Locked History Actions

Magnetic Tapes

Žodis angliškai

Magnetic Tapes

Žodis Lietuviškai

Magnetinės juostos

Apibrėžimas

Magnetinė juostelė yra magnetinio duomenų įrašymo terpė, pagaminta iš plonos įmagnetinamos dangos sudarytos ant ilgos, siauros plastikinės plėvelės. Pirmoji magnetinė juostelė buvo sukurta Vokietijoje, remiantis magnetinio įrašymo į metalinę vielą principu. Įrenginiai įrašantys ir atkuriantys garso ir vaizdo įrašus naudojant magnetinę juostą yra vadinami garso magnetofonais ir vaizdo magnetofonais. Įtaisas, kuris saugo kompiuterių duomenis magnetinėje juostelėje yra vadinamas juostiniu įrenginiu (angl. tape drive).

Magnetinės juostelės pirmieji taikymai

Magnetinė juosta yra viena seniausių skaitmeninių laikmenų, gyvuojančių ir plačiai naudojamų iki šių dienų. Pirmoji magnetinė juosta įrašyti skaitmeniniams duomenims buvo panaudota 1951 m. UNIVAC I kompiuteryje. Ši magnetinė juosta buvo pagaminta iš plonos 12,7 mm pločio fosforo bronzos juostelės, padengtos nikeliu. Šios magnetinės juostos duomenų tankis buvo 128 baitai per vieną colį, o duomenų skaitymo greitis siekė 12800 baitų per sekundę. Ši magnetinė juosta buvo sudaryta iš 8 takelių, kurių 6 saugojo duomenis, 1 lyginumo takelis ir 1 sinchronizavimo takelis. IBM kompiuterių 6 dešimtmetyje naudojamas magnetinių juostų standartas buvo metalo oksido tipo juostos, sudėtimi panašios į muzikines magnetines juosteles. Šių juostų ilgis vienoje ritėje siekė 370-730 metrų. Devintajame dešimtmetyje šių juostų storis buvo mažinamas ir į ritę pavykdavo sutalpinti apie 1100 metrų naudojant 267 mm diametro rites. Šių juostų duomenų tankis 7 takelių juostoms buvo 200-800 baitų į colį, o 9 takelių juostoms 800-6250 baitų į colį. Naudojant tokį tankį visos magnetinės juostelės ritės talpa galėjo būti nuo 5 MB iki 140 MB, kas tuo metu pakankamai tenkino tuometinės kompiuterijos standartus.

Magnetinės juostelės raida

Tobulinant juosteles buvo naudojamas vis mažesnis juostelės storis ir plotis siekiant sumažinti ričių tūrius, taip pat didinamas takelių skaičius pridedant papildomus tarnybinius takelius. Ilgą laiką magnetinių juostelių įrašymui ir skaitymui buvo naudojamos magnetinės galvutės panašios į esančias juostiniame vaizdo magnetofone. Vėliau magnetinėms juostoms traukiantis iš pagrindinės kompiuterių laikmenos standarto (buvo pradėti naudoti kietieji diskai) ir joms pereinant į specializuotą naudojimą, pavyzdžiui kaip antrinės atsarginės laikmenos serverių duomenų saugyklose, magnetinėms juostoms buvo pradėti kelti aukštesni saugumo reikalavimai ir buvo pritaikytas naujas patvaresnis magneto-optinis įrašymo būdas. Nuo šio etapo magnetinės juostelės imtos taikyti išskirtinai atsarginėms duomenų kopijoms saugoti.

Magnetinės juostelės įrašymo fizikinis principas

Ilgą laiką buvo naudojamas juostų įrašymas naudojant standartines magnetines galvutes. Tokios juostos nepasižymėjo dideliu duomenų saugumu nes buvo lengvai pažeidžiamos stiprių magnetinių laukų, pvz. priartinus prie garsiakalbio magneto. Tokiu būdu įrašytos juostos netiko šiuolaikiniam juostų naudojimui kuriant atsargines duomenų kopijas tad jis buvo pakeistas magneto-optiniu įrašymu, kuris pagrįstas Kerr efektu. Magneto-optinis įrašymas naudoja kombinuotas lazerines ir magnetines įrašymo technologijas. Egzistuoja Kiuri temperatūra magnetikams, kurioje magnetikas arba išsimagnetina arba yra lengviau veikiamas išorinio magnetinio lauko. Šiuo atveju magneto-optinio įrašymo metu lazeris kaitina siaurą juostos ruožą į kurį magnetine galvute aukštoje temperatūroje yra rašoma informacija. Šiam ruožui atvėsus iki kambario temperatūros jis nėra paveikimas išorinio magnetinio lauko, vadinasi tokios juostos gali būti sandėliuojamos arti magnetinio lauko šaltinių be jokio pažeidimo. Tokios juostos nuskaitymas galimas įprasta magnetine skaitymo galvute.

Magnetinės juostelės įrašymo skaitmeninis principas

Duomenys į magnetines juostas yra rašomi į lygiagrečius magnetinius takelius kurių senos kartos juostose būdavo 8 o dabartinėse 128 ir daugiau. Magnetinės juostos yra įrašomos naudojant tris pagrindinius duomenų pozicionavimo būdus.

Pirmasis būdas yra linijinis įrašymo būdas. Šio įrašymo metu duomenų takeliai eina išilgai magnetinės juostos.

  • linijinis_rasymas.PNG

Šis būdas yra vienas paprasčiausių, tačiau neoptimaliai išnaudoja magnetinės juostos plotį. Kiekvieno takelio įrašymui naudojamas atskira mikro-galvutė patalpinta magnetinėje įrašymo galvoje.

Antrasis būdas yra linijinis serpentininis įrašymo būdas. Šio įrašymo metu duomenų takeliai yra išdėstyti taip pat išilgai magnetinei juostai, tačiau takelių yra daugiau nei rašymo galvučių.

  • linijinis_serpentininis.PNG

Tokioje juostoje gali būti sutalpinama 4 ar daugiau kartų daugiau duomenų takelių nei standartinio linijinio įrašymo atveju. Tokio įrašymo metu skaitymo galvutės įrašo taip pat po vieną takelį vienu metu, tačiau jos gali judėti skersai magnetinei juostai, taigi juosta gali būti persukama kelis kartus įrašant duomenis į gretimus takelius. Toks būdas yra pakankamai paprastas, tačiau užtikrina gerokai didesnį duomenų tankį ir nereikalauja sudėtingo įrašymo galvos konstrukcijos.

Trečiasis įrašymo metodas yra spiralinis įrašymas, kuomet į juostą yra įrašomi tankūs trumpi takeliai pozicionuojami į magnetinę juostą kampu.

  • spiralinis.PNG

Tokio įrašymo metu magnetinė juosta palyginti mažu greičiu juda horizontaliai, kol prie jos kampu prigludusi įrašymo galva su keliomis mikro-galvutėmis sukasi ratu. Taip vėlgi gaunamas gerokai didesnis informacijos tankis lyginant su standartiniu linijiniu įrašymu ir nereikalauja daug mikro-galvučių rašymo galvoje. Šis metodas yra naudojamas beveik visų vaizdo juostų įrašyme.

Magnetinių juostų duomenų nuskaitymas

Šiuolaikinių magnetinių juostų įrašymo ir skaitymo greičiai siekia šimtus megabaitų per sekundę. Pavyzdžiui šiuo metu magnetinių juostų gamyboje lyderiaujančios IBM įmonės IBM TS1150 modelio juostos nuoseklus duomenų rašymo ir skaitymo greitis yra 350 MB/s, kas gerokai lenkia kietuosius diskus (vidutiniškai 80-160 MB/s) naudojant linijinio įrašymo metodą. Tačiau juostos visiškai netinka atsitiktinių duomenų nuskaitymui, kadangi jas reikia persukinėti. Būtent dėl šio magnetinių juostų trūkumo jos yra naudojamos išskirtinai atsarginių duomenų saugojimui, bet ne pastoviam duomenų rašymui ir skaitymui. Naujausiais duomenimis (2014-2015 metų) magnetinių juostų rinkoje lyderiaujančios įmonės IBM ir Sony pristatė atitinkamai 220 TB ir 185 TB juostas. Sony pasiektas tankio rekordas yra 146 Gb į kvadratinį colį. Taigi juostų talpa vėl gi gerokai pralenkia įprastines duomenų laikmenas kalbant apie duomenų tankio ir matmenų santykį. Magnetinės juostos taip pat pasižymi dideliu duomenų saugumu, kadangi jos yra pakankamai atsparios drėgmės bei ultravioletinės šviesos poveikiui, patvarios mechaniškai, taip pat jei yra sugadinama dalis juostos ir likusios magnetinės juostos duomenys gali būti visa dar atkuriami (priešingai nei optiniai ar kietieji diskai bei puslaidininkinės laikmenos). Taip pat prie magnetinėse juostose saugomų duomenų saugumo prisideda ir faktas, kad jų negalima momentiškai ištrinti. Kietąjį diską arba jų masyvą ištrinti arba negrįžtamai sugadinti juose esančius duomenis gali pakakti ir kelių minučių, tačiau norint tai atlikti su magnetinių juostų saugykloje esančiomis juostomis tam gali prireikti kelių metų. Kadangi magnetinės juostos neturi vidinio nuskaitymo ar įrašymo įrenginio jos gali būti ištrintos tik jas patalpinus į skaitymo rašymo mašiną, o šis darbas duomenų centruose yra atliekamas kompiuterizuotų mechaninių robotų.

Magnetinių juostų gamintoja lyderė

Šiandieninis magnetinių juostų gamintojas lyderis yra IBM, lenkiantis savo konkurentus tiek magnetinių juostų technologine pažanga, tiek pardavimų kiekiu.

  • IBM_pazanga.PNG

Iš aukščiau pateikto paveikslėlio galime matyti, kad magnetinių juostų tobulėjimui beveik galima taikyti Mūro dėsnį. Duomenų talpa per dešimtmetį išaugo daugiau nei 27 kartus. IBM teigia investuojanti tiek išteklių į atrodo moraliai pasenusią technologiją, nes mato tiesioginį šiuolaikinį šios technologijos pritaikymą „big data“ ir debesų kompiuterijos srityse. Kiekvieni metai augantys sugeneruojamos skaitmeninės informacijos ir didelė skaitmeninių duomenų svarba reikalauja patikimos tokių duomenų saugojimo laikmenos, kam IBM puikiai prikėlė magnetines juostas.

Magnetinių juostų komercinis naudojimas

Magnetinės juostos yra plačiai naudojamos vidutinio ir didelio dydžio duomenų centruose kaip papildoma išorinė duomenų laikmena. Magnetinės juostos dėl patogumo ir patvarumo yra laikomos plastikiniuose korpusuose.

  • kasetes.PNG

Standartinis tokios magnetinės juostos ilgaamžiškumas yra apie 30 metų. Magnetinių juostų sandėliavimas yra atliekamas kontroliuojamoje aplinkoje, kur vengiami dideli temperatūrų svyravimai, kontroliuojama oro drėgmė, nėra stiprių magnetinių laukų. Tačiau imantis papildomų saugomo priemonių šis laikas nėra kritinis, o svarbiausia magnetinės juostos savybė, jo saugumas dėl jau anksčiau aptartų priežasčių. Nepaisant jau minėto magnetinių juostų saugumo dar vienas labai svarbus komercinis aspektas yra tokios laikmenos kainos ir talpos santykis. Palyginimui 6 TB serveriui pritaikytas kietasis diskas kainuoja apie 350 €, tuo tarpu magnetinės juostos skaitymo rašymo įranga kainuoja apie 5000 €, o viena 5 TB juosta kainuoja apie 50 €. Taigi ilgainiui magnetinių juostų archyvas lieka daug pigesnis nei naudojant kietuosius diskus. Dideliuose duomenų centruose, tokiuose kaip GOOGLE, magnetinių juostų skaitymo ir rašymo bei archyvavimo procesai yra visiškai automatizuoti ir atliekami modernių robotizuotų sistemų, kuriose reikiamas juostas paruošia skaitymui ar rašymui robotinės rankos.

  • robotine_ranka.PNG

Siekiant palengvinti magnetinių juostų archyvavimą ir archyvo indentifikavimą, kiekviena didelio duomenų centro juosta turi identifikacinį lustą įtaisytą į pati juostos korpusą, kuriame saugoma informacija apie juostos duomenų kodavimo tipą, laikmenos talpą, gaminimo datą, ir kitą informaciją. Mažesnio masto robotizuota duomenų saugykla yra įgyvendinta Lietuvos televizijoje, skirta saugoti televizijos laidų vaizdo įrašus.

Apibendrinimas

Magnetinių juostų privalumai:

  • Maža kaina lyginant su talpinamos informacijos kiekiu;
  • Didelis kompaktiškumas, duomenų tankis;
  • Didelis patikimumas;
  • Didelė nuosekliųjų duomenų rašymo – skaitymo sparta;
  • Santykinai paprasta gamyba.

Magnetinių juostų trūkumai:

  • Lėtas pavienių failų skaitymo greitis;
  • Sąlyginai didelė skaitymo – rašymo įrangos kaina.

Dėl magnetinių juostų technologijos susiklostė taip, kad jos yra puikiai tinkamos kaip atsarginės (antrinės) išorinės duomenų laikmenos. Todėl jos didžiųjų kompanijų buvo imtos sparčiai vystyti naudojant pažangias technologijas ir puikiai įsilieja į šiandieninę duomenų saugojimo erdvę, kada duomenų generavimas auga sparčiu tempu.

Naudota literatūra

  1. Computer Peripherals [interaktyvus]. School of Computer Engineering Nanyang Technological University [žiūrėta 2016 m. balandžio 24 d]. Prieiga per internetą: http://www.lintech.org/comp-per/11MAGTAP.pdf

  2. Magnetic tape storage advances and the growth of archival data [interaktyvus]. IBM [žiūrėta 2016 m. balandžio 24 d]. Prieiga per internetą: http://mmspg.epfl.ch/files/content/sites/mmspl/files/shared/star2010/ppt/star2010_jelitto.pdf

  3. Magnetic tape data storage [interaktyvus]. Wikipedia [žiūrėta 2016 m. balandžio 24 d]. Prieiga per internetą: https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetic_tape_data_storage

  4. Tape encryption purchase [interaktyvus]. Computer Weekly [žiūrėta 2016 m. balandžio 24 d]. Prieiga per internetą: http://www.computerweekly.com/feature/Tape-encryption-purchase-considerations

  5. Magnetic Tape Storage and Handling [interaktyvus]. A Guide for Libraries and Archives [žiūrėta 2016 m. balandžio 24 d]. Prieiga per internetą: http://www.clir.org/pubs/reports/pub54/Download/pub54.pdf