DAT

по Karina Lion DAT’s a Solution Byte, Dec ‘90, pp.323-328

Лентовото архивиране на данни е съществувало отдавна. В ранните години на компютинга производителите на големи ЕИМ разработиха половининчовите бобина към бобина лентови устройства (такива устройства остават популярни и днес в средата на централизирания компютинг).

Впоследствие, с откриването на персоналните компютри четвъртинчовите лентови устройства. Четвъртинчовата касетна лента, разработена оригинално да съхранява .. данни, скоро стана популярно back-up решение за автономните ПК.

След това дойде 8-mm лентов формат. Тази запомняща среда, разработена в 1950те за видеоиндустрията, използува стандартния метод на запис, наречен VHS, и хеликоидално сканиране. Основен(единствен?) производител на такива устройства за компютърната индустрия е Exabyte. Използува аналогова техника, също както 9-пистовите и QIC устройствата.

DAT технологията е разработена за музикалната индустрия. През 1988 г. е обявено първото DAT устройство за компютърни данни(от GigaTrend). Днес те се предлагат от всички водещи световни производители и много други.

Изискванията за съхраняване, архивиране и резервиране на големи масиви данни главоломно растат. DAT касетата е много малка и макар да съхранява приблизително равно количество данни като 8-mm касетни устройства, DAT устройствата се произвеждат по-евтино. Сравнени с оптичните и CD-ROM устройствата, DAT предлагат много по-голям капацитет при по-ниска цена на носителя. Единственото сериозно предимство на последните е директният достъп до информацията.

 

QIC касета

DAT

Капацитет(в производство)

60-500 MB

2,5 GB

Следващо ниво капацитет

1 GB

5 GB

Плътност на записа

12,500 bpi

61,000 bpi

Макс. скорост на обмен на данни

90 KB/s

207 KB/s

Технология на главите

Стационарна

Вртящ се барабан

Метод на запис

Серпентинен

Хеликоидално сканиране

Движение на лентата(wear/tear)

90 inches/sec.

0.32 inches/sec.

Метод за съхраняване на данните

Аналогов

Цифров

Цена на носителя/100MB(средно)

$ 25

$ 1.20

Табл.1 Сравнение между QIC и DAT лентови ЗУ

DAT системите могат да откриват отделни файлове, аналогично на конвенционалните и на 8-mm устройства, но това изисква време. За backup цели лентите си остават основното решение и при него DAT е по-евтина от 8-mm лентова памет. В Таблица 1. е дадено сравнение на параметрите на DAT и QIC устройствата.

SCSI е de facto стандарт за DAT. Други, специфични решения, са предлаганият за съвместимост със съществуващи в системата на потребителя интерфейси, такива като QIC-02 и дори емулация на 9-пистовите ленти.

Предимствата на хеликоидалното сканиране

(Диагонален запис с въртящи се глави)

DAT системите използуват въртящ се барабан(1800-2000об/мин)(Фиг. ). Високата относителна скорост на движение на лентата се постига за сметка на бързо въртящите се глави на устройството, докато лентата се движи с линейна скорост само 1/3”/s(8mm/s). Данните се записват по тесни и къси писти, диагонално на лентата, подредени в стил “рибя кост”. Всяка глава може да чете само своята писта. Пистите могат да се припокриват, с което се избягват празни пространства върху лентата и се намалява износването и. Всичко това позволява лентата да се движи по-бавно и следователно да трае по-дълго.

Фиг. Хеликоидално сканираща глава при DAT устройства

(Източник Byte, Aug 1997)

4-мм цифрови аудиоленти и 8-мм касети използуват технологията за диагонален запис с въртящи се глави (helical scan). 4-мм устройства имат или 2 комбинирани(за запис и четене) или четири отделни(2 за четене и 2 за запис) глави. Главите са монтирани върху бързовъртящ се барабан(1800-2000 об/мин), а относителната скорост на главата спрямо лентата е 3,13 m/s при физическа скорост на движение на лентата 8mm/s. Записът се състои от множество тесни и къси писти, разположени диагонално на лентата - виж. фиг. . Интерференцията между сигналите на близколежащите писти се преодолява чрез фокусиране на главите върху пистата с най-силен сигнал. [Среб ’93]

DAT имат две универсални или 4 отделни глави(две за запис и две за четене). Подреждането на главите е различно спрямо 8-mmте, при които има отделни серво, четяща и записваща глави. При DAT сервоглавите са обединени с главите за запис и четене, с което се постига по-добро следене при изкривени писти и независимост от механичната настройка на серво и данновите глави.

Ключова разлика между DAT и 8-mm ленти в използуването на технологията на хеликоидалното сканиране е ъгълът, на който лентата обхваща въртящия се барабан. При 8-mm Exabyte системи той е 221о, а при DAT - 90о (виж. Фиг. 1) По-малкият ъгъл на обхващане намалява триенето и изисква по-малко движещи се части. При високоскоростно движение и търсене това предпазва лентата от разтягане и дава възможност за търсене със скорост около 200 пъти номиналната при запис/четене.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Фиг. 1. Ъгъл на обхващане (Source [Lion ’90] )

Технологията със стационарни глави при QIC устройствата подлага лентовия носител на много тежък режим. За да се достигне скорост на трансфер 5MB/min главите трябва да се движат със скорост 90-120 inches/s(2-3m/s). Това води до значително износване на лентата.

Като резултат, животът на една 150 МВ лентова касета се оценява на само около 200 паса, а на 60 МВ - на около 400. По-новите 300 и 500 MB касети траят само около 100 паса. В контраст, DAT касетата може да изтрае около 1000 паса. Пистите са разположени под ъгъл 6о спрямо физическия ръб на лентата. В един пас DAT системата записва данни от порядъка на GB, докато QIC устройството изисква 24 паса, за да запише 150МВ.

В допълнение на износването, скоростта на движение на лентата в конвенционалните QIC устройства създава и други проблеми. Преминавайки бързо покрай стационарните глави триенето причинява нагряване, което може да изкриви метално-оксидния слой на лентата, заплашващо целостта на данните. Ето защо всяко QIC устройство е снабдено с механизъм за опъване на лентата. Чрез него то може да осигури постоянно наблюдение и поддръжка на опъването с цел акуратна работа.

С цел високоскоростно четене на лентовите файлови маркери, сега в DAT се използува цифров строб в началото и края на всяка писта. Тази техника се нарича логическо маркиране на файлове. Тя се различава от използуваната при 8-mm устройства - изтриване на известна дължина от лентата, последвано от серия от писти. Това физическо файлово маркиране използува много лента, в някои случаи до 2МВ на марка, и може да снижи полезния обем на лентата до 10%.

DAT стандарти(ANSI) и формати

DDS (Data Digital Storage) - поточен метод на работа, подобен на начина на работа на половин инчовите и на четвъртинчовите устройства и поддържащ QIC набора команди. Позволява произволен достъп при четене, но не при запис. Малко по-бърз от DATA/DAT, но не е пригоден за модификация на файлове по местата им. Разработен е от Hewlett-Packard и Sony и преобладава на пазара. Използува последователност от групи данни с фиксирана дължина. Всяка група се състои от 22 кадъра, във всеки от които се намират по две диагонални пътечки. Последният кадър в групата съдържа индекс на съдържанието и. Индексът помага при откриването на отделни записи в групата и при разполагането на записи с променлива дължина.

Данните на потребителя и кодовете за автоматична корекция на грешки(ECC - Error Correction Codes) С1 и С2 заемат 60% от диагоналната писта. може да се използува и код С3, който сваля още 5-10% от полезния капацитет на лентата и от пропускателната и способност. Останалата част от пистата се състои от гранична област, област за центриране на главата и област за служебна информация. Част от служебната информация са маркерите за бързо търсене, с които времето за достъп до файл върху 1.3GB лента е средно 20 s. Бързият директен достъп при DAT е особено подходящ за мрежова среда, в която може де е необходимо да се възстановяват много файлове?? На практика времето за достъп е около 1.5 мин включително подготовка на лентата за работа, прочитане на информацията за разположението на файловете в буфера на компютъра? и самото търсене на файла?!?. Форматът позволява да разделим касетата на две части - в първата се помества индексът, а във втората - файловете. Индексът се актуализира при всяка файлове операция?.

Освен трите нива на ECC в DAT се прилагат и други методи за коригиране на грешки, като четене след запис, записване на няколко еднакви копия на група данни и др.

DATA/DAT - бърза последователна памет и високоскоростно търсене на файлове с индексиране - позволява запис с произволен достъп, поддържащ до 254 раздела (partitions) върху касетата. Поддържа блок- или сектор-ориентирани операции и поддържа частични промени в тях с последователен и с директен достъп до блоковете данни.

Основни системи при DAT и 8-mm ЗУМЛ -

конструкция на главите - сравнение на двете системи

въртене на главата и токоотвеждане -

контрол на информацията

позициониране

движение - потоков режим

защита на записа

FEC

Записването на данни на лента с такъв голям капацитет изисква превъзходни методи за откриване на грешки. С няколко GB лента конвенционалното откриване на грешка на всеки 108 бита е неприемливо. Използуването на четене след запис заедно с CRC не предпазва от грешки от тип, появяващи се след по-късно четене, такива, като причинените от неравномерности във въртенето на тон-оста (capstan flutter)(колебателни смущения с честота над 10Hz - вискочестотна детонация). FEC, използувана само с DAT устройствата, редуцира степента на грешки до една на 1015 бита. Или казано по друг начин една грешка на 1 милион ленти.

Електрониката на устройството реализира корекции на грешки използувайки информация от два корекционни слоя на лентата???. FEC може да коригира до 640 последователни(съседни) байта в един 4KB блок. По-старите методи за запис върху лентата, като например четвъртинчовият, не могат да осигурят такова ниво на акуратност.

И двата формата, DDS и DATA/DAT, използуват техника, която сегментира данновата писта за запис на две области върху лентата. Приблизително 60% от всяка писта се заделя за потребителски данни и ECC. Остатъкът запомня информация за автоматичното намиране на пистата, използувана за да се държи главата на лентата на пистата, заедно с saveset(?) маркери и файлови маркери.

Interleaving

Двата DAT формата поддържат interleaving, което блокира стоп/старт феномена, който се наблюдава, когато лентовото устройство трябва да спре при поточна работа, защото то трябва да чака, докато хостът захапе?(it must wait for the host to catch up). Една DAT система поддържа interleaving чрез буфериране на данни и чрез записване само на завършени групи от данни по време на непрекъснато движение на лентата. Това осигурява икономичен режим на използуване на цялата лента от началото до края без хабене на старт/стопно време. По-усложнени DAT устройства предлагат адаптивен interleaving който скъсява още повече времето за репозициониране на лентата.

Въпреки че DDS и DATA/DAT са въведени като отделни стандарти, те ще продължават вероятно да съществуват съвместно. Back-up приложения, които не изискват възможност за бързо възстановяване на файлове могат да използуват малко по-бързия формат DDS. Приложения, изискващи бърз достъп до файлови маркери и бързо възстановяване, ще използуват DATA/DAT.

Режими на достъп

DAT системите поддържат три режима на достъп: потоков (streaming), произволен (random) и обновяване на място (update-in-place). При поточния достъп добавяте данни върху лентата. За да смените файл, записвате напълно нова версия; всички предишни версии на файла остават на лентата. Разделът, или лентата, не изискват преформатиране и не се оставят запасни групи.

При произволния файлов достъп може да откриете местоположението на кой да е файл върху 1 или 2 GB лента за по-малко от 60 секунди. Една DAT система прави това като емулира стандартно блоково устройство, такова като флопи дисково ЗУ или ЗУ твърд магнитен диск. Една лента или една част от нея, наричана дял(partition), трябва да бъде преформатирана. Форматираната лента (или делът), наричана вече даннова група, може да бъде презаписвана или обновявана, без нужда от смени в други секции на лентата. Забележете, че 4-mm DAT ЗУ може да чете с произволен достъп(за разлика от записването чрез случаен достъп) във всичките три режима на достъп.

Режимът обновяване на място е най-авангардната форма на технологиите с произволен достъп. В този режим достъпът до данните е комбинация то двата - произволен и последователен режими на достъп. Осигурени са и двете възможности - добавяне и презаписване, но не се изисква преформатиране. Вместо това, форматирането се прави в движение, отделяйки резервни групи на установени интервали?? Този метод на динамично форматиране и променяне на файлове увеличава скоростите на обмен при произволен запис, поддържайки едновременно области данни с поточната компактност, когато е необходимо.

8-мм касети - върху въртящия се барабан има три глави - за четене, за запис и за служебна информация(серво?), която записва необходимия за позициониране върху пистата сигнал. При запис първо се изтрива цялата ширина на лентата, а след това се създават блокове от по 1024 B, следвани от код за корекция на грешките(фиг. )

 

 

Фиг. . Структура на блок данни при 8-мм касетни устройства

Legacy 5000H(Legacy Storage Systems) с обем от 5GB предлага скорост на трансфер 500Kbps и на търсене 37MB/s.

QIC-02 стандартът се използува като интерфейс при QIC, някои половининчови ленти и някои стари DAT устройства.

Има DAT устройства с интерфейс на фирмата Pertec, чрез които могат да се модернизират 9-пистова лентова система.

----------

wear and tier - износване?

запомнящо устройство - ЗУ(storage device)

преформатиране - предварително форматиране