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04.12.1987

3480-Kassetten verdrängen allmählich die Magnetbandspulen: Evolution bei Bändern ist noch nicht abgeschlossen

Seit ihrer Markteinführung zu Beginn des Jahres 1985 hat die 3480-Magnetband-Kassette das herkömmliche Spulen-Computerband immer weiter verdrängt. Mittlerweile ist schon fast jedes zweite verkaufte Computerband eine Bandkassette. Dieses Verhältnis wird sich in den kommenden Jahren noch stärker hin zur

Magnetband-Kassette verschieben.

Die vielfältigen Vorteile der neuen 3480-Technologie sind für die Mehrzahl der Anwender überzeugende Gründe, vom Spulen-Computerband auf die Magnetband-Kassette umzusteigen:

- geringerer Platzbedarf für Geräte und Medien,

- geringere Medien- und Wartungskosten,

- leichtere Handhabung,

- höhere Datensicherheit und

- höhere Datenübertragungsrate

Blickt man auf die Geschichte der Datenspeicherung bei Magnetbändern zurück, so ist die Entwicklung der Speicherdichte im Vergleich zur technischen Entwicklung anderer Speichermedien eher langsam verlaufen. Nach der Vorstellung des ersten Computerband-Laufwerks im Jahre 1953 hat sich die Speicherdichte im Laufe von 30 Jahren nur um etwa den Faktor 60 erhöht. Im gleichen Zeitraum erhöhte sich die Speicherdichte bei Festplatten um den Faktor 5000. Auch die Datenübertragungsrate der Magnetbandsysteme lag zu dieser Zeit noch fast um den Faktor 3 hinter der von

Festplatten-Laufwerken zurück.

Natürlich darf man bei solchen Vergleichen nicht vergessen, daß an das Computerband immer höchste Ansprüche im Hinblick auf Datensicherheit gestellt worden sind. Das Computerband ist mit Abstand das wichtigste Speichermedium zur Datensicherung und steht damit am Ende der Datenspeicherungs-Kette. Für Computerband gibt es kein Backup-Medium!

Datensicherheit hat höchste Priorität

Dieser Tatsache wurde auch bei der Steigerung der Datenkapazität immer Rechnung getragen, wie ein Blick auf die Entwicklung der Speicherdichte beim Computerband zeigt. Beim Spulen-Computerband ist die Anzahl der auf dem ein halbes Zoll breiten Band aufgezeichneten Spuren innerhalb von 30 Jahren nur wenig größer geworden. Die Steigerung der Speicherdichte erfolgte also fast ausschließlich durch eine Erhöhung der linearen Aufzeichnungsdichte, das ist die Anzahl der magnetischen Flußwechsel pro Bandlänge in einer Spur. Dies hatte zur Folge, daß in der letzten Generation der Spulen-Computerband-Laufwerke eine Bandgeschwindigkeit von 5 Metern pro Sekunde (120 ips) gebraucht wurde, um eine Datenübertragungsrate von 1,25 MB pro Sekunde zu erreichen. Da Spulen-Computerband-Laufwerke im Start-/Stop-Betrieb arbeiten, bei dem innerhalb einer Millisekunde die volle Bandgeschwindigkeit am Schreib-/Lesekopf erreicht werden muß, hat das Bandmaterial Beschleunigungen bis zum 500fachen der Erdbeschleunigung auszuhalten.

Beim Erhöhen der linearen Aufzeichnungsdichte wurden entsprechend auch die Codierverfahren an die erhöhten Anforderungen angepaßt. Bis zu einer Speicherdichte von 800 BPI wurde das NRZ(M)- beziehungsweise NRZ(I)-Codierverfahren eingesetzt. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei einer langen Folge von Nullen für lange Zeit kein Flußwechsel auf das Band aufgezeichnet wird und deshalb während dieser Zeit keine Ableitung von Taktimpulsen für die Flußwechsel-Erkennungselektronik möglich ist. Mit der Erhöhung der Schreibdichte auf 1600 Bits per Inch (bpi) und damit der Speicherdichte auf 1600 Bytes per Inch (BPI) wurde das selbsttaktende PE-Aufzeichnungsverfahren eingeführt. In der letzten Generation der Spulen-Computerband-Laufwerke wurde das GCR(4,5)-Aufzeichnungsverfahren eingesetzt. Bei diesem Verfahren werden Gruppen von jeweils 4 Bits in Codewörter von 5 Bits umcodiert, wobei maximal zwei aufeinanderfolgende Nullen vorkommen. Dadurch läßt sich auch bei nachfolgender NRZ(M)- beziehungsweise

NRZ(I)-Codierung ein selbsttaktendes Lesesignal erreichen. GCR-Codierungen haben durch dieses Hinzufügen von zusätzlicher Information (Redundanz) auch gewisse Möglichkeiten der Fehlererkennung. So wird zum Beispiel bei der GCR(4,5)-Codierung eine gelesene Bitfolge, die drei aufeinanderfolgene Nullen enthält, als falsch erkannt.

Auch die echten Fehlerkorrektur-Verfahren entwickelten sich parallel zur Speicherdichte. Waren die ersten Computerband-Laufwerke noch mit kombinierten Schreib-/Leseköpfen ausgestattet, so setzten sich bald getrennte Kopfsysteme durch. Diese ermöglichten analog zur Hinterbandkontrolle im Tonbandgerät eine sofortige Überprüfung der soeben aufgezeichneten Daten. Auch wurde mit steigender Aufzeichnungsdichte immer mehr Redundanz (zum Beispiel durch Paritätsbits) zu den aufgezeichneten Daten hinzugefügt, um Fehler bei der Aufzeichnung sofort erkennen und eventuell korrigieren zu können. Die letzte Generation der Spulen-Computerband-Laufwerke

bringt es auf stattliche 40 Prozent Redundanz und kann Fehler auf (beliebigen) zwei der neun Spuren gleichzeitig korrigieren.

Vervierfachung der Kapazität in den nächsten Jahren

Mit der Entwicklung des 9-Spur-GCR-Aufzeichnungsverfahrens für 6250 bpi waren die Möglichkeiten des seit 1953 praktisch nur modifizierten Spulen-Computerbandes ausgereizt. Das Band hatte immer noch die Magnet-Kennwerte der Audiobänder der 50er Jahre, aus denen es entwickelt worden war. Es ließ keine wesentliche Steigerung der linearen Aufzeichnungsdichte mehr zu. Außerdem war es für die erheblichen mechanischen Belastungen in den Start-Stop-Bandlaufwerken ausgelegt und besaß dementsprechend eine große Gesamtdicke von etwa 43 um (tausendstel Millimeter).

Durch den für manchen Benutzer sicher schmerzlichen Verzicht auf Rückwärtskompatibilität hat die neuentwickelte 3480-Technologie mit einer Speicherdichte von 38 000 BPI die modernsten Technologien sowohl auf der Geräte- als auch auf der Medienseite nutzen können. Sie hat dadurch hervorragende Möglichkeiten für einen relativ schnellen weiteren Ausbau der Speicherdichte geschaffen. Daß diese Möglichkeiten auch genutzt werden, zeigt die Ankündigung eines Laufwerks mit einer Speicherdichte von 76 000 BPI bei gleichbleibender linearer Aufzeichnungsdichte für den Anfang des Jahres 1988. Die angestrebte Erhöhung der Speicherdichte auf

152 000 BPI im Jahre 1989 ist deshalb durchaus denkbar.

Potential des Chrombandes noch lange nicht erschöpft

Die Tabelle zeigt einen Vergleich der 3480-Technologie mit der letzten Generation der Spulencomputerband-Geräte. Wie man sieht, wurde die Spurdichte verdoppelt und die lineare Aufzeichnungsdichte um den Faktor 2,5 erhöht, so daß eine Erhöhung der Speicherdichte um den Faktor 5 resultiert. Durch das Verdoppeln der Spurdichte konnte die hohe Übertragungsrate von 3 MB pro Sekunde mit einer relativ geringen Bandgeschwindigkeit von 2 Metern pro Sekunde (79 ips) erreicht werden. Mit dieser Übertragungsrate läßt sich die Geschwindigkeit moderner Großrechnerkanäle voll ausnutzen. Zusätzlich wurde das 3480-Laufwerk als Streamer konzipiert; damit entfielen die hohen Beschleunigungs-Beanspruchungen und ein großer Teil der dafür notwendigen wartungsintensiven Laufwerks-Mechanik wie zum Beispiel Capstan und Vakuum-Bandtaschen.

Die hohe lineare Aufzeichnungsdichte des 3480-Systems war zum Zeitpunkt der Systementwicklung mit dem beim Spulen-Computerband eingesetzten Eisenoxyd(Fe2O3)-Magnetpigment nicht zu verwirklichen. Für das neue Bandmaterial bot sich als Magnetpigment Chromdioxyd (CrO2) an, das bereits im Audio- und Videobereich für höchste Aufzeichnungsdichten genutzt wurde. Dieses Magnetmaterial ist bei weitem noch nicht am Ende seiner Möglichkeiten

angelangt und hat das Potential für weitere Steigerungen der linearen Aufzeichnungsdichte. Inzwischen werden allerdings auch Eisenoxydbänder für 3480-Cartridges angeboten.

Für die Datenaufzeichnung verwendet das 3480-System eine GCR(8,9)-Codierung, bei der maximal drei aufeinanderfolgende Nullen im Codewort erlaubt sind. Das zur

Aufzeichnung verwendete IFM-Verfahren ist speziell auf den im: 3480-Laufwerk eingesetzten magnetoresistiven Lesekopf abgestimmt, der die für eine logische Null aufgezeichneten beiden Flußwechsel mit sehr kurezen Abständen nicht auflösen kann. Das gelesene Signal entspricht dann praktisch dem einer NRZ(M)- beziehungsweise NRZ(I)-Codierung.

Bei der Fehlerkorrektur des neuen 3480-Systems konnte die Redundanz wieder leicht, und zwar auf zirka 30 Prozent, verringert werden - nicht jedoch auf Kosten der Datensicherheit. Ein ausgeklügeltes Fehlerkorrektursystem kann noch vier fehlerhafte Spuren von insgesamt 18 korrigieren. Doch auch wenn dieses Fehlerkorrektursystem nicht mehr ausreicht, ist die Laufwerks-Steuereinheit noch nicht am Ende ihrer Möglichkeiten: Sie kann ohne Belastung des Steuerrechners Fehlerkorrekturmaßnahmen wie zum Beispiel einen oder mehrere erneute Schreib- oder Leseversuche durchführen und damit auch schwerere Fehler noch beheben. Alles in allem hat die Datensicherheit bei der Magnetband-Kassette gegenüber dem Spulen-Computerband um mehr als den Faktor 10 zugenommen, wie der Vergleich mittels großer Datenmengen im praktischen Rechenzentrumsbetrieb zeigt.

Aufgrund der reduzierten mechanischen Belastungen im 3480-Laufwerk konnte die Gesamtdicke des Bandes auf etwa 27um reduziert werden, so daß die für die Speicherung von etwa 200 MB notwendige Bandlänge von 171 Metern in einem Gehäuse von 12 mal 10,5 mal 2,5 Zentimeter Kantenlänge untergebracht werden konnte. Das Gehäuse besteht aus äußerst bruchstabilem Polycarbonat und ist hermetisch verschweißt, um jegliches Eindringen von Staub zu verhindern. Die Öffnung zum Ausfädeln des Bandes ist mit einem Führungsklotz verschlossen, an dem der Anfang des Bandes befestigt ist. Dieser Führungsklotz wird nach dem Einlegen der Kassette vom Laufwerk ausgerastet und in die Aufwickelspule des Gerätes eingeführt. Das Band kann erst wieder aus dem Laufwerk entnommen werden, wenn es vollständig in die Kassette zurückgespult ist.

Neben den augenfälligen Vorteilen wie leichteres Handhaben und erheblich geringerer Platzbedarf für die Archivierung hat die Kassette einen weiteren wichtigen Vorzug: Sie kann automatisch geladen werden. Diese Tatsache wird schon von Magazinladern ausgenutzt, die vor der Ladeöffnung des Laufwerks angebracht werden und bis zu acht Kassetten softwaregesteuert laden und entladen können. Es sind aber auch schon Archivierungssysteme vorgestellt worden, die den automatischen Zugriff auf über 6000 Kassetten gestatten.

Die Anwendung der Magnetband-Kassette wird nicht auf den Großrechnerbereich beschränkt bleiben. Es sind bereits Streamer-Laufwerke für PC-Anwendungen gezeigt worden, die bei einer Übertragungsrate von 250 KByte pro Sekunde 240 Megabyte auf einer Kassette speichern können. In beiden Anwendungen wird sich die Magnetbandkassette bei Medienkosten von derzeit unter 10 Pfennig pro Megabyte auch im nächsten Jahrzehnt gegenüber der optischen Datenspeicherung gut behaupten können; diese wird erst in den 90er Jahren weitere Verbreitung finden.