9-дорожечная лента — формат для хранения данных на магнитной ленте , представленный в IBM System/360 в 1964 году. Магнитная лента шириной 1 ⁄ 2 дюйма (12,7 мм) и катушки имеют тот же размер, что и более ранний формат IBM 7-дорожечный, который он заменил, но новый формат имеет восемь дорожек данных и одну дорожку четности , что в общей сложности составляет девять параллельных дорожек. Данные хранятся в виде 8-битных символов, охватывающих всю ширину ленты (включая бит четности). Различные методы записи использовались в течение его срока службы по мере увеличения скорости ленты и плотности данных, включая PE ( фазовое кодирование ), GCR ( групповая кодированная запись ) и NRZI ( без возврата к нулю, инвертированная , иногда произносится как «нур-зи»). Ленты бывают разных размеров до 3600 футов (1100 м) в длину.
Стандартный размер байта был фактически установлен на уровне восьми бит с появлением S/360 и девятидорожечной ленты.
Более 30 лет этот формат доминировал в сфере автономного хранения и передачи данных, но к концу 20-го века он устарел, и последний производитель лент прекратил производство в начале 2002 года [1] , а производство накопителей завершилось в следующем году. [2]
Типичное 9-дорожечное устройство состоит из ленточного транспортера — по сути, всей механики, которая перемещает ленту с катушки на катушку мимо головок чтения/записи и стирания — и поддерживающей электроники управления и чтения/записи данных. Транспортер обычно состоит из двигателя подачи, двигателя натяжения, ступиц для фиксации катушек с лентой на месте, двигателя ведущего вала (хотя не обязательно прижимного ролика, см. ниже), узла головки ленты , различных роликов, которые удерживают ленту на точном пути во время работы, и вакуумных колонн, которые предотвращают «вырывание» ленты. Данные могут быть повреждены растянутой лентой или изменениями скорости ленты, поэтому транспортер должен направлять ленту, не повреждая ее края, перемещать ее с минимальными колебаниями и дрожью и придавать ей натяжение, которое является низким, но достаточным для поддержания постоянного контакта ленты с головкой чтения/записи.
Чтобы загрузить ленту, оператор снимает защитное кольцо (часто называемое «ленточным уплотнительным ремнем», поскольку его цель — предотвратить попадание влаги и пыли на носитель) с внешней стороны катушки с лентой и устанавливает ленту на ступицу подачи, затем продевает ленту через различные роликовые узлы и на приемную катушку, устанавливая три или четыре витка ленты, чтобы обеспечить достаточное трение для приемного двигателя, чтобы иметь возможность тянуть ленту. Затем оператор инициирует автоматическую последовательность, часто одним нажатием кнопки, которая закрывает защитное окно, запускает вакуумную систему, затем продвигает ленту вперед до тех пор, пока полоска фольги начала ленты (BOT) не будет обнаружена оптическим датчиком на пути ленты. Затем управляющая электроника сообщает управляющему компьютеру, что устройство готово к работе.
Как и его аудио-аналог, перемещение ленты мимо головок чтения/записи на цифровом ленточном приводе с девятью дорожками требует точного управления, осуществляемого двигателем ведущего вала. Двигатель ведущего вала разработан для очень плавной работы. Обратная связь с управляющей электроникой осуществляется тахометром , обычно оптическим « тоновым колесом », для управления скоростью ленты. Запуск и остановка ведущего вала контролируются генераторами рампы для обеспечения правильного размера зазора между записями, зазора между блоками информации.
Вакуумная система обеспечивает физический буфер между точными движениями кабестан и большими движениями катушек, сохраняя короткую длину ленты в вакуумной колонне под относительно низким натяжением. Вакуумные колонны представляют собой камеры, открытые с одного конца, отверстия которых находятся на одной линии с траекторией ленты до и после узлов кабестан и роликов. Количество ленты в колонне контролируется четырьмя оптическими или вакуумными датчиками по бокам колонн. Управляющая электроника сохраняет кривизну петли ленты между двумя внутренними датчиками, подавая сигнал подающей катушке подавать больше или останавливаться, а приемной катушке — принимать больше или останавливаться по мере необходимости. Внешние два датчика, в самом верху и внизу колонн, служат для обнаружения неисправностей в механизме подачи во время работы, побуждая управляющую электронику отключать всю работу системы транспортировки ленты и вакуума, чтобы предотвратить повреждение ленты. Из-за натяжения, обеспечиваемого вакуумными колоннами, и конструкции траектории ленты лента обычно находится в достаточном контакте с относительно высокофрикционным покрытием на кабестане, так что прижимной ролик не используется.
Движение ленты во многих системах двунаправленное, то есть лента может считываться как вперед, так и назад по запросу управляющего компьютера. Поскольку вакуумная колонна подачи поддерживает небольшое постоянное натяжение в обратном направлении, ведущий вал может подавать назад без спутывания ленты или выскакивания ее с пути. В отличие от большинства аудиосистем с лентой, ведущий вал и головки всегда находятся в контакте с лентой, даже во время операций быстрой перемотки вперед и назад, только отводя головку от пути ленты во время высокоскоростной перемотки. В некоторых устройствах производители предусмотрели возможность «быстрого поиска», которая может быстро перемещать ленту на определенное количество блоков, затем останавливать ленту и возвращаться для считывания запрошенных данных на нормальной скорости.
Ленты включают в себя фольгированную полоску конца ленты (EOT). Когда во время записи обнаруживается EOT, компьютерная программа уведомляется об этом состоянии. Это дает программе возможность записать информацию о конце ленты на ленту, пока на ней еще достаточно места для этого.
Обнаружение BOT и EOT достигается путем освещения поверхности ленты небольшой лампой под косым углом. Когда полоска фольги (приклеенная к ленте) проходит мимо лампы, фоторецептор видит отраженную вспышку света и запускает систему, чтобы остановить движение ленты. Это главная причина, по которой фотовспышки не допускаются в центрах обработки данных с 9-дорожечными ленточными накопителями, поскольку они могут обмануть ленточные накопители, заставив их ложно распознать BOT и EOT. [3]
Выше описана типичная транспортная система; однако производители спроектировали множество альтернативных конструкций. Например, некоторые конструкции используют горизонтальную транспортную палубу, где оператор просто устанавливает катушку с лентой в отсек для катушки подачи, закрывает дверцу и нажимает кнопку загрузки, затем вакуумная система протягивает ленту по пути и на приемную втулку внутри механизма. Некоторые конструкции исключают вакуумные колонны в пользу конструкции с прямым приводом, управляемой микропроцессором.
9-дорожечные ленты 800 NRZI и 1600 PE (фазовое кодирование) используют межзаписной зазор (IRG) шириной 0,6 дюйма (15 мм) между записями данных, чтобы лента могла останавливаться и запускаться между записями. Ленты 6250 GCR используют более узкий зазор шириной 0,3 дюйма (7,6 мм) IRG.
Ленты с 9 дорожками имеют светоотражающие наклейки, размещенные на стороне без данных на расстоянии 10 футов (3,0 м) от начала ленты и 14 футов (4,3 м) от конца ленты, чтобы облегчить сигнализацию оборудования, чтобы лента не разматывалась со ступиц. Эти светоотражающие наклейки устанавливают отметки начала ленты (BOT) и конца ленты (EOT). 10 футов (3,0 м) начального и концевого звена достаточно длинные, чтобы лента могла спускаться и подниматься по воздушным колоннам и обернуться вокруг ступицы несколько раз. Дополнительные 4 фута (1,2 м) в концевом звене предназначены для того, чтобы предоставить операционной системе пространство для записи нескольких блоков данных после отметки EOT, чтобы завершить сегмент данных ленты в многотомном наборе данных. Операторы обычно отрезают несколько дюймов начального звена, когда он изнашивается. Если ведущая отражающая полоса отрывается от ленты, становится трудно считывать данные, поскольку точка BOT набора данных больше не может быть легко обнаружена, а ориентация BOT практически невозможна. Когда это происходит, новая полоса BOT добавляется к ленте, а ее предыдущие данные считаются утерянными.
Девятидорожечные ленты имеют плотность 800, 1600 и 6250 8-битных байт на дюйм, что дает приблизительно 22,5 МБ, 45 МБ и 175 МБ соответственно на ленте обычной длины 2400 футов (730 м).
Магнитные ленточные накопители серии 2400 были представлены вместе с System/360 и были первыми, кто использовал 9-дорожечную ленту. Размеры ленты и катушек идентичны размерам, используемым в 7-дорожечных накопителях, таких как IBM 729. Но старые 7-дорожечные ленты можно читать и записывать только на специальных приводах 2400, оснащенных 7-дорожечными головками чтения и записи и опцией совместимости с 7-дорожечными накопителями.
Магнитные ленточные накопители серии 3400 были представлены в IBM System/370 . Основными преимуществами системы 3400 являются более высокая плотность данных (6250 BPI) и поддержка картриджа «автозагрузчика», впервые появившегося в IBM 2420 model 7. До появления картриджа автозагрузчика ленты были запечатаны в пластиковый «ленточный уплотнительный пояс», который окружал катушку и обеспечивал защиту от загрязнения и возможность подвешивания на стойке. Картридж автозагрузчика 3420 позволяет оператору ленты монтировать катушку непосредственно на ступицу, не снимая уплотнительный пояс. Это обеспечивает значительную экономию времени и снижает количество ошибок оператора, поскольку оператору не нужно снимать/заменять ремень или заправлять ленту на приемную катушку.
В то время как более ранние ленточные накопители имели вакуумные колонки, некоторые ленточные накопители IBM, такие как накопитель 8809 (1980-е годы), имеют плоское крепление и не имеют вакуумных колонок. Ленты монтируются и заправляют вручную. Привод поддерживает как 800, так и 1600 бит/дюйм. Этот привод используется в IBM System/36 . В IBM AS/400 и iSeries есть 9348-012, и это настольный привод, плоский монтаж, но он автоматически загружает катушку с лентой и автоматически заправляет ее. 9348 поддерживает ленты плотностью 1600 и 6250 бит/дюйм.
Максимальная емкость данных 2400-футовой катушки с блоками по 32 767 байт и записанными с частотой 6250 BPI составляет 170 мегабайт. Обычно используются гораздо меньшие размеры блоков, например 4K (4096 байт), в этом случае емкость ленты уменьшается до 113 мегабайт.
В зависимости от операционной системы ленты форматируются как EBCDIC (если используется оборудование IBM) или ASCII и являются либо «маркированными» (если данным предшествует заголовок ленты, обычно содержащий имя ленты и дату), либо «немаркированными» (если лента не содержит заголовка), либо имеют «нестандартную метку» (лента имеет заголовок, но он не соответствует формату, ожидаемому оборудованием, используемым для считывания ленты).
Данные часто записываются на ленту блоками, а не по одной записи за раз. Между блоками есть межблочный зазор, который варьируется в зависимости от плотности, но обычно составляет от 5/8 до 3/4 дюйма. Чтобы максимизировать объем данных, хранящихся на ленте, количество зазоров должно быть минимизировано. Кроме того, данные, хранящиеся в блоках, можно считывать и записывать быстрее, чем данные, хранящиеся по одной записи за раз. Недостатком является то, что повреждение данных внутри блока может привести к потере нескольких записей.
