Manyetik bant
Manyetik bant, 50 yılı aşkın bir süredir kullanılmakta olan bir veri depolama ortamıdır. Bu süre zarfında, bant formülünde, ambalajlamada ve veri yoğunluğunda pek çok ilerleme gerçekleştirilmiştir.
Bant veri depolama ile disk veri depolama arasındaki başlıca fark; diskin rastgele erişim ortamı olmasına karşılık bandın sıralı erişim ortamı olmasıdır.
Manyetik bant teknolojilerini sınıflandırmak üzere başlıca iki temel araç mevcuttur. Birincisi bant ortamının genişliğidir. Yüksek kapasiteli veri depolama için en yaygın bant genişliği bir buçuk inç olanıdır. Bunun dışında birçok bant genişliği vardır ve daha küçük ambalajlama veya daha yüksek kapasite için pek çok değişik bant genişliği geliştirilmiştir.
İkinci sınıflandırma kaydetme yöntemidir. Daha açık bir ifade ile, farklılık verinin doğrusal veya spiral tarama helical scan şeklinde yazılmasıdır. Doğrusal yöntem; verilerin bandın uzunluğu boyunca uzanan paralel izler halinde düzenlenmesidir. Spiral tarama yöntemi verileri bandın bir kenarından diğerine kısa kıvrık izler halinde yazar.
Orijinal olarak, doğrusal kaydetme yöntemi; bandın tüm genişliği boyunca yayılan bant kafasının bant onun üzerinden geçerken tüm izleri okuması veya yazmasıdır. Bu teknoloji üzerindeki bir varyasyon Doğrusal Kaymalı Kaydetme olarak adlandırılır. Doğrusal kaymalı kaydetme yöntemi belirli bir zamanda sadece bandın üzerindeki izlerin bir bölümünü kaydeder. Bandın tüm uzunluğu boyunca bir geçiş yaptıktan sonra, kafa hafifçe kayar ve ters yönde diğer bir geçiş yapar. Tüm izler okunana veya yazılana kadar bu işlem devam eder. Doğrusal kaymalı yöntemi kullanan bant ortamında mevcut kafa sayısından daha fazla veri izi olabilir. Bunun tersine spiral tarama yöntemi tüm bandın okunması veya yazılması için sadece bir geçişe ihtiyaç duyar.
2006 yılı itibarıyla, manyetik bant yaygın olarak kartuşlarda ve kasetlerde ambalajlanmakta ve öncelikle yedeklemeler için yüksek kapasiteli arşiv ortamı olarak hizmet vermektedir. Mevcut en yüksek kapasiteli bant kartuşu DLT-S4 dür. Sıkıştırma yapmaksızın 800 GB veriyi depolayabilir.
Açık makaralar
Başlangıçta, veri depolamak için manyetik bant büyük makaralar (10,5 inç) üzerine sarılıyordu. Büyük bilgisayar sistemleri için bir standart haline gelen bu uygulama 1980 li yılların sonuna kadar sürmüştür. Bant kartuşları ve kasetleri 1970 li yılların ortalarında ortaya çıkmış ve küçük bilgisayar sistemleri için sıklıkla kullanılmıştır. 1984 yılında IBM 3480 kartuşunun piyasaya sunulması ile, büyük bilgisayar sistemleri açık makaralı bantlardan kartuşlara doğru kaymaya başlamıştır.
UNIVAC
Manyetik bant ilk kez 1951 yılında Eckert-Mauchly UNIVAC I üzerinde bilgisayar verilerinin kaydedilmesinde kullanılmıştır. UNISERVO sürücü kayıt ortamı; ½″ genişlikte (12.7 mm) nikel kaplamalı fosfor bronzdan yapılmış ince bir metal şeritti. Kayıt yoğunluğu; 12 800 karakter/saniye veri hızı üreten, 100 inç/s (2,54 m/s) doğrusal hızda sekiz veri izi üzerinde 128 karakter/inçti (198 mikrometre/karakter). Sekiz veri izinden, altı adedi veri izi, bir adedi eşlik etme izi ve bir adedi bir saat veya zaman iziydi. Bant blokları arasında boş alanlar bırakılması nedeniyle gerçek veri transfer hızı yaklaşık olarak saniyede 7200 karakterdi.
IBM formatları
1950’li yıllardan itibaren IBM bilgisayarları ses kaydetmekte kullanılan bantlara benzeyen demir oksit kaplanmış bantları kullanmıştır. IBM teknolojisi kısa bir sürede fiili endüstri standardı olmuştur. Manyetik bant ölçüleri 5" (12.7 mm) genişlikteydi ve 10.5 inç (267 mm) çapa kadar sökülebilir makaralar üzerine sarılmaktaydı. Bir ölçüde standart hale gelen I,5 mil kalınlıkta 1200', 2400' gibi değişik bant uzunlukları mevcuttu. 80’li yıllardan sonra 3600' gibi daha uzun bant uzunluklara sahip fakat çok daha ince Mylar plastik (TM) bantlar ortaya çıktı. Pek çok bant sürücü maksimum 10.5" boyutunda makaraları desteklemektedir.
Başlangıçta kullanılan IBM bant sürücüler; uzun U-biçiminde bant döngülerini ara bellekte tutmak için vakum kolonlarını kullanan zemin üzerine konulan mekanik olarak karmaşık sürücülerdi. Kuvvetli makara motorlarının aktif kontrolü ile bu U-biçimindeki bant döngülerinin vakum kontrolü arasında, bant-kafa arayüzünde bandın aşırı hızla durması ve çalışmaya başlaması sağlanabiliyordu (teybin duruşundan 112,5 IPS tam hızına geçiş süresi 1,5 ms idi).Aktif olduğu zaman, iki bant makarası bandı vakum kolonlarına besliyor veya geri çekiyordu, kesintili olarak hızla spin atma olabiliyor, eşzamanlı olmayan boşalmalar gözle görülebilen çarpma hareketine neden oluyordu. Bu tip vakum-kolonlu bant sürücülerin rastgele çarpmaları, filmlerde ve televizyonda “bilgisayarı” canlandırmakta kullanılıyordu.
Başlangıçtaki yarım inçlik bant; bant uzunluğu boyunca banda enlemesine altı-bit karakterinin artı eşlik etmenin yazılmasına izin veren 7 adet paralel veri izine sahipti. Bunlar 7- izli (7-track) bant olarak bilinirdi. IBM Sistem 360 ‘ın piyasaya girmesi ile 8-bit karakterleri veya “bayt”ı destekleyen 9-izli bantlar yaygınlaştı. 7-izli bantlar bir 75 IRG (kayıtlar-arası boşluk) kullanırken, 9-izli 800NRZI ve 1600 PE (Faz Şifreleme) bantları, bandın durmasını sağlamak üzere veri kayıtları arasına yerleştirilen bir 60" IRG kullanır. 6250 GCR bantları çok dar olan 3” IRG kullanır. 7 ve 9 veri izli bantların her ikisi de; bandın sinyal başlatma her bir ucuna ve bandın donanım tarafı ucuna (EOT) yakın (10', 14') yerleştirilmiş yansıtıcı etiketlere sahiptir. Etkili kaydetme yoğunluğu zaman içinde artmıştır. Genelde 7-iz yoğunlukları 200 cpi ile başlamış, daha sonra 556 cpi’ye ve en son 800 cpi’ye ulaşmıştır. 9-izli bantlar yaygın olarak, bir standart 2400' bant üzerinde sırayla 20 Mb, 40 Mb ve 140 Mb kapasite sağlayacak şekilde 800, 1600 ve 6250 cpi yoğunluklara sahip olmuştur. İz bloklarının yazılması için bırakılan boşlukla birlikte EOT (bant sonu) sinyalleri çok hacimli olarak etiketlenmiş bantları destekler.
DEC formatı
LINCtape, ve onun türevi olan DECtape, "yuvarlak bant." ın varyasyonlarıydı. Bunlar temel olarak bir kişisel depolama ortamlarıydı. Bant ¾” genişlikteydi ve standart bantlardan farklı olarak blokların okunmasını ve yerinde tekrar yazılmasını mümkün kılan bir sabit formatlama veri izine sahipti. LINCtape’ler ve DECtape’ler onların yerini alan diskler ile aynı depolama kapasitesine ve veri transfer hızına sahipti, fakat bunların “arama süresi” sırayla otuz saniye ve bir dakikaydı.
Kartuşlar ve Kasetler
Manyetik bant kavramı içinde, kaset terimi genellikle iki makarayı manyetik bandın tek bir aralığı ile bir arada tutan muhafaza anlamına gelir. Kartuş terimi daha genel bir terim olmakla birlikte tipik olarak plastik bir muhafaza içinde tek bir bant makarası anlamına gelir. Tek makaralı kartuş kullanan bir bant sürücü; sürücü içinde bir germe makarasına sahiptir, buna karşılık kasetler kaset içinde bir germe makarasına sahiptir. Bant muhafaza tipi; yükleme ve boşaltma sürelerinde ve bunun yanı sıra bant uzunluğunda en belirleyici faktördür.
Bir bant sürücü (veya “taşıyıcı” veya “deck”) bandı bir okuma/yazma kafasından geçirerek bir makaradan diğerine sarmak için hassas-kontrol edilen motorlar kullanır. 1980’lerin kompakt ses kasetleri 1980’lerin ev bilgisayarlarında kullanılmış ve dijital ses bandı iş istasyonlarının yedeklenmesinde kullanılmıştır. Pek çok modern manyetik bant sistemleri; bandı ve uğraşılan ortamı korumak için bir kartuş içine tespit edilen makaraları kullanır. Modern kartuş formatları; kapasiteleri onlarca gigabayttan yüzlerce gigabayta uzanan DAT/DDS, DLT ve LTO formatlarını içerir.
Teknik detaylar
Blok yerleşimi
Tipik bir formatta veriler banda, aralarında bloklar-arası boşlukların bulunduğu bloklar halinde yazılır ve yazma sırasında bant sürekli çalışırken her blok tek bir işlemde yazılır. Fakat, verilerin bant sürücüye okunduğu veya yazıldığı hız belirleyici olmadığı için, bir bantlı sürücü genellikle, verilerin banda girdiği ve çıktığı hız ile verilerin ev sahibi ortam tarafından temin edildiği veya talep edildiği hız arasındaki farkın üstesinden gelmek zorundadır.
Bu farkın üstesinden gelmek için tek başına veya kombine halde birçok yöntem kullanılır. Verileri sıraya dizmek için büyük bir bellek tamponu (ara bellek) kullanılabilir. Bant sürücü durdurulabilir, yedekleme yapılabilir ve yeniden çalıştırılabilir. Ev sahibi ortam; bant sürücüye gönderilecek uygun blok tiplerini seçerek bu işleme yardımcı olabilir. Blok boyutları arasında, kaydetme/pleybek sürücüsündeki veri ara bellek boyutunda, bloklar-arası boşluklar üzerindeki bant kayıp yüzdesinde ve okuma/yazma işlem hacminde karmaşık bir değiş tokuş mevcuttur.
Erişim süresi
Bant; sürücü bir seçilen veri bloğundan diğerine hareket etmek için ortalama olarak bant uzunluğunun 1/3’ünü sarmak zorunda olduğundan, rastgele erişim için oldukça uzun bir veri gizliliğine sahiptir. Birçok bant sistemi; verilen bir veri blok numarası için fiziki bant konumunu veren ayrı bir referans tablosunun bulundurulduğu yerlerde indeksleme kullanarak veya yüksek hızda bandı sararken tespit edilebilen bir bant işareti ile blokları işaretleyerek gerçek uzun gizliliği azaltmaya çalışır.
Veri sıkıştırma
Bugün pek çok bantlı sürücü belirli miktarda veri sıkıştırmayı içerir. Aynı sonuçları veren çeşitli algoritmalar mevcuttur: LZ (En fazla), IDRC (Exabyte), ALDC (IBM, QIC) ve DLZ1 (DLT). Kullanılan gerçek sıkıştırma algoritmaları bugün bilinen en etkili yöntemler değildir ve daha iyi sonuçlar; genellikle cihaz içine monte edilmiş sıkıştırmanın kapatılması ve bunun yerine bir yazılım sıkıştırma programının kullanılması ile elde edilebilir. Yazılım sıkıştırması aynı zamanda, sıkıştırma sonrasında gerçekleştirilecek verinin şifrelenmesi işlemine de izin verir (Veriler bir kere şifrelendiğinde, sıkıştırma algoritmasının daha fazla geçerliliği kalmaz). Fakat, yazılım sıkıştırması işlemci üzerine büyük yükleri yerleştirebilir. Gelecekteki bantlı sürücüler büyük olasılıkla, sıkıştırma işleminden sonra donanım şifrelemesini içerecektir.
Pazarda devamlılığı
Bant daha yüksek bit yoğunluğu ve bit başına daha düşük maliyeti nedeniyle disketi hayati bir alternatif olmaya devam etmektedir. Teybin bu iki hususta disk depolamanın üzerinde geçmişten gelen bir avantaja sahip olması onu, özellikle veri yedeklemede hayatı bir ürün haline getirmiştir. Disk depolama yoğunluğunda ve fiyatında hızlı gelişmelerin yanı sıra bant depolamada daha yavaş teknolojik ilerleme bant depolamanın pazardaki payını azaltmaktadır.
Kaynakça
- Magnetic tape data storage (İngilizce)