – для хранения больших объемов информации ( в частности резервного копирования).

Несмотря на различия этих двух вариантов реализации, каждый из них содержит все ключевые особенности формата LTO. Что же касается самих особенностей, то в формате сделана попытка воплотить все лучшее из того, что наработано для устройств продольно-серпантинной записи.

Прежде всего увеличено число каналов записи-воспроизведения. Первая генерация LTO предусматривала 8 каналов, а в дальнейшем их число возросло. Улучшены также сервосистемы и конструкции магнитных головок, что обеспечивает точное их позиционирование и высокую плотность записи. Целостность данных поддерживается надежным логическим форматом, который включает алгоритм сжатия и сигнал на основе dk – ограниченного кода. Реализована динамическая перезапись данных, записанных на дефектных дорожках. Картридж содержит встроенную память LTO Cartridge Memory (LTO-CM). Наконец, записываемые блоки данных точно индексируются с помощью кодирования продольного положения на серводорожках. Это позволяет выполнять быстрый поиск новых блоков и упрощает обнаружение ошибок и восстановление данных.

С целью максимального использования магнитной поверхности формат LTO предусматривает разбиение МЛ на узкие зоны дорожек для записи. Число этих зон зависит от реализации формата: для Ultrium оно равно четырем, тогда как для Accelis – двум. Блок МГ покрывает одну зону и заполняет ее последовательно. Сверху и снизу каждой зоны располагаются сервополосы, информация в которых используется сервосистемой для управления положением блока головок.

Реализация формата Accelis – это быстрота доступа. Конструкция устройства направлена на обеспечение минимального времени доступа к данным, жертвуя при этом их объемом. МЛ сужена до 8 мм, соответственно количество дорожек уменьшено до 256, а ее длина равна 216 м. Это позволяет разместить 25 ГБ несжатых данных, при скорости обмена 10 MБ/с.
Картридж содержит две бобины (Ultrium – одну). Поскольку тракт МЛ полностью находится внутри картриджа, он может вставляться в НМЛ без предварительной перемотки в начало. Как следствие – среднее время поиска составляет менее 10 с. Формат Accelis был реализован в системе IBM Magstar MP 3570, но при решении реальных задач не смог показать преимуществ перед Ultrium, и его производство было прекращено.

Реализация формата Ultrium – это решение проблемы больших объемов. Данный формат предоставляет большую емкость и высокую скорость обмена. Первая генерация (лучше Первое поколение) НМЛ LTO позволяла записывать 100 ГБ несжатых данных на одном картридже, при этом скорость обмена составляла 20 MБ/с. Сам картридж содержал 600 м МЛ шириной 12,7 мм. Блок головок записи-воспроизведения сконструирован таким образом, чтобы записываемые данные сразу же проверялись. При заполнении одной зоны МЛ блок головок перемещается, и запись производится в следующей зоне.

У

стройства Ultrium поставляются сегодня на рынок, в частности, такими компаниями, как Hewlett-Packard, IBM и Seagate (рис. 15).

Рис. 15 Накопитель LTO формата Ultrium

Накопители и носители информации LTO различных производителей совместимы между собой с учетом поколения. Формат LTO регламентирует совместимость процесса воспроизведения на два поколения назад, а процесса записи на одно поколение назад.

В настоящее время (2010 год) используется формат Ultrium LTO пятого поколения (LTO-5). НМЛ LTO-5 обеспечивает запись на одну кассету 1,5 ТБ несжатых данных, что условно соответствует 3 ТБ при аппаратном сжатии (табл. 1). Это связано с тем, что для 1 – 5 поколений предполагается средний коэффициент сжатия 2:1, а для 6 – 8 поколений – 2,5:1.
Табл.1 Основные параметры накопителей информации LTO различных производителей

Параметр

Поколение

1 2

скачати