El almacenamiento de datos en cinta magnética es un sistema para almacenar información digital en cinta magnética mediante grabación digital .
La cinta era un medio importante para el almacenamiento de datos primarios en las primeras computadoras, y generalmente usaba grandes carretes abiertos de cinta de 7 pistas y luego de 9 pistas . La cinta magnética moderna suele empaquetarse en cartuchos y casetes, como las series Linear Tape-Open (LTO) [1] y IBM 3592, ampliamente admitidas . El dispositivo que realiza la escritura o lectura de datos se llama unidad de cinta . Los cargadores automáticos y las bibliotecas de cintas se utilizan a menudo para automatizar el manejo y el intercambio de cartuchos. La compatibilidad era importante para permitir la transferencia de datos.
El almacenamiento de datos en cinta [2] ahora se utiliza más para realizar copias de seguridad del sistema, [3] archivar e intercambiar datos. El bajo costo de la cinta la ha mantenido viable para el almacenamiento y archivo a largo plazo. [4]
Inicialmente, la cinta magnética para el almacenamiento de datos se enrollaba en carretes de 27 cm (10,5 pulgadas) . [5] Este estándar para grandes sistemas informáticos persistió hasta finales de la década de 1980, con una capacidad en constante aumento debido a sustratos más delgados y cambios en la codificación. Los cartuchos y casetes de cinta estuvieron disponibles a partir de mediados de la década de 1970 y se utilizaban con frecuencia con sistemas informáticos pequeños. Con la introducción del cartucho IBM 3480 en 1984, descrito como "aproximadamente un cuarto del tamaño... pero almacenaba hasta un 20 por ciento más de datos", [6] los grandes sistemas informáticos comenzaron a alejarse de las cintas de carrete abierto y hacia los cartuchos. [7]
La cinta magnética se utilizó por primera vez para registrar datos informáticos en 1951 en el UNIVAC I. [8] El medio de grabación de la unidad UNISERVO era una delgada tira de metal de bronce fosforado niquelado de 0,5 pulgadas (12,7 mm) de ancho . La densidad de grabación fue de 128 caracteres por pulgada (198 micrómetros por carácter) en ocho pistas a una velocidad lineal de 100 pulgadas/s (2,54 m/s), lo que produjo una velocidad de datos de 12.800 caracteres por segundo. De las ocho pistas, seis eran datos, una era para paridad y otra era un reloj o pista de cronometraje. Teniendo en cuenta el espacio vacío entre los bloques de cinta, la velocidad de transferencia real fue de alrededor de 7200 caracteres por segundo. Un pequeño carrete de cinta mylar proporcionaba separación entre la cinta metálica y el cabezal de lectura/escritura. [9]
Las computadoras IBM de la década de 1950 usaban cinta recubierta de óxido férrico similar a la que se usa en la grabación de audio. La tecnología de IBM pronto se convirtió en el estándar de facto de la industria . Las dimensiones de la cinta magnética eran de 12,7 mm (0,5 pulgadas) de ancho y estaban enrolladas en carretes extraíbles. Había diferentes longitudes de cinta disponibles, siendo algo estándar 1200 pies (370 m) y 2400 pies (730 m) en mil y medio de espesor. [ se necesita aclaración ] Durante la década de 1980, se dispuso de longitudes de cinta más largas, como 3600 pies (1100 m), utilizando una película de PET mucho más delgada . La mayoría de las unidades de cinta pueden admitir un tamaño de carrete máximo de 10,5 pulgadas (267 mm). El llamado mini-carrete era común para conjuntos de datos más pequeños, como por ejemplo para la distribución de software. Se trataba de carretes de 18 cm (7 pulgadas), a menudo sin una longitud fija; la cinta tenía un tamaño que se adaptaba a la cantidad de datos grabados en ella como medida de ahorro. [ cita necesaria ]
CDC utilizó cintas magnéticas de 1 ⁄ 2 pulgadas (13 mm) compatibles con IBM , pero también ofreció una variante de 1 pulgada de ancho (25 mm), con 14 pistas (12 pistas de datos correspondientes a la palabra de 12 bits de la serie CDC 6000). procesadores periféricos, más 2 bits de paridad) en la unidad CDC 626. [10]
Las primeras unidades de cinta de IBM, como la IBM 727 y la IBM 729 , eran unidades de suelo mecánicamente sofisticadas que utilizaban columnas de vacío para amortiguar largos bucles de cinta en forma de U. Entre el servocontrol de potentes motores de carrete, un cabrestante de baja masa y la tensión controlada y de baja fricción de las columnas de vacío, se pudo lograr un inicio y parada rápidos de la cinta en la interfaz cinta-cabeza. [a] La aceleración rápida es posible porque la masa de la cinta en las columnas de vacío es pequeña; la longitud de la cinta almacenada en las columnas proporciona tiempo para acelerar los carretes de alta inercia . Cuando estaban activos, los dos carretes de cinta alimentaban o sacaban cinta de las columnas de vacío, girando intermitentemente en ráfagas rápidas y no sincronizadas, lo que daba como resultado una acción visualmente impactante. Irónicamente se utilizaron fotografías de archivo de tales unidades de cinta de columna de vacío en movimiento para representar computadoras en películas y televisión. [11]
Las primeras cintas de media pulgada tenían siete pistas paralelas de datos a lo largo de la cinta, lo que permitía escribir caracteres de 6 bits más 1 bit de paridad a lo largo de la cinta. Esto se conoció como cinta de 7 pistas . Con la introducción del mainframe IBM System/360 , se introdujeron cintas de 9 pistas para admitir los nuevos caracteres de 8 bits que utilizaba. El final de un archivo se designaba mediante un patrón de grabación especial llamado marca de cinta , y el final de los datos grabados en una cinta mediante dos marcas de cinta sucesivas. El comienzo y el final físicos de la cinta utilizable se indicaron mediante tiras adhesivas reflectantes de papel de aluminio colocadas en la parte posterior. [ cita necesaria ]
La densidad de grabación aumentó con el tiempo. Las densidades comunes de 7 pistas comenzaron en 200 caracteres por pulgada (CPI), luego 556 y finalmente 800; Las cintas de 9 pistas tenían densidades de 800 (usando NRZI ), luego 1600 (usando PE ) y finalmente 6250 (usando GCR ). Esto se traduce en alrededor de 5 megabytes a 140 megabytes por carrete de cinta de longitud estándar (2400 pies, 730 m). La densidad efectiva también aumentó a medida que la brecha entre bloques ( brecha entre registros ) disminuyó de un valor nominal de 3 ⁄ 4 pulgadas (19 mm) en un carrete de cinta de 7 pistas a un valor nominal de 0,30 pulgadas (7,6 mm) en un 6250 bpi [ se necesita aclaración ] 9 -carrete de cinta de seguimiento. [12]
Al menos en parte debido al éxito del System/360 y a la estandarización resultante de los códigos de caracteres de 8 bits y el direccionamiento de bytes, las cintas de 9 pistas se utilizaron ampliamente en toda la industria informática durante las décadas de 1970 y 1980. [13] IBM descontinuó nuevos productos de carrete a carrete reemplazándolos con productos basados en cartuchos a partir de la introducción en 1984 de la familia 3480 basada en cartuchos . [ cita necesaria ]
LINCtape y su derivado, DECtape , fueron variaciones de esta "cinta redonda". Eran esencialmente un medio de almacenamiento personal, [14] usaban cinta de 0,75 pulgadas (19 mm) de ancho y presentaban una pista de formato fijo que, a diferencia de la cinta estándar, hacía posible leer y reescribir bloques repetidamente en el lugar. LINCtapes y DECtapes tenían una capacidad y velocidad de transferencia de datos similares a los disquetes que los desplazaron, pero sus tiempos de acceso eran del orden de treinta segundos a un minuto. [ cita necesaria ]
En el contexto de la cinta magnética, el término casete o cartucho significa un trozo de cinta magnética en una caja de plástico con uno o dos carretes para controlar el movimiento de la cinta. El tipo de embalaje afecta a los tiempos de carga y descarga, así como a la longitud de cinta que se puede sujetar. En un cartucho de un solo carrete, hay un carrete receptor en la unidad, mientras que un cartucho de doble carrete tiene carretes receptores y de suministro en el cartucho. Una unidad de cinta utiliza uno o más motores controlados con precisión para enrollar la cinta de un carrete al otro, pasando un cabezal de lectura/escritura mientras lo hace. [ cita necesaria ]
Un tipo diferente es el cartucho de cinta sin fin , que tiene un bucle continuo de cinta enrollado en un carrete especial que permite retirar la cinta del centro del carrete y luego enrollarla alrededor del borde y, por lo tanto, no es necesario rebobinarla para repetir. . Este tipo es similar a un cartucho de un solo carrete en el sentido de que no hay un carrete receptor dentro de la unidad de cinta. [ cita necesaria ]
La unidad IBM 7340 Hypertape, introducida en 1961, utilizaba un casete de doble carrete con una cinta de 2,5 cm (1 pulgada) de ancho capaz de contener 2 millones de caracteres de seis bits por casete. [ cita necesaria ]
En las décadas de 1970 y 1980, los casetes compactos de audio se usaban con frecuencia como un sistema económico de almacenamiento de datos para computadoras domésticas , [b] o en algunos casos para diagnóstico o código de arranque para sistemas más grandes como el Burroughs B1700 . [16] Los casetes compactos son lógica y físicamente secuenciales; deben rebobinarse y leerse desde el principio para cargar datos. Los primeros cartuchos estuvieron disponibles antes de que las computadoras personales tuvieran unidades de disco asequibles, y podían usarse como dispositivos de acceso aleatorio , enrollando y posicionando automáticamente la cinta, aunque con tiempos de acceso de muchos segundos.
En 1984, IBM introdujo la familia 3480 de cartuchos y unidades de cinta de un solo carrete que luego fueron fabricados por varios proveedores hasta al menos 2004. Inicialmente proporcionaba 200 megabytes por cartucho, pero la capacidad de la familia aumentó con el tiempo a 2,4 gigabytes por cartucho. DLT (Digital Linear Tape), también una cinta basada en cartucho, estuvo disponible a partir de 1984, pero a partir de 2007 se detuvo el desarrollo futuro en favor de LTO. [ cita necesaria ]
En 2003, IBM presentó la familia 3592 para reemplazar al IBM 3590 . Si bien el nombre es similar, no existe compatibilidad entre el 3590 y el 3592. Al igual que el 3590 y el 3480 anteriores, este formato de cinta tiene una cinta de 1 ⁄ 2 pulgadas (13 mm) enrollada en un cartucho de un solo carrete. Inicialmente presentada para admitir 300 gigabytes, la sexta generación lanzada en 2018 admite una capacidad nativa de 20 terabytes. [17]
El cartucho de un solo carrete Linear Tape-Open (LTO) se anunció en 1997 con 100 gigabytes y en su octava generación admite 12 terabytes en un cartucho del mismo tamaño. A partir de 2019, [update]LTO ha desplazado por completo a todas las demás tecnologías de cinta en las aplicaciones informáticas, con la excepción de algunas familias IBM 3592 de gama alta. [ cita necesaria ]
Bytes por pulgada (BPI) es la métrica de la densidad a la que se almacenan los datos en medios magnéticos. El término BPI puede referirse abits por pulgada ,[18]pero más a menudo se refiere abytespor pulgada.[19]
El término BPI puede significar bytes por pulgada cuando las pistas de un formato particular están organizadas en bytes, como en las cintas de nueve pistas. [20]
El ancho del medio es el criterio de clasificación principal para las tecnologías de cintas. Históricamente, 13 mm (media pulgada) ha sido el ancho de cinta más común para el almacenamiento de datos de alta capacidad. [21] Existen muchos otros tamaños y la mayoría fueron desarrollados para tener envases más pequeños o mayor capacidad. [ cita necesaria ]
El método de grabación también es una forma importante de clasificar las tecnologías de cinta, que generalmente se dividen en dos categorías: lineal y de escaneo. [ cita necesaria ]
El método lineal organiza los datos en largas pistas paralelas que se extienden a lo largo de la cinta. Varios cabezales de cinta escriben simultáneamente pistas de cinta paralelas en un único medio. Este método se utilizó en las primeras unidades de cinta. Es el método de grabación más sencillo, pero también tiene la densidad de datos más baja. [ cita necesaria ]
Una variación de la tecnología lineal es la grabación serpentina lineal, que utiliza más pistas que cabezales de cinta. Cada cabeza todavía escribe una pista a la vez. Después de hacer una pasada a lo largo de toda la cinta, todos los cabezales se mueven ligeramente y hacen otra pasada en dirección inversa, escribiendo otro conjunto de pistas. Este procedimiento se repite hasta que se hayan leído o escrito todas las pistas. Al utilizar el método de serpentina lineal, el medio de cinta puede tener muchas más pistas que cabezales de lectura/escritura. En comparación con la grabación lineal simple, utilizando la misma longitud de cinta y el mismo número de cabezales, la capacidad de almacenamiento de datos es sustancialmente mayor. [ cita necesaria ]
Los métodos de grabación con escaneo escriben pistas cortas y densas a lo ancho del medio de cinta, no a lo largo. Los cabezales de la cinta se colocan sobre un tambor o disco que gira rápidamente mientras la cinta, que se mueve relativamente lentamente, pasa por él. [ cita necesaria ]
Uno de los primeros métodos utilizados para obtener una velocidad de datos mayor que el método lineal predominante fue el escaneo transversal . En este método, se coloca un disco giratorio con los cabezales de la cinta incrustados en el borde exterior perpendicular al recorrido de la cinta. Este método se utiliza en los registradores de datos de instrumentación DCRsi de Ampex y en el antiguo sistema de cintas de vídeo cuádruplex Ampex . Otro método temprano fue la exploración arqueada . En este método, las cabezas están en la cara de un disco giratorio que se coloca plano contra la cinta. El recorrido de los cabezales de la cinta forma un arco. [ cita necesaria ]
La grabación de escaneo helicoidal escribe pistas cortas y densas en diagonal . Este método lo utilizan prácticamente todos los sistemas de cintas de vídeo actuales y varios formatos de cintas de datos. [ cita necesaria ]
En un formato típico, los datos se escriben en una cinta en bloques con espacios entre bloques, y cada bloque se escribe en una sola operación con la cinta funcionando continuamente durante la escritura. Sin embargo, dado que la velocidad a la que se escriben o leen los datos en la unidad de cinta varía, la unidad de cinta generalmente tiene que hacer frente a una diferencia entre la velocidad a la que los datos entran y salen de la cinta y la velocidad a la que se suministran o demandan los datos. por su anfitrión. [ cita necesaria ]
Se han utilizado varios métodos solos y en combinación para hacer frente a esta diferencia. Si el host no puede mantener el ritmo de transferencia de la unidad de cinta, se puede detener la unidad de cinta, hacer una copia de seguridad y reiniciarla (lo que se conoce como lustrado de zapatos ). Se puede utilizar un búfer de memoria grande para poner en cola los datos. En el pasado, el tamaño del bloque del host afectaba la densidad de los datos en la cinta, pero en las unidades modernas, los datos generalmente se organizan en bloques de tamaño fijo que pueden o no estar comprimidos o cifrados, y el tamaño del bloque del host ya no afecta la densidad de los datos en la cinta. . Las unidades de cinta modernas ofrecen una función de adaptación de velocidad, donde la unidad puede disminuir dinámicamente la velocidad de la cinta física según sea necesario para evitar el lustrado de zapatos. [22]
En el pasado, el tamaño de la brecha entre bloques era constante, mientras que el tamaño del bloque de datos se basaba en el tamaño del bloque del host, lo que afectaba la capacidad de la cinta (por ejemplo, el almacenamiento de datos clave ). En la mayoría de las unidades modernas, este ya no es el caso. Las unidades de tipo Linear Tape-Open utilizan un bloque de tamaño fijo para la cinta (una arquitectura de bloque fijo ), independiente del tamaño del bloque del host, y la separación entre bloques es variable para ayudar a igualar la velocidad durante las escrituras. [ cita necesaria ]
En unidades con compresión, la compresibilidad de los datos afectará la capacidad. [ ¿ cómo? ]
La cinta se caracteriza por el acceso secuencial a los datos. Si bien la cinta puede proporcionar una transferencia de datos rápida, se necesitan decenas de segundos para cargar un casete y colocar el cabezal de la cinta en los datos seleccionados. Por el contrario, la tecnología de disco duro puede realizar la acción equivalente en decenas de milisegundos (3 órdenes de magnitud más rápido) y se puede considerar que ofrece acceso aleatorio a los datos. [ cita necesaria ]
Los sistemas de archivos requieren que los datos y metadatos se almacenen en el medio de almacenamiento de datos. Almacenar metadatos en un lugar y datos en otro, como se hace con los sistemas de archivos basados en disco, requiere actividad de reposicionamiento. Como resultado, la mayoría de los sistemas de cintas utilizan un sistema de archivos simplificado en el que los archivos se direccionan por número, no por nombre de archivo. Los metadatos , como el nombre del archivo o la hora de modificación, normalmente no se almacenan en absoluto. Las etiquetas de cinta almacenan dichos metadatos y se utilizan para intercambiar datos entre sistemas. Se han creado herramientas de copia de seguridad y archivador de archivos para empaquetar varios archivos junto con los metadatos relacionados en un solo archivo de cinta. Las unidades de cinta serpentina (por ejemplo, QIC ) ofrecen un tiempo de acceso mejorado al cambiar a la pista adecuada; Las particiones de cinta se utilizan para la información del directorio. [23] El sistema de archivos de cinta lineal es un método para almacenar metadatos de archivos en una parte separada de la cinta. Esto hace posible copiar y pegar archivos o directorios en una cinta como si fuera un disco, pero no cambia la naturaleza fundamental del acceso secuencial de la cinta. [ cita necesaria ]
La cinta tiene un tiempo de acceso aleatorio largo ya que la platina debe enrollarse en promedio un tercio de la longitud de la cinta para pasar de una posición arbitraria a otra. Los sistemas de cintas intentan aliviar la larga latencia intrínseca, ya sea utilizando indexación, donde se mantiene una tabla de búsqueda separada ( directorio de cintas ) que proporciona la ubicación física de la cinta para un número de bloque de datos determinado (imprescindible para unidades serpentinas), o marcando bloques con una marca de cinta que se puede detectar mientras se bobina la cinta a alta velocidad. [ cita necesaria ]
La mayoría de las unidades de cinta ahora incluyen algún tipo de compresión de datos sin pérdidas . Hay varios algoritmos que proporcionan resultados similares: LZW [ cita necesaria ] (ampliamente compatible), IDRC (Exabyte), ALDC (IBM, QIC) y DLZ1 (DLT). [ cita necesaria ] Integrados en el hardware de la unidad de cinta, comprimen un búfer de datos relativamente pequeño a la vez, por lo que no pueden lograr una compresión extremadamente alta ni siquiera de datos altamente redundantes. Una proporción de 2:1 es típica, y algunos proveedores afirman que es de 2,6:1 o 3:1. La relación realmente obtenida depende de la naturaleza de los datos, por lo que no se puede confiar en la relación de compresión al especificar la capacidad del equipo; por ejemplo, una unidad que afirma tener una capacidad comprimida de 500 GB puede no ser adecuada para realizar una copia de seguridad de 500 GB de datos reales. Es posible que los datos que ya están almacenados de manera eficiente no permitan una compresión significativa y una base de datos escasa puede ofrecer factores mucho mayores. La compresión de software puede lograr resultados mucho mejores con datos escasos, pero utiliza el procesador de la computadora host y puede ralentizar la copia de seguridad si la computadora host no puede comprimir tan rápido como se escriben los datos. [ cita necesaria ]
Los algoritmos de compresión utilizados en productos de gama baja no son óptimamente efectivos y se pueden obtener mejores resultados desactivando la compresión de hardware y utilizando en su lugar compresión de software (y cifrado si se desea). [ cita necesaria ]
El texto sin formato, las imágenes sin formato y los archivos de bases de datos ( TXT , ASCII , BMP , DBF , etc.) normalmente se comprimen mucho mejor que otros tipos de datos almacenados en sistemas informáticos. Por el contrario, los datos cifrados y los datos precomprimidos ( PGP , ZIP , JPEG , MPEG , MP3 , etc.) normalmente aumentan de tamaño [c] si se aplica la compresión de datos. En algunos casos, esta expansión de datos puede llegar al 15%. [ cita necesaria ]
Existen estándares para cifrar cintas. [24] El cifrado se utiliza para que incluso si se roba una cinta, los ladrones no puedan utilizar los datos de la cinta. La gestión de claves es crucial para mantener la seguridad. La compresión es más eficiente si se realiza antes del cifrado, ya que los datos cifrados no se pueden comprimir de forma eficaz debido a la entropía que introduce. Algunas unidades de cinta empresariales incluyen hardware que puede cifrar datos rápidamente. [ cita necesaria ]
Algunos cartuchos de cinta, en particular los cartuchos LTO , tienen pequeños chips de almacenamiento de datos asociados integrados para registrar metadatos sobre la cinta, como el tipo de codificación, el tamaño del almacenamiento, fechas y otra información. También es común que los cartuchos de cinta tengan códigos de barras en sus etiquetas para ayudar a una biblioteca de cintas automatizada. [25]
La cinta sigue siendo viable en los centros de datos modernos porque: [26] [27] [28]
Los niveles de menor costo de almacenamiento en la nube pueden ser compatibles con cintas. [29]
En 2002, Imation recibió una subvención de 11,9 millones de dólares del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de Estados Unidos para investigar el aumento de la capacidad de datos de la cinta magnética. [30]
En 2014, Sony e IBM anunciaron que habían podido grabar 148 gigabits por pulgada cuadrada con medios de cinta magnética desarrollados utilizando una nueva tecnología de formación de películas delgadas al vacío capaz de formar partículas de cristal extremadamente finas, una tecnología de almacenamiento en cinta con el mayor valor magnético reportado. densidad de datos de cinta, 148 Gbit/in² (23 Gbit/cm²), lo que potencialmente permite una capacidad de cinta nativa de 185 TB. [31] [32] Sony lo desarrolló aún más , con un anuncio en 2017, sobre una densidad de datos reportada de 201 Gbit/in² (31 Gbit/cm²), lo que da una capacidad de cinta comprimida estándar de 330 TB. [33]
En mayo de 2014, Fujifilm siguió a Sony y anunció que desarrollaría un cartucho de cinta de 154 TB junto con IBM , que tendrá una densidad de almacenamiento de datos de área de 85,9 GBit/in² (13,3 mil millones de bits por cm²) en cinta lineal de partículas magnéticas. . [34] La tecnología desarrollada por Fujifilm, llamada NANOCUBIC, reduce el volumen de partículas de la cinta magnética BaFe, aumentando simultáneamente la suavidad de la cinta, aumentando la relación señal-ruido durante la lectura y escritura y permitiendo al mismo tiempo una respuesta de alta frecuencia. [ cita necesaria ]
En diciembre de 2020, Fujifilm e IBM anunciaron una tecnología que podría dar lugar a un casete de cinta con una capacidad de 580 terabytes, utilizando ferrita de estroncio como medio de grabación. [35]
... reemplazó al estándar ...
...se convirtió en algo de rigor en muchas computadoras diferentes, desde mainframes hasta minis.
La cinta todavía ofrece varios beneficios que el almacenamiento en la nube no ofrece