3.3.3. Накопители на магнитных лентах

Накопители на магнитных лентах (НМЛ) являются одним из наиболее давно используемых в качестве массовой памяти типом устройств. Первые такие накопители имелись уже в ЭВМ пятидесятых годов прошлого столетия. Технология для них, также как и впоследствии для CD-ROM, была "подготовлена" звукозаписывающей техникой.

Основными достоинствами НМЛ были большая емкость и невысокая стоимость носителя информации: (сначала бобины, кассеты, а затем картриджа) магнитной ленты. Основным недостатком - последовательный доступ к данным, требующий большого времени.

За время своего существования НМЛ только на начальных этапах успешно конкурировали со своими ближайшими "родственниками": магнитными барабанами, которых им удалось пережить, и магнитными дисками, которые заняли ведущее место примерно с начала 1960-х годов, оставив для НМЛ лишь роль систем архивного хранения данных.

Тем не менее, даже, несмотря на появление оптических дисков, НМЛ достаточно прочно удерживают свои позиции в качестве устройств резервного копирования больших объемов данных в секторе корпоративных решений.

В своей современной версии НМЛ более известны под названием стримеры (транслитерация английского streamer, происходящего от слова "поток"). В этом своем виде они многое позаимствовали от кассетных аудио- и видеомагнитофонов. Существует несколько разновидностей стримеров, различающихся размером используемых магнитных лент и особенностями размещения информации на них.

Два основных варианта записи на ленту с дорожками: - продольными, расположенными параллельно краю магнитной ленты и проходящими по всей ее длине (как у обычных магнитофонов); - спиральными (точнее, наклонными), проходящими по диагонали от одного края ленты к другому, которые получаются при использовании головок записи, вращающихся (со скоростью 2000 об/мин) вокруг оси, наклоненной под некоторым углом (порядка 5°) к перпендикуляру к направлению движения ленты (как в видеомагнитофонах).

Рис. 37. Продольное I) и спиральное II) расположение дорожек на магнитной ленте стримеров: а) магнитная лента, б) дорожки, в) фиксированная магнитная головка, г) вращающиеся магнитные головки

Два этих варианта схематически показаны на рис. 37. Второму случаю хотя и соответствует меньшая скорость движения самой ленты (всего 2,5 см/с), но тем не менее износ ленты и головок выше, вследствие большей площади контакта ленты с вращающейся головкой.

В случае продольных дорожек запись и чтение обычно осуществляются в двух направлениях движения ленты, как в кассетном магнитофоне. Как правило, стример включает в себя лентопротяжный механизм, в простейшем случае аналогичный используемым в аудио- и видеомагнитофонах, головки чтения/записи, механизм загрузки ленты и контроллер. Магнитная лента помещена в картридж, подобный используемым в (видео) магнитофонах кассетам. Однако такая конструкция, в особенности при использовании записи по спиральным дорожкам, как правило, приводит к сильному натяжению и высокому износу ленты, что ухудшает характеристики надежности накопителя.

Поэтому в качественных системах используют более сложные лентопротяжные механизмы, например с роликовыми направляющими, ведущими ленту по противоположной магнитному слою стороне, а также применяют специальную магнитную ленту и конструкции картриджей.

Основные проблемы, на которых концентрируются разработчики стримеров, связаны с повышением емкости носителей, скорости записи и передачи данных, надежности хранения и считывания данных уменьшением времени поиска и износа ленты.

При этом при создании НМЛ часто используют технологические приемы, характерные и для других видов памяти с подвижными магнитными носителями.

В частности, для повышения плотности расположения дорожек могут использоваться серводорожки и следящие системы, как и в накопителях на жестких дисках, что позволяет разместить до 200 дорожек на ленте шириной 8 мм.

Ускорения записи и считывания достигают улучшением характеристик магнитных головок и магнитной ленты, записью и чтением одновременно по нескольким дорожкам, использованием внутренних буферов и сжатием данных при их записи.

Для ускорения поиска в некоторых накопителях картриджи с лентой оснащаются внутренним ЗУ, в котором записывается некоторый аналог таблицы размещения файлов.

Для повышения надежности хранения данных используются контрольные и корректирующие коды, в частности циклические коды и коды Рида-Соломона.

Характеристики НМЛ могут существенно различаться в зависимости от их конструкции и технологии записи. Так, емкости стримеров варьируются в широких пределах, достигая 600 Гбайт, скорости передачи у лучших НМЛ сравнимы с жесткими дисками, составляя до 60 Мбайт/с, время поиска (доступа) в некоторых моделях составляет до 10 секунд (при среднем - порядка 80-100 с).

На основе стримеров строятся также специальные автоматизированные библиотеки, в которых обеспечена возможность хранения многих картриджей с лентой и автоматической установки и замены их в накопителях. Причем в сложных системах может использоваться до нескольких сотен накопителей и храниться несколько тысяч картриджей.

Кроме того, на базе НМЛ организуются массивы, аналогичные RAID-массивам жестких дисков (см. п.4.2.3). Производители НМЛ декларируют при этом возможность повышения пропускной способности такой системы в соответствующее количеству используемых накопителей раз.