[科普中国]-计算机数据磁带驱动器

计算机数据磁带驱动器是一种在磁带上读写数据的数据存储设备。 磁带数据存储通常用于离线的归档数据存储。 磁带介质通常具有有利的单位成本和长的存档稳定性。

磁带驱动器提供顺序访问存储，与提供直接访问存储的硬盘驱动器不同。 磁盘驱动器可以在几毫秒内移动到磁盘上的任何位置，但磁带驱动器必须在卷轴之间物理缠绕磁带以读取任何一个特定的数据。 结果，磁带驱动器具有非常大的平均访问时间。 但是，当达到所需位置时，磁带驱动器可以非常快速地从磁带上传输数据。 例如，截至2010年，Linear Tape-Open（LTO）支持高达140 MB / s的连续数据传输速率，这一速度与硬盘驱动器相当。

设计容量小于1兆字节的磁带驱动器在20世纪50年代首次用于大型计算机上的数据存储。截至2014年，技术已经足够先进，足以使每个盒式磁盘的容量达到10TB或更高的未压缩数据容量。

在早期的计算机系统中，磁带用作主要的存储介质，因为虽然驱动器很昂贵，但磁带价格便宜。一些计算机系统在诸如DECtape的磁带驱动器上运行操作系统。 DECtape具有固定大小的索引块，可以在不干扰其他块的情况下进行重写，因此DECtape可以像慢速磁盘驱动器一样使用。

数据磁带驱动器可以使用先进的数据完整性技术，例如多级前向纠错，叠压和用于将数据写入磁带的线性蛇形布局。磁带机可通过SCSI，光纤通道，SATA，USB，FireWire，FICON或其他接口连接到计算机。磁带机与自动加载机和磁带库一起使用，可自动加载，卸载和存储多个磁带，无需手动干预即可存储的数据量。

在家庭计算的早期，软盘和硬盘驱动器非常昂贵。许多计算机都有一个通过录音机存储数据的接口，通常在小型盒式磁带上。诸如专业DECtape和家用ZX Microdrive以及Rotronics Wafadrive等简单的专用磁带驱动器也设计用于廉价的数据存储。但是，磁盘驱动器价格的下降使得这些替代品过时了。

数据压缩由于一些数据可以压缩到比硬盘上的文件小的尺寸，因此在推销磁带驱动器时假设2:1的压缩比率来陈述容量已经变得很普遍;因此容量为80 GB的磁带将作为“80/160”出售。真正的存储容量也被称为本地容量或原始容量。 IBM和索尼在他们的营销材料中也使用了更高的压缩比。实际可实现的压缩比取决于被压缩的数据。有些数据几乎没有冗余;例如，大型视频文件已经使用压缩技术，无法进一步压缩。另一方面，稀疏数据库可能允许压缩比高于10:1。

技术限制如果数据传输速率低于磁带驱动器磁头设计用于将数据传输到连续运行磁带或从连续传输磁带传输数据的最小阈值以下，则在读取/写入期间发生被称为擦亮的不利影响。在这种情况下，现代快速运行的磁带机无法立即停止磁带。相反，驱动器必须减速并停止磁带，将其倒带一小段距离，重新启动它，放回流停止的位置，然后重新开始操作。如果条件重复，则所产生的前后磁带运动类似于用布擦亮鞋子的运动。擦鞋会降低可达到的数据传输速率，驱动器和磁带寿命以及磁带容量。

在早期的磁带驱动器中，非连续数据传输是正常且不可避免的。计算机处理能力和可用内存量通常不足以提供恒定的流，因此磁带驱动器通常设计用于所谓的启停操作。早期的驱动器使用非常大的线轴，这些线轴必然具有高惯性并且不能轻易地开始和停止移动。为了提供高启动，停止和搜寻性能，几英尺松散的磁带被放出，并被吸风扇拉到磁带头和绞盘两侧的两个深开通道中。挂在这些真空柱上的细长胶带圈比两个卷筒的惯性要小得多，并且可以快速启动，停止和重新定位。大卷轴偶尔会移动以取出书写胶带并在真空柱中播放更多空白胶带。

一些现代设计仍然被开发成以非线性方式操作。 IBM的3xxx格式旨在保持磁带移动，而不考虑数据缓冲区 - 数据可用时写入数据段，但缓冲区空载时写入间隔。当驱动器检测到空闲时间段时，它会将碎片段重新读入缓冲区，并将其写回分段部分 - “虚拟回退”。

后来，20世纪80年代的大多数磁带驱动器引入了使用内部数据缓冲区来减少启停情况。这些驱动器通常被称为磁带拖放器。只有当缓冲区不包含要写入的数据，或者在读取过程中数据已满时，磁带才会停止。随着速度更快的磁带机变得可用，尽管被缓冲，驱动器开始受到停止，倒带，启动的擦鞋顺序的影响。

最近，驱动器不再以单个固定线速度运行，而是具有多个速度。在内部，它们实现了将磁带速度级别与计算机数据速率动态匹配的算法。示例速度级别可以是全速的50%，75%和100%。流数据速度低于最低速度水平（例如49%）的计算机仍然会导致擦鞋1。

媒体磁带通常装在称为盒式磁带或盒式磁带的外壳中，例如4轨盒式磁带和小型盒式磁带。 盒式磁带包含磁带以使用相同的播放器提供不同的音频内容。 由塑料制成的外壳有时具有金属板和零件，可以方便地处理脆弱的胶带，使其比使用裸露胶带的线轴更加方便和牢固。 当软盘驱动器非常昂贵时，简单的模拟小型盒式磁带录音机通常用于家庭计算机上的数据存储和分配。 Commodore Datasette是使用相同媒体的专用数据版本。

容量制造商通常使用数据压缩技术来指定磁带的容量; 对于不同的数据（通常为2:1至8:1），可压缩性会有所不同，并且某些类型的实际数据可能无法获得指定的容量。

截至2014年，仍在开发具有更高容量的磁带驱动器技术。

2011年，富士胶片和IBM宣布他们已经能够使用BaFe颗粒和纳米技术开发的磁带介质每平方英寸记录295亿比特，从而允许具有35TB的真实（未压缩）磁带容量的驱动器。预计至少十年内该技术不会商业化。

2014年，索尼和IBM宣布，他们已经能够记录每平方英寸148千兆字节的磁带介质，该介质采用新型真空薄膜成型技术开发，能够形成极其精细的晶体颗粒，真正的磁带容量达到185TB。

本词条内容贡献者为:

李岳阳 - 副教授 - 江南大学