محرك أشرطة

محرك الأشرطة هو جهاز تخزين بيانات يقرأ ويكتب البيانات على شريط مغناطيسي . يُستخدم تخزين البيانات على الأشرطة المغناطيسية عادةً لتخزين البيانات غير المتصلة بالإنترنت ولأغراض الأرشفة. تتميز وسائط التخزين الشريطية عمومًا بتكلفة وحدة مناسبة وثبات طويل الأمد في الأرشفة.

توفر محركات الأشرطة تخزينًا بوصول تسلسلي ، على عكس محركات الأقراص الصلبة التي توفر تخزينًا بوصول مباشر . يستطيع محرك الأقراص الصلبة الانتقال إلى أي موضع على القرص في غضون بضعة أجزاء من الثانية، بينما يتطلب محرك الأشرطة لف الشريط فعليًا بين بكرات لقراءة أي جزء محدد من البيانات. ونتيجة لذلك، تتميز محركات الأشرطة بأوقات وصول متوسطة طويلة جدًا . مع ذلك، يمكن لمحركات الأشرطة بث البيانات بسرعة كبيرة من الشريط عند الوصول إلى الموضع المطلوب. على سبيل المثال، اعتبارًا من عام 2017يدعم Linear Tape-Open (LTO) معدلات نقل البيانات المستمرة التي تصل إلى 360 ميجابايت/ثانية ، وهو معدل مماثل لمحركات الأقراص الصلبة.

استُخدمت محركات الأشرطة المغناطيسية ذات السعات الأقل من ميغابايت واحد لأول مرة لتخزين البيانات على الحواسيب المركزية في خمسينيات القرن الماضي. اعتبارًا من عام 2018كانت تتوفر سعات تصل إلى 20 تيرابايت أو أعلى من البيانات غير المضغوطة لكل خرطوشة.

في أنظمة الحاسوب المبكرة، كانت الأشرطة المغناطيسية تُستخدم كوسيط التخزين الرئيسي، فمع أن محركات الأقراص كانت باهظة الثمن، إلا أن الأشرطة كانت رخيصة. بعض أنظمة الحاسوب كانت تُشغّل نظام التشغيل على محركات أشرطة مثل DECtape . كانت DECtape تحتوي على كتل مُفهرسة ذات حجم ثابت، يُمكن إعادة الكتابة عليها دون التأثير على الكتل الأخرى، لذا كان يُمكن استخدامها كقرص صلب بطيء.

قد تستخدم محركات أشرطة البيانات تقنيات متقدمة لسلامة البيانات مثل تصحيح الأخطاء الأمامي متعدد المستويات، والتداخل، والتخطيط المتعرج الخطي لكتابة البيانات على الشريط.

يمكن توصيل محركات الأشرطة بالحاسوب عبر واجهات SCSI أو Fibre Channel أو SATA أو USB أو FireWire أو FICON أو غيرها. ^{[ أ ]} تُستخدم محركات الأشرطة مع أجهزة التحميل التلقائي ومكتبات الأشرطة التي تقوم بتحميل وتفريغ وتخزين عدة أشرطة تلقائيًا، مما يزيد من حجم البيانات التي يمكن تخزينها دون تدخل يدوي.

في بدايات الحوسبة المنزلية ، كانت محركات الأقراص المرنة والصلبة باهظة الثمن. احتوت العديد من أجهزة الكمبيوتر على منفذ لتخزين البيانات عبر مسجل صوتي ، عادةً على أشرطة كاسيت مدمجة . كما صُممت محركات أشرطة بسيطة مخصصة، مثل DECtape الاحترافي و ZX Microdrive و Rotronics Wafadrive المنزليين ، لتخزين البيانات بتكلفة منخفضة. إلا أن انخفاض أسعار محركات الأقراص جعل هذه البدائل قديمة.

القيود التقنية

أثر سلبي يُطلق عليه اسميحدث ما يُعرف بـ"تلميع الأحذية" أثناء عمليات القراءة/الكتابة إذا انخفض معدل نقل البيانات عن الحد الأدنى الذي صُممت رؤوس محرك الشريط لنقل البيانات عنده من وإلى شريط يعمل باستمرار. في هذه الحالة، لا يستطيع محرك الشريط الحديث سريع التشغيل إيقاف الشريط فورًا. بدلًا من ذلك، يجب على المحرك إبطاء سرعة الشريط وإيقافه، ثم لفه لمسافة قصيرة، وإعادة تشغيله، والعودة إلى النقطة التي توقف عندها التدفق، ثم استئناف العملية. إذا تكررت هذه الحالة، فإن حركة الشريط ذهابًا وإيابًا الناتجة تُشبهتلميع الأحذية بقطعة قماش. يُقلل "تلميع الأحذية" من معدل نقل البيانات المُمكن، وعمر محرك الشريط والشريط، وسعة الشريط.

في محركات الأشرطة القديمة، كان نقل البيانات غير المتواصل أمرًا طبيعيًا ولا مفر منه. لم تكن قدرة معالجة الحاسوب والذاكرة المتاحة كافية عادةً لتوفير تدفق مستمر، لذا صُممت محركات الأشرطة في الغالب للعمل بنظام التشغيل والإيقاف . استخدمت المحركات القديمة بكرات كبيرة جدًا، والتي كانت بالضرورة ذات قصور ذاتي عالٍ، ولم يكن من السهل بدء حركتها وإيقافها. ولتوفير أداء عالٍ في بدء التشغيل والإيقاف والبحث، كان يتم سحب عدة أقدام من الشريط غير المُحكم بواسطة مروحة شفط إلى أسفل في قناتين مفتوحتين عميقتين على جانبي رأس الشريط وبكرات الكابستان . كانت حلقات الشريط الطويلة والرفيعة المعلقة في هذه الأعمدة المفرغة من الهواء ذات قصور ذاتي أقل بكثير من البكرتين، ويمكن بدء تشغيلها وإيقافها وإعادة وضعها بسرعة. كانت البكرات الكبيرة تتحرك حسب الحاجة للحفاظ على الشريط غير المُحكم في الأعمدة المفرغة من الهواء.

لاحقًا، أدخلت معظم محركات الأشرطة في ثمانينيات القرن العشرين استخدام مخزن بيانات داخلي للحد من حالات التوقف والتشغيل المتكررة. ^{[ ب ]} غالبًا ما يُشار إلى هذه المحركات باسم " محركات الأشرطة المتدفقة" . كان الشريط يتوقف فقط عندما لا يحتوي المخزن على بيانات للكتابة ، أو عندما يمتلئ بالبيانات أثناء القراءة. مع توفر محركات أشرطة أسرع، بدأت هذه المحركات، على الرغم من وجود المخزن المؤقت، تعاني من تسلسل التوقف، ثم إعادة اللف، ثم التشغيل المتكرر.

تتميز بعض محركات الأقراص الحديثة بسرعات متعددة، وتستخدم خوارزميات تُطابق سرعة الشريط ديناميكيًا مع معدل نقل البيانات في الحاسوب. على سبيل المثال، قد تكون مستويات السرعة 50% و75% و100% من السرعة القصوى. حتى الحاسوب الذي ينقل البيانات بسرعة أقل من أدنى مستوى سرعة (مثلًا، 49%) سيظل قادرًا على تلميع الأحذية.

يُحفظ الشريط المغناطيسي عادةً في غلاف مثل الكاسيت أو الخرطوشة ، على سبيل المثال، خرطوشة المسارات الأربعة والكاسيت المضغوط . يحتوي الكاسيت على شريط مغناطيسي لتوفير محتوى صوتي مختلف باستخدام نفس المشغل. يسمح الغلاف الخارجي، المصنوع من البلاستيك، وأحيانًا بألواح وأجزاء معدنية، بسهولة التعامل مع الشريط الهش، مما يجعله أكثر ملاءمة ومتانة من بكرات الشريط المكشوفة. كانت مسجلات أشرطة الكاسيت الصوتية التناظرية البسيطة شائعة الاستخدام لتخزين البيانات وتوزيعها على أجهزة الكمبيوتر المنزلية في وقت كانت فيه محركات الأقراص المرنة باهظة الثمن. كان جهاز كومودور داتاسيت إصدارًا مخصصًا للبيانات يستخدم نفس الوسائط.

غالباً ما يحدد المصنّعون سعة الأشرطة باستخدام تقنيات ضغط البيانات؛ وتختلف قابلية الضغط باختلاف أنواع البيانات (عادةً من 2:1 إلى 8:1)، وقد لا يتم الوصول إلى السعة المحددة لبعض أنواع البيانات الحقيقية. اعتباراً من عام 2014، كانت محركات الأشرطة ذات السعة الأعلى لا تزال قيد التطوير.

في عام 2011، أعلنت شركتا فوجي فيلم وآي بي إم أنهما تمكنتا من تسجيل 29.5 مليار بت لكل بوصة مربعة باستخدام وسائط الشريط المغناطيسي المطورة باستخدام جزيئات فيريت الباريوم (BaFe) وتقنيات النانو، مما يسمح بمحركات أقراص بسعة شريط حقيقية (غير مضغوطة) تبلغ 35  تيرابايت. ^{[ 17 ] [ 18 ]} لم يكن من المتوقع أن تكون هذه التقنية متاحة تجاريًا لمدة عقد على الأقل.

في عام 2014، أعلنت شركتا سوني وآي بي إم أنهما تمكنتا من تسجيل 148 مليار بت لكل بوصة مربعة باستخدام وسائط الشريط المغناطيسي المطورة بتقنية جديدة لتشكيل الأغشية الرقيقة بالتفريغ قادرة على تكوين جزيئات بلورية دقيقة للغاية، مما يسمح بسعة شريط حقيقية تبلغ 185  تيرابايت. ^{[ 19 ] [ 20 ]}

في 15 ديسمبر 2020، أعلنت شركتا فوجي فيلم وآي بي إم عن تقنية سترونتيوم فيريت (SrFe) القادرة نظرياً على تخزين 580 تيرابايت لكل خرطوشة شريط. ^{[ 21 ]}