Накопители на магнитной ленте

_____

Начало см. PC Week/RE, N 36/99, с. 22.

Андрей Борзенко  

Технология DAT-DDS

Когда цена является доминирующим фактором при покупке устройства резервного копирования, стоит обратить внимание на системы DAT-DDS. Лидер в производстве подобных устройств, несомненно, корпорация Hewlett-Packard (www.hp.com). По данным Dataquest, она контролирует более половины рынка устройств DAT-DDS. В консорциум производителей этих систем (www.dds-tape. com), помимо упомянутой уже Hewlett-Packard, входят такие известные компании, как Sony, Seagate Technology, Tecmar, MKE/Panasonic и Aiwa.

Основой для разработки технологии DDS послужила методика записи высококачественного звука DAT (Digital Audio Tape), поэтому важно запомнить, что DAT и DDS - вовсе не одно и то же. Для DAT-картриджей с лентой шириной 4 мм (а точнее, 3,81 мм) чаще всего используется формат DDS (Digital Data Storage), разработанный фирмами Sony и Hewlett-Packard в 1987 г. Этот формат основан на технологии наклонно-строчной записи Helical Scan. Обязательным атрибутом лентопротяжного механизма в данном случае является блок вращающихся головок (БВГ), выполненный в виде цилиндра (барабана). В зависимости от используемого формата записи лента обернута вокруг БВГ под некоторым углом, причем ось самого цилиндра также находится под небольшим углом к ленте.

Битам данных присваиваются числовые значения, после чего эти цифры транслируются в поток электронных импульсов, которые и помещаются на ленте. Эта технология во многом напоминает запись музыки на компакт-диск. Формат DDS, вообще говоря, использует лентопротяжный механизм DAT с четырьмя головками на БВГ: две головки записи и две - чтения после записи. Дорожки записываются парами, так называемыми фреймами, причем записи на дорожках частично перекрываются. Каждый фрейм содержит 8 Кб информации. Головки на БВГ расположены под различными азимутальными углами относительно ленты, поэтому каждая головка может легко различить свою дорожку. Для этого также задействована система автоматического поиска дорожки ATF (Automatic Track Finding).

Лента обернута вокруг цилиндра БВГ под углом 90 градусов, что уменьшает ее износ. Барабан вращается с частотой примерно 2000 об/мин, а лента движется довольно медленно - со скоростью 8,15 мм/с. Емкость картриджей при использовании формата DDS зависит от его версии (см. таблицу). Размеры всех картриджей одинаковы и составляют 5,3х7,4х1,0 см. С введением версии DDS/DC (DDS/Data Compression) форматы допускают компрессию данных.

В накопителях DDS-4 технологические улучшения коснулись не только блока вращающихся головок записи-чтения, но и носителя.

Другой формат, применяемый в 4-миллиметровых системах DAT, называется Data/DAT. Он разработан корпорацией Hitachi (www.hitachi. com). От DDS его отличает главным образом возможность частично обновлять данные резервного копирования. Таким образом, устройства, использующие формат Data/DAT, являются, по сути, блочно-ориентированными с произвольным доступом. В качестве основного контраргумента сторонники формата DDS выдвигают версию о том, что подобный режим работы стримера Data/DAT приводит к быстрому износу ленты. Правда, вопрос остается открытым и до сегодняшнего дня, хотя большинство производителей ориентируется пока на форматы DDS. В отличие от DLT-устройств, оснащенных самыми разными интерфейсами, для связи DS-накопителей с компьютерами обычно используется интерфейс SCSI-2.

Надо особо отметить, что все стримеры, где применяется технология Helical Scan, могут использовать такие возможности, как верификация данных типа “чтение после записи” и коррекция ошибок непосредственно во время записи.    

AIT-накопители Seagate SideWinder70

Особенно популярны DDS-устройства в рабочих группах крупных организаций. Они обеспечивают довольно высокую надежность, и время их безотказной работы составляет около 200 тыс. ч, но, в отличие от DLT-накопителей, только при 12%-ной загрузке. Последняя модель устройства DAT-DDS корпорации Hewlett-Packard - HP SureStore DAT40 - обеспечивает функцию восстановления информации при нажатии на клавишу OBDR (One-Button Disaster Recovery). Среднее время безотказной работы составляет 400 тыс. ч при 12%-ной загрузке. Модель оснащена интерфейсом LVDS (Low Voltage Differential SCSI).

Технология Travan

В настоящее время наблюдается некоторое перекрывание рынков устройств DAT-DDS и Travan. Тем не менее если первая группа продуктов более активно используется в рабочих группах больших организаций, то вторая вполне может стать оптимальным решением для малого бизнеса.

Технология Travan, разработанная корпорацией 3М (ныне компания Imation, www.imation.com), представляет собой новую ступень развития устройств, базирующихся на стандартах QIC (Quarter Inch Committee). В 1983 г. появились первые приводы, основанные на стандарте QIC-02. Картриджи этих устройств могли хранить 60 Мб информации на 300 футах ленты. Стандарты QIC определяют интерфейс между компьютером и стримером, формат ленты, необходимое количество головок, методы кодирования, коды и алгоритмы коррекции данных, а также SCSI-команды для накопителей, использующих этот интерфейс. Наибольшее распространение получили накопители, соответствующие стандартам QIC-40 и QIC-80. Они подключались к компьютеру через уже существующий контроллер флоппи-дисков. Форматы записи допускали как CRC-, так и ECC-кодирование, что позволяло одновременно осуществлять контроль и исправлять ошибки при очень высокой достоверности записи данных (один ошибочный бит из ста триллионов). Стандартом для четвертьдюймовых лент стали картриджи DC6000 и DC2000. Каждый такой картридж выполнен в корпусе из металла и пластика, в котором находятся две небольшие бобины для намотки магнитной ленты. Вращение бобин с лентой происходит благодаря гибкому плоскому пассику, приводимому в движение мотором привода через валик-кабестан. Путь пассика частично проходит вокруг каждой из ступиц бобин. Используемая кинематическая схема обеспечивает необходимые угловые скорости вращения бобин в зависимости от количества намотанной на них ленты.

Характеристики DDS

Для картриджей типа DC2000 используется только одна головка записи-чтения, т. е. в одно и то же время может читаться или писаться только одна дорожка. Однако как чтение, так и запись могут происходить в противоположных направлениях. После чтения признака конца логической дорожки головка чтения-записи стримера опускается или поднимается на уровень следующей нужной дорожки и чтение (запись) ведется уже в обратном направлении. Такой метод записи-чтения называют “серпантином” (serpentine recording).

Внутри первых картриджей Travan находилась магнитная лента длиной 228 м и шириной 0,315 дюйма, изготовленная из ферроксидного материала с коэрцитивной силой 550 эрстед, который обеспечивал плотность намагничивания до 14 700 переходов на дюйм. Емкость картриджа TR-1 составляет около 400 Мб. Это более чем вдвое превышало емкость самого распространенного серийного мини-картриджа QIC-80. Вслед за TR-1 планировалось выпустить картриджи TR-2 емкостью 800 Мб и TR-3 емкостью 1,6 Гб, которые являлись модификациями стандартных форматов QIC-3010 и QIC-3020, имеющих емкости 340 и 670 Мб соответственно. В 1995 г. 3М запустила в серийное производство мини-картридж TR-4 с максимальной емкостью 4 Гб. Первые модели стримеров Travan не потребовали каких-либо конструкционных изменений носителей информации: в их устройстве применялась существующая электроника привода и технология изготовления головок.

В настоящее время компания Imation выпускает два семейства картриджей: Travan - для накопителей настольных компьютеров и Travan NS - для стримеров серверов. Последнее из названных семейств включает в себя модели Travan NS 8, Travan NS 20 и Travan NS 36, обеспечивающих хранение 8, 20 и 36 Гб сжатых данных соответственно.

Среди ведущих производителей Travan-накопителей следует отметить корпорации Seagate Technology и Hewlett-Packard.

Стоит сказать, что новую жизнь в QIC-накопители вдохнула корпорация Tandberg (www.tandberg. com). Она усовершенствовала многоканальную технологию линейной записи MLR (Multichannel Linear Recording) и начала выпускать накопители SLR (Scalable Linear Recording), отличающиеся более высокой плотностью записи и быстродействием. Например, подобный стример может хранить на ленте 25 Гб несжатых данных и передавать их со скоростью 2 Мб/с. Одним из основных преимуществ SLR-накопителей Tandberg является их высокая надежность. Среднее время безотказной работы составляет 300 тыс. ч при 100%-ной загрузке.    

AIT и “мамонты”

Серьезную конкуренцию DLT-накопителям составляют стримеры с 8-миллиметровой лентой. Эти системы выполнены на базе лентопротяжных механизмов аналоговых видеомагнитофонов VCR (Video Cassette Recorder), подобных тем, что были выпущены в свое время фирмой Sony. Кроме трех головок - серво, записи и чтения после записи - имеется отдельная головка для стирания всей информации с ленты. Барабан вращается с частотой около 1800 об/мин, а лента движется со скоростью примерно 10 мм/с. Каждая дорожка записывается индивидуально и содержит 8 Кб информации. Лента обертывается вокруг БВГ больше чем наполовину. Емкость двухчасового картриджа в формате NTSC может составляет до 10 Гб. В среднем же одна 8-миллиметровая кассета вмещает от 5 до 7 Гб цифровой информации в зависимости от алгоритма компрессии и модели механизма. Первая кассета типа D8 была разработана в 1987 г. фирмой Sony. Обычно привод данного накопителя связывается с компьютером через специальный интерфейс.

На сегодняшний день подобные устройства представлены двумя семействами: накопителями Mammoth корпорации Exabyte (www.exabyte.com) и системами AIT (Advanced Intelligent Tape), которые выпускают два других крупнейших игрока на рынке ленточных накопителей - Sony и Seagate Technology.

Картриджи AIT-накопителей стоят примерно столько же, сколько и DLTtape, однако они существенно дороже кассет DAT-DDS. Дело в том, что в них встраивается специальный модуль MIC (Memory In Cassette), содержащий 16 Кб энергонезависимой памяти типа EEPROM. Используя последовательный интерфейс в этой памяти, накопитель может читать и записывать различную информацию, причем не только системную (заголовки, каталог), но и пользовательскую. В результате уменьшаются временные задержки при поиске информации. Например, в ряде случае время доступа сокращается чуть ли не вдвое.

Накопитель Seagate SideWinder70 может хранить до 70 Гб информации и передавать ее со скоростью до 6 Мб/с. В отличие от других кассет, благодаря встроенному механизму AHC (Active Head Cleaner), AIT-привод не требует периодической чистки с помощью специальной кассеты. Среднее время безотказной работы AIT-систем составляет примерно 250 тыс. ч при 20%-ной загрузке. В следующем году ожидается выпуск AIT-систем, способных хранить до 100 Гб информации и обладающих скоростью обмена данными 24 Мб/с.

У накопителей Mammoth характеристики примерно такие же, как у AIT-стримеров: среднее время безотказной работы 250 тыс. ч при 20%-ной загрузке. В приводах также используется механизм динамической очистки головок, хотя их жизненный цикл несколько меньше - 35 тыс. ч против 50 тыс. ч. у AIT. Ожидается, что в 2000 г. емкость кассеты Mammoth составит 150 Гб несжатых данных, а скорость их передачи возрастет до 20 Мб/с.

Как правило, 8-миллиметровые системы применяются в крупных локальных сетях для резервирования баз данных и файлов.

В заключение хотелось бы отметить, что для заполнения большого объема памяти с максимально возможной скоростью, например при резервировании информации с дисковых накопителей, острую конкуренцию DLT-устройствам с картриджами Super DLTtape составят перспективные LTO-накопители, поддерживающие формат Ultrium. Некоторые эксперты сравнивают такое соперничество со схваткой Давида и Голиафа, поскольку мощный триумвират IBM, Hewlett-Packard и Seagate Technology будет противостоять практически одной корпорации Quantum. К производителям носителей для LTO-устройств (EMTEC, Imation, Quantegy и Verbatim) присоединилась и Fujifilm.Окончание.