Магнитные ленты, из прошлого в будущее

По уровню технического совершенства нынешние ленточные накопители не идут в сравнение с монстрами прошлого. Чтобы представить себе путь, пройденный за пятьдесят лет, можно мысленно сравнить старинную лентопротяжку, например, такую, как стояла на ЭВМ М-220 в 70-е годы, с современными устройствами. Укомплектованная бобинами весом килограмма в два, эта <античная> лентопротяжка работала в старт-стопном режиме; копировались не только файлы, но и просто содержимое оперативной памяти, а потому для начала работы его нужно было загрузить. Для того чтобы обеспечить такой инертной массе достаточное ускорение, на приводе стояли моторы мощностью по несколько киловатт, а для компенсации рывков лента заправлялась в вакуумные карманы, работа которых поддерживалась мощным компрессором. Это чудо техники весило полтонны, но вместить могло менее одного мегабайта данных - ничто в сравнении с сотнями гигабайт, записываемых на один современный компактный картридж. Да и надежностью это устройство не отличалось. Несмотря на все ухищрения, монстр безбожно рвал ленту; к тому же, часто приходилось вручную корректировать движение ленты по считывающей головке, а это требовало тонких, не всякому доступных навыков владения перфокартой, использовавшейся в качестве вспомогательного инструмента.

Эволюционный путь

Обычно началом истории магнитной ленты как средства хранения компьютерных данных считается весна 1952 года, когда лентопротяжка Model 726 впервые была подключена к машине IBM Model 701, специально предназначенной для научных расчетов. Компьютер этот имел всего 1 Кбайт оперативной памяти на вакуумных лампах; память на ферритовых сердечниках как готовый к использованию продукт появилась чуть позже. Однако, если быть точным, нужно признать, что IBM Model 701 не был первым компьютерным магнитофоном. Верно то, что в нем впервые использовали магнитную ленту для компьютерной цели. А магнитофон, пишущий на стальную струну, годом раньше был подключен к UNIVAC I.

1952 год примечателен еще и тем, что тогда удалось с большой точностью предсказать результаты президентских выборов, используя компьютер UNIVAC I. Вот уж пример <убийственного приложения>, отличный незапланированный маркетинговый ход. Усилиями СМИ мгновенно родился общественный интерес к компьютерам, они в одночасье вышли из лабораторий. 1952 год можно назвать годом признания компьютеров, но ради исторической справедливости стоит заметить, что применение компьютера для анализа предвыборной ситуации было вынужденным. На самом деле UNIVAC I создавался на деньги одного из крупнейших американских букмекеров; других спонсоров не нашлось. А делец этот оказался первым из представителей бизнеса, кто распознал значение компьютера в своем бизнесе, в прогнозе результатов в скачках. Но, увы, в силу профессионального риска, присущего такого рода деятельности, этот слишком умный букмекер не дожил до реализации проекта. Создателям UNIVAC I Джону Эккерту и Джону Мочли пришлось срочно искать других покровителей. Вот так странно порой высокое сочетается с низким.

В Model 726 использовали катушки от кинопленки, соответственно ширина ленты оказалось равной одному дюйму, а диаметр бобины - 12 дюймам. Model 726 была способна сохранять 1,4 Мбайт данных, что соответствует емкости одной современной дискеты. Плотность 9-дорожечной записи составляла 800 бит на дюйм; при движении ленты со скоростью 75 дюймов в секунду в компьютер передавалось 7500 байт в секунду. Сама магнитная лента для Model 726 была разработана компанией 3M (теперь Imation). Эта компания сохранила положение одного из главных поставщиков лент до сих пор. Плотность записи была столь мала, а надежность считывания столь низка, что в течение длительного времени существовал несколько странный способ аварийного чтения. Вплоть до 80-х годов в комплект поставки лент входил флакон специальных чернил. Утверждалось, что если ими смочить поверхность ленты, то с помощью увеличительного стекла удастся считать информацию... глазами. (Этот флакон мне пришлось видеть, а вот использование его содержимого - ни разу.)

Довольно скоро от дюймовых лент по понятным причинам отказались, и на длительный период установилось почти монопольное господство полудюймовых <открытых лент> (open reel), в которых перемотка осуществлялась с одной бобины на другую (reel-to-reel). Плотность записи повышалась с 800 до 1600 и даже 6250 бит на дюйм. Эти ленты со съемными кольцами для защиты от записи были популярны на компьютерах типа ЕС и СМ ЭВМ. Они широко использовались до середины 90-х годов и, судя по тому, что наличествуют в номенклатуре производителей лент, где-то используются и до сих пор. Объем записываемых на полудюймовые ленты данных измерялся сначала несколькими десятками мегабайт, а в последних версиях вырос до 250 Мбайт. Когда такие устройства снимали с эксплуатации, информацию приходилось скачивать на более современные носители. Было занятно наблюдать, как содержимое нескольких огромных бобин умещалось на одной ленте стримера QIC размером с обычную аудиокассету. Надо заметить, полудюймовые ленты широко использовались не только для резервирования и архивирования, но и для переноса данных с машины на машину. Они были стандартом, поэтому прочитать на EC ЭВМ ленту, записанную на СМ, не составляло труда. Они были распространенным средством транспортировки программ и данных. Кстати, на этих лентах в стенах советских институтов начиналось пиратское копирование системных и прикладных программ, правда, тогда никто не знал этого слова.

Говоря о магнитных летах, нельзя не вспомнить еще одно чрезвычайно изящное устройство, предшествовавшее современному оборудованию. <Крошки> DECtape, не имевшие аналогов среди накопителей, в 60-е и 70-е годы были очень популярны на DEC-овских <мини>. Их распространенность объяснялась тем, что с появлением недорогих миниЭВМ оказалось востребованным устройство, похожее по своему назначению на флоппи-диски. Пользователям был необходим легкий сменный носитель <индивидуального пользования>, но первые 8-дюймовые гибкие диски появились на свет лет на десять позже. Решение на основе имеющихся в ту пору технологий было найдено инженерами из DEC, и называлось оно DECtape.

Однако никогда не бывает ничего на 100% оригинального; всегда обнаруживается определенная преемственность. В основу DECtape было положено устройство, которым комплектовалась, выпущенная малой серией машина LINC. Об этой машине тоже стоит вспомнить, ведь именно ее сообщество IEEE Computer Society признало в качестве первого персонального интерактивного компьютера. LINC в 1962 году спроектировали Весли Кларк и Северо Орнштейн, первопроходцы из Линкольновской лаборатории. Проект был доступен всем - он, как говорят, был помещен в public domain - поэтому клонировался несколькими компаниями, широко использовался военными, в том числе, устанавливался на атомных подводных лодках. LINC имел операционную систему, экран, напоминавшее мышь четырехкнопочное устройство и своеобразный накопитель на ленте. Этот компьютер оказал влияние на появление PDP-8, был даже некий гибрид LINC-8. Последний LINC был снят с эксплуатации только в 1995 году и помещен в музей МТИ. В усовершенствованном виде лента с LINC получила новое воплощение в виде серийного накопителя TU56 и нескольких его вариаций.

Использованный в DECtape носитель, диаметром четыре дюйма, а шириной три четверти дюйма, был предварительно форматирован, разделен на 1474 блока по 129 12-разрядных слов; таким образом, всего на нем можно было хранить до 184 килослов. Запись и чтение можно было выполнять в режиме, близком к прямому доступу к данным.

Необходимость в принципиально новых накопителях возникла в середине 80-х. Размеры жестких дисков, устанавливаемых на машинах, стали измеряться сотнями мегабайт или даже гигабайтами. Понадобились резервные накопители, соответствующие этим дискам по емкости. Неудобства открытых лент были понятны, даже в быту кассетные магнитофоны быстро вытеснили катушечные. Естественный переход к картриджам происходил двумя путями. По одному пути шли те компьютерные компании, которые создавали свои собственные специализированные устройства, специально ориентированные на компьютеры решения (в основном, по линейной технологии). По второму - компании, пришедшие к выводу, что технологии с вращающимися головками (в основном, по винтовой технологии), изобретенные для видеозаписи и цифровой аудиозаписи, могут быть адаптированы для компьютеров. Естественно, приспособленные устройства быстро превращались в специализированные; но именно с тех пор и сложилось такое странное технологическое разделение на два лагеря, которое придает рынку накопителей неповторимую специфику.

В 80-е годы, во время первой ленточной революции, существовали две крупные компьютерные компании - IBM и DEC, и обе они решили строить новые накопители по линейной технологии. В IBM разрабатывались мощные устройства 3480/3490 и 3590 Magstar, от которых ведет свое генеалогическое древо и стандарт LTO Tape Cartridge. В DEC было создано устройство, которое по замыслу должно было конкурировать с ними; оно послужило началом для формата DLT. На первых порах это устройство называлось CompacTape и предназначалось для создания резервных копий на компьютерах собственного производства DEC, прежде всего на VAX. Не имея достаточного опыта работы с магнитными лентами, DEC обратилась за сотрудничеством к японской корпорации Fujifilm. Вместе они разработали устройство TF85 CompacTape cartridge, продемонстрированное DEC в 1991 году, которое было способно хранить 2,6 Гбайт. Спустя год появилось 6-гигабайтное устройство TF86 CompacTape cartridge. Но вскоре, в 1993 году, DEC продала эту продуктовую линейку известному производителю жестких дисков, компании Quantum. В отличие от DEC, в Quantum быстро поняли потенциал стандарта DLT и решили распространить подобные устройства на более широкий спектр компьютеров. Это компании вполне удалось: уже в 1994 году Quantum выпустила протяжку и картридж DLT-4000 емкостью 20 Гбайт. К 2002 году Quantum выпустила боле 1,6 млн. устройств DLT и свыше 70 млн. картриджей для них. В свою очередь, Fujifilm на базе совместных исследований создала технологию ATOMM (Advanced Super-Thin-Layer and High-Output Magnetic Media), на основе которой, строятся, например, диски Iomega ZIP.

Другая группа компаний занялась адаптацией известных способов записи на ленту к компьютерам. Большого успеха на этом направлении добились в 3M. Еще в начале 70-х годов компания разрабатывала кассетные ленточные устройства стандарта QIC (Quarter-Inch-tape-Cartrige), предназначенные для телекоммуникационных приложений. В 3M вовремя сориентировались, изменив предназначение своего изделия; формат QIC оказался одним из наиболее дешевых и практичных для использования на ПК. Он прошел целый ряд трансформаций; всего насчитывается около 120 разновидностей. Есть его версия под названием Travan, поддерживаемая до сих пор.

В середине 80-х группа инженеров из Storage Technology, вдохновленная доступностью видеолент форматов 8mm и VHS, основали известную теперь компанию Exabyte. Им удалось использовать преимущества винтовой технологии. Работая вместе с Sony, они уже в 1987 году смогли поставить на развивающийся рынок Unix-серверов накопитель емкостью 2,4 Гбайт и скоростью обмена 240 Кбайт/с. В следующей версии на том же формате ленты скорость возросла до 1 Мбайт/с, а емкость составила 7 Гбайт.

Третья попытка адаптации известных продуктов состоялась в 1989 году, когда усилиями компаний Hewlett-Packard и Sony был адаптирован для хранения данных формат Digital Audio Tape (DAT); на его основе возник стандарт Digital Data Storage (DDS).

В конце 90-х наметились предпосылки к очередной революционной перемене. Появилось еще насколько многообещающих, новых форматов, в том числе AIT, VXA и ADT, затем S-AIT, наконец, в нынешнем году ожидается еще один - O-Mass.

Картриджи используются либо в автономных устройствах, либо в составе ленточных библиотек. При попытке вспомнить интерьер вычислительных центров 70-х перед глазами непременно встанут ряды магнитофонов. Их было много по разным причинам, но главные - низкая скорость и необходимость участия оператора в процессе установки ленты. С появлением картриджей открылась возможность создания автоматизированных ленточных библиотек. Первой роботизированную библиотеку на 6 тыс. картриджей выпустила компания StorageTek в 1987 году.