pc.uz
Поиск
Расширенный поиск
РегистрацияЗабыли пароль? Запомнить
Товары Каталог компаний Публикации События Полезные сервисы Наши вакансии
Вторник, 22 октября 2019 г.
USD: 9448.53   EUR: 10553.06
Версия для печати
2006-10-10 00:00:00

Обзор технологий хранения информации. Часть II. Современные устройства последовательного доступа

После выхода в свет первой части обзора мне пришло несколько писем, в которых респонденты просили во второй части обязательно рассмотреть новые, и, соответственно еще пока непонятные технологии памяти, такие как жесткие диски на основе флэш-памяти, SATA-II, DDR-III, перспективные разработки MRAM… Но… всему свое время.
А в этой статье, мы с вами продолжим знакомство с запоминающими устройствами с последовательным доступом.

Часть II. Современные устройства последовательного доступа

“…Теперь, когда они шли по гигантской черной ленте, Шестипалый видел, что Затворник сказал ему правду. Действительно, мир, который они покинули, медленно двигался вместе с этой лентой относительно других неподвижных космических объектов, природы которых Шестипалый не понимал, а светила были неподвижными - стоило сойти с черной ленты, и все стало ясно. Сейчас оставленный ими мир медленно подъезжал к зеленым стальным воротам, под которые уходила лента…”

В. Пелевин «Затворник и Шестипалый»

Большая часть ЗУ с последовательным доступом, не выдержав конкуренции с другими типами памяти, уже повымерла, до наших дней, видоизменяясь и совершенствуясь, дожил, пожалуй, лишь один тип ЗУ с последовательным доступом – накопитель на магнитной ленте или, как его еще называют, стример (от английского “stream” - поток).

История стримеров насчитывает более полувека, а началась она в 1953 году, когда IBM представила первый накопитель на магнитной ленте. В нем использовалась многодорожечная лента шириной полдюйма располагавшаяся на бобинах.


Первый стример от IBM

Своим устройством стример весьма напоминает обычный аудио- или видеомагнитофон. И это неудивительно – цифровой сигнал, с которым работают стримеры, является частным случаем аналогового, применяемого в аудио- и видеозаписи. Стримеры представляют из себя ЗУ со сменным носителем. Изначально в них использовались бобины, затем кассеты, а сейчас в стримерах применяются в основном картриджи.

Применение стримеров
На сегодняшний день единственной областью применения стримеров остается архивное хранение огромных объемов информации, где скорость доступа к данным не играет определяющей роли – здесь они прочно удерживают свои позиции, несмотря на появление оптических носителей высокой емкости и RAID-массивов жестких дисков.

На базе стримеров также организуются массивы, аналогичные дисковым RAID-массивам. При этом пропускная способность увеличивается в соответствующее количеству накопителей раз. Существуют также специальные автоматизированные библиотеки на основе стримеров, где обеспечивается возможность хранения многих тысяч картриджей и автоматической установкой/сменой их в накопителях. В таких системах может использоваться до нескольких сотен накопителей.

Устройство и принципы работы стримеров
Как и в магнитофонах, информация на магнитную ленту в стримерах записывается одним из двух основных методов:

Линейный метод записи
Информация располагается на продольных дорожках, проходящих по всей длине ленты. Запись и чтение осуществляются в одном направлении движения ленты. Разновидностью этого метода является линейно-серпантинный метод, где работа с данными производится в обоих направлениях движения ленты.

Принцип тот же что и в обычном кассетном магнитофоне.

Наклонно-строчный метод записи
Информация записывается на наклонных дорожках, проходящих по диагонали от одного края ленты к другому, используя головки, вращающиеся вокруг своей оси. Сама же ось наклонена под углом к направлению движения ленты (как в видеомагнитофонах).

Преимуществом этого метода является меньшая линейная скорость протяжки ленты. Поэтому в устройствах, работающих на этом принципе, можно применять более тонкую ленту. Соответственно, при одинаковых размерах картриджа, длина ленты может быть намного больше. Недостатком метода можно считать более быстрый износ ленты и головки.


Два типа расположения дорожек на магнитной ленте стримеров

Практически все стримеры практикуют программное и/или аппаратное сжатие информации. Это позволяет «малой кровью» достаточно серьезно увеличить емкость носителя и скорость работы с информацией. Поскольку данные бывают разные (от текстовых файлов, «утрамбовываемых» в 5-10 раз до .mp3 файлов, несжимаемых вообще), а оценивать как-то надо, то производители стримеров используют для оценки двукратное сжатие (2:1), увеличивая на этот же коэффициент и скорость работы с информацией. Далее, если не оговаривается специально, мы будем иметь в виду емкость носителя и скорость работы именно с несжатыми данными.

Интерфейсы стримеров
Я абсолютно уверен в двух вещах: первый стример от IBM был внешним и интерфейс, через который он подключался к компьютеру, как-то назывался. С тех пор так и повелось - все стримеры были внешними, и все они подключались через какие-нибудь интерфейсы, большинство из которых давно уже похоронены в глубинах специальных справочников и серьезных монографий. Иначе и быть не могло – размеры у стримеров тех лет были таковы, что даже в те, большие ЭВМ засунуть их было весьма проблематично. Что до интерфейсов, то каждая компания, производившая компьютеры и периферию к ним, заботилась больше об эффективности обмена данными с периферийными устройствами, чем о совместимости. Но со временем линейные размеры уменьшались, а интерфейсы более-менее стандартизировались. Современные же стримеры могут быть и внешними и внутренними и подключаются через один из нескольких стандартных интерфейсов: флоппи, IDE, SCSI или интерфейс параллельного порта (Centronix). Последние модели подключаются через суперпопулярные сегодня USB и FireWire (IEEE1394).

Семейства и форматы НМЛ
За прошедшие полвека появилось великое множество стандартов, форматов, моделей, семейств стримеров. Их можно разбить на несколько групп.

Стримеры, использующие методы линейной и линейно-серпантинной записи

QIC, QIC-Wide и Travan
Первый накопитель формата QIC появился в 1972 году. В нем использовался картридж, сходный с обычной аудиокассетой, емкостью 20МБ. В картридже использовалась четвертьдюймовая магнитная лента.

Накопители QIC используют обычный линейный метод записи, форматов же существует великое множество. Все они отличаются типом ленты, числом дорожек и плотностью записи.

Максимальная емкость картриджа в накопителях работающих по методу QIC составляет около 700МБ, что, конечно же, недостаточно для архивации больших объемов данных.

Для увеличения емкости, корпорация SONY в 80-х годах представила свою версию QIC - стандарт QIC-Wide, где емкость картриджа была увеличена до 2,3ГБ.

В 1994 году фирма Imation, создала новый стандарт картриджа на основе QIC и QIC-Wide, который был назван Travan. В этом стандарте максимальная емкость картриджа составляет 10ГБ, а при использовании сжатия — до 20ГБ. Накопители Travan могут также работать с некоторыми картриджами QIC и QIC-Wide.

Недостатком накопителей семейства QIC было низкое быстродействие и недостаточная емкость картриджей. В результате они вытеснены с рынка более производительными устройствами и в настоящее время уже не производятся.


Накопитель и картридж Tandberg Travan NS-8

DLT (Digital Linear Tape, цифровая линейная запись)
Формат DLT был разработан в середине 80-х годов компанией DEC для своих компьютеров MicroVAX. В 1994 году права на технологию у DEC приобрела компания Quantum.

В устройствах DLT используется полудюймовая магнитная лента. Информация записывается так называемым линейно-серпантинным методом. Лента современных устройств стандарта DLT содержит до 208 дорожек, а емкость картриджа достигает 35ГБ несжатых данных.

Технология DLT предоставляет мощные средства контроля целостности данных: используются коды коррекции ошибок по Риду-Соломону (ECC), 64-битный избыточный циклический код (CRC) и 16-битный код обнаружения ошибок (EDC).

В 1998 году Quantum анонсировала технологию Super DLT, которая позволит в будущем увеличить объем картриджа до 1ТБ несжатых данных и скорость записи до 100МБ/сек за счет многочисленных инновационных решений, таких, например как, использование комбинации методов оптической и магнитной записи (LGRT - Laser Guided Magnetic Recording).


Накопитель и картридж Tandberg DLT8000

SLR (Scalable Linear Recording)
В 1996 году компания Tandberg предложила технологию SLR, представляющую собой дальнейшее развитие технологии QIC. Особенностями стримеров от Tandberg являются тонкопленочные магниторезистивные многоканальные головки и оригинальная система отслеживания их положения. Технология позволяет записывать на 1 картридж до 50ГБ данных. Количество дорожек может доходить до 192.


Накопитель с автозагрузчиком Tandberg формата SLR

LTO (Linear Tape Open, открытый стандарт линейной записи)
Стандарт LTO был разработан компаниями HP, Seagate и IBM как альтернатива закрытому DLT. Существуют два формата, базирующихся на технологии LTO.

Формат Accellis разрабатывался для обеспечения исключительно быстрого доступа к данным. Предполагалось, что устройства, использующие этот формат, обеспечат среднее время доступа порядка 10 сек и будут иметь емкость 25 ГБ несжатых данных. Но на рынке, насколько мне известно, так и не появилось накопителей, работающих с этим форматом.

Другая разновидность LTO - формат Ultrium оказался более жизнеспособным. Первые стримеры этого формата появились в 2000 году и обеспечивали емкость 100ГБ несжатых данных при скорости записи 7,5МБ/сек, современные же обеспечивают скорость записи до 80МБ/сек на картриджи до 400ГБ. В планах разработчиков повысить эти цифры в два раза в стримерах Ultrium 4-го поколения.

Из особенностей этого формата можно упомянуть следующиие:
- Поддержка большого количества параллельных каналов на ленте
- Высокая плотность записи информации на ленту
- Улучшенный алгоритм сжатия информации - распознает сжатые данные и отключает компрессию
- Динамическое перемещение данных из испорченных областей на ленте, при поломке сервомеханизма или одной из головок чтения-записи
- LTO-CM (LTO Cartridge Memory) - чип для хранения информации о размещении данных на носителе.


Накопитель и картридж HP Ultrium LTO

ADR (Advanced Digital Recording)
Стандарт ADR предлагает на рынке компания On-Stream, являющаяся дочерней компанией Philips. Эта технология позволяет одновременно работать с 8 из 192 дорожек на ленте. Благодаря этому обеспечивается достаточно высокое быстродействие при низкой скорости ленты. И, как следствие, снижается нагрузка на ленту.

В технологии предусмотрена двойная ECC-коррекция ошибок - как горизонтально, так и вертикально. Изменяемая скорость подачи ленты позволяет подстраиваться под скорость передачи данных с диска без замедления самого процесса резервного копирования.

Накопители ADR воспринимаются ОС как отдельный диск, данные с которого напрямую доступны в ОС, то есть можно использовать содержимое ленты без восстановления данных. ADR позволяют сохранить 25 Гбайт несжатых данных на ленту. В будущем планируется увеличить емкость картриджа в несколько раз.


Накопитель On-Stream ADR

Стримеры, использующие метод наклонно-строчной записи

DAT/DDS (Digital Audio File/Digital Data Storage)
Формат DDS (Digital Data Storage) был разработан в 1989 году компаниями HP и Sony на базе формата DAT (Digital Audio Tape). Лента DAT/DDS имеет ширину 4мм, но в отличие от QIC, в этом стандарте применяется наклонно-строчная запись.

Стримеры этого формата - недорогие и достаточно эффективные устройства резервного копирования данных небольшого объема (формат DDS-4 обеспечивал емкость до 40ГБ). Не так давно появились модели нового поколения - DAT 72. Новые модели отличает вдвое большая емкость (до 72ГБ), достаточно низкая цену и совместимость по чтению и по записи с картриджами DDS предыдущих форматов. Скорость записи у новых моделей 3МБ/сек.

Недостатком DAT/DDS является высокая чувствительность к механическим воздействиям а также быстрый износ головок.


Накопитель SONY DDS-4

Mammoth tape
8-миллиметровая лента, изначально была разработана для видео, но в 1996 году компания Exabyte предложила свое решение, специально разработанное для нужд компьютерной индустрии. В нем была использована специальная лента AME (Advanced Metal Evaporated).

Накопители формата Mammoth позволяют записать на картридж 60ГБ несжатых данных со скоростью 12 МБ/сек. Срок службы магнитных головок составляет около 50тыс.ч. В накопителях для обеспечения целостности данных применяется двухуровневое кодирование Рида-Соломона.

Для очистки поверхности магнитных головок в этих стримерах используется специальная кассета SmartClean, в которой перед обычной магнитной лентой расположен небольшой отрезок чистящей ленты. В результате головки накопителя очищаются без вмешательства оператора.


Накопитель от Exabyte формата Mammoth-2

VXA компании Ecrix
Особенностью накопителей формата VXA являются специальные методы записи и считывания данных, такие как DPF (Discrete Packet Format, дискретный пакетный формат). Данные записываются не линейными блоками, а 64-байтовыми группами по 387 пакетов данных. Работа с пакетами данных может выполняться в произвольном порядке, при получении всех переданных пакетов данные собираются в первоначальную форму. Технология весьма напоминает пакетирование в Интернет.

OSO (Over Scan Operation, многократное сканирование) — В накопителях VXA осуществляется избыточное чтение каждой группы пакетов данных, что позволяет восстановить информацию даже с поврежденных лент.

VSO (Variable Speed Operation, работа на разных скоростях) Позволяет менять скорость ленты в соответствии с изменением скорости передачи данных. В отличие от обычного накопителя, где при перерыве в передаче данных, лента отматывается назад, VXA-накопитель просто останавливается, ожидает поступления очередной порции данных и продолжает запись с места, где ранее произошла остановка.


Накопитель с картриджем Exabyte VXA-2

AIT (Advanced Intelligent Tape)
Формат AIT был разработан компанией Sony. Устройства AIT-1 позволяли сохранять на одном картридже до 35ГБ несжатых данных со скоростью 3МБ/сек, а современные накопители AIT-4 - до 200ГБ со скоростью 24МБ/сек.

В AIT впервые была использована встроенная флэш-память MIC (Memory-In-Cassette), в которой помещается служебная информация о содержимом ленты и карта распределения данных, позволяющая оптимизировать доступ к ним. При использовании других технологий такая информация обычно хранится в первых сегментах ленты. В результате использования MIC поиск ускоряется в сотни раз по сравнению со скоростью чтения/записи.

Накопители AIT имеют систему слежения ATF (Auto Tracking Following), которая используется для точной записи на дорожку данных, и усовершенствованную технологию сжатия ALCD (Advanced Lossless Data Compression), разработки корпорации IBM. Она позволяет выполнять сжатие с коэффициентом 2,6:1 против обычного 2:1 для других технологий.

В этот накопитель встроена система очистки головок, которая активизируется при достижении лимита корректируемых ошибок.


Накопитель AIT от SONY

S-AIT (Super Advanced Intelligent Tape)
На базе AIT в 2001 году Sony разработала формат S-AIT. Ширина ленты S-AIT составляет 0.5 дюйма. AIT и S-AIT изготавливаются по одинаковой технологии, однако емкость кассеты S-AIT в 5 раз больше (500 ГБ несжатых данных) за счет увеличения общей площади ленты. S-AIT передает данные с очень высокой скоростью - 30 MБ/сек.

Скоро должен появиться SAIT-2, емкость картриджа в нем будет увеличена в два раза, до 1ТБ при скорости записи 60 МБ/с.

Также в разработке следующие поколения SAIT-3 и SAIT-4, где характеристики планируется удваивать от поколения к поколению.


Накопитель S-AIT от SONY

Прочие виды стримеров
Сегодня уже мало кто помнит, что кроме перечисленных мною устройств, в свое время предпринимались попытки использовать в качестве стримеров аудио- и видеомагнитофоны. Многие бытовые персональные компьютеры проектировались таким образом, что устройством хранения данных в них служил обычный домашний аудиомагнитофон. К примеру, все программное обеспечение моего первого ПК «Вектор-06» умещалось на одну аудиокассету.

Мой следующий компьютер Spectrum-48 также дружил с магнитофоном до тех пор, пока его не удалось «познакомить» с дисководом, а потом и с жестким диском. И до сих пор, роясь в старых аудиокассетах, бывает, находишь образчики с завлекательными надписями типа «все DIZZI» или «Elite и другие леталки», которые, будучи вставленными в магнитофон выдают очень специфический звук, чем-то сходный со звуком коннекта модема. Что до емкости, то на 90 минутную аудиокассету «влезало» около 0,5 – 1 МБ, а считывалась информация со скоростью около 10КБ/мин.


БК ZX-Spectrum в комплекте со «стримером»

Кроме того, в ZX-Спектрумах следующих лет использовались мини-картриджи ZX Microdrive. Их емкость составляла около 100КБ, а скорость 200-300 КБ/мин.


БК ZX-Spectrum в комплекте с микродрайвом

В качестве стримера может быть использован и видеомагнитофон. Многие помнят хиты прошлых лет – советские стримеры “АрВид”, представляющие собой ISA-платы с возможностью подключения к ним практически любого «видака». На 180-минутную видеокассету записывалось от 1-2 ГБ информации (первые АрВиды без сжатия) и до 10ГБ (в режиме SuperLongPlay) со скоростью 12-15МБ/мин. Преимуществом устройства была (вплоть до появления DVD-R) непревзойденно низкая стоимость хранения информации.


Стримерная плата АрВид-1052

Подобный вариант использования VHS видеокассет реализован в проекте Digital VHS. Результаты впечатляют: поток 1,6-2,6 МБ/сек, емкость носителя (180минутная видеокассета) -16-28 Гб.

Не так давно, в 2003 году, компания DV Streamer Ltd. выпустила программу DV Streamer PRO, которая позволяет записывать данные с ПК на ленту DV. То есть видеокамера DV превращается в стример. Вы можете записывать до 8,7 Гбайт данных на 60-минутную ленту. Максимально же (используя технологию LongPlay и отключив коррекцию ошибок) на кассету можно записать до 15ГБ информации.

 

Часть I Принципы работы и классификация ЗУ
Часть II.1 История ЗУ с последовательным доступом
Часть II.2 Современные ЗУ с последовательным доступом
Часть III.1 Жесткие диски (винчестеры)
Часть III.2 Интерфейсы жестких дисков
Часть IV. Устройства магнитной записи со съемным носителем (FDD, ZIP, JAZZ). Магнитооптические устройства.
Часть V. Оптические ЗУ (CD/DVD)
Часть VI. Флэш-память
Часть VII. ОЗУ и кэш-память
Часть VIII. Экзотические виды памяти. Перспективные разработки

Прочитано: 28103 раз(а)  |  Комментариев: 11  |  Средняя оценка (макс. 7): 7 (Голосов: 2)
Вы не авторизованы для голосования
Еще по теме:

Комментарии к статье (11).
2010-05-07 17:00:44, Гость_Локи:
Вполне! Можно, к примеру, завязывать на нем узелки на память, ну или просто тонкой ручкой наносить заметки по его длине. Правда вместимость такого "хранилища информации" будет относительно не велика, поэтому рекомендую воспользоваться телефонным кабелем, или на худой конец, кабелем от мышки.
2010-05-07 02:59:17, Гость_Александр:
Здравствуйте! Очень хорошая тема! вопрос как к спецам: реально ли использовать ОБЫЧНЫЙ кабель usb как накопитель инфы?
2009-08-06 14:53:43, Гость_Виктор:
Очень грамотная статья, много иллюстративного материала и главное по теме. Обязательно прочитаю продолжение по современным накопителям. Много ценной информации по размерам и скорости доступа к носителям.
2008-03-26 11:27:22, Юрий Перевозкин [админ]:
Все, хватит! Комментарии отныне смогут оставлять только зарегистрированные пользователи. Возможность прятаться за проксями и бесчисленными никами приводит отдельных людей к мысли о вседозволенности и безнаказанности.
2008-03-26 06:49:07, VITUS [админ, автор статьи]:
2 Гость_poiuy:
Критика ради сотрясения воздуха?
Ну-ка хоть один абзац неоригинальный дайте...
 
P.S. Да не бойтесь вы, мы критиков не обижаем, совсем не обязательно  прятаться за китайской проксей :)
2008-03-25 19:38:51, Гость_poiuy:
Передёрг известных источников, в частности отсюда http://www.ord.com.ru/files/book3/index.html надергано достаточно много. Жлко что нет программы типа антивируса, только на проверку "заимствований". Столько плагиата, что она наверное визжала бы не переставая как KAV.
2007-05-23 06:09:45, VITUS [админ, автор статьи]:
Гость_гость
статья действительно хорошая. хотелось бы в ближайшие несколько дней увидить статью про zip/jaz

Спасибо за отзыв!
В ближайшие дни часть про zip/jaz/fdd/магнитооптику не обещаю, сейчас в процессе часть про интерфейсы жестких дисков.
 
Затем уже она :)
2007-05-23 05:30:37, Гость_гость:
статья действительно хорошая. хотелось бы в ближайшие несколько дней увидить статью про zip/jaz  :)
2007-04-20 10:48:51, VITUS [админ, автор статьи]:
Спасибо за теплые слова, а насчет рассмотрения вопроса устранения неполадок стримера - такой вопрос изначально не ставился. Хотелось в цикле статей охватить все виды памяти. Если же отвлекаться на ремонт DIMM, настройку стримерных головок, профилактику жестких дисков, то по каждому виду памяти отдельную книгу выпускать придется.
 
Будем стараться подобные вопросы освещать вне цикла.
2007-04-19 23:40:15, Гость_Саша:
Интересная статья!!! Жалко нету устранения неполадок стримера... Спасибо!!!
2007-03-03 04:07:05, Гость:
Спасибо! Я как простой пользователь, в силу обстоятельств сталкиваюсь с терминами, которые мне не знакомы по скольку компьютерной науки не обучали, самоучка, а все понятно и еще изложено с историей развития интересно и удобно. Буду ждать продолжения изложения.
 
В этой теме комментарии отключены.
Регистрация в каталоге Обратная связь Размещение на сайте Приглашаем авторов! О проекте Наши партнеры
© ООО «Norma»; 2019. Все права защищены.
YP
Яндекс.Метрика
18+
Add engine