Μέσα αποθήκευσης Μαγνητικά μέσα αποθήκευσης
Μαγνητικά μέσα αποθήκευσης
Μέχρι σήμερα, οι μαγνητικές ταινίες και δίσκοι είναι οι μοναδικοί αντιπρόσωποι της μαγνητικής αποθήκευσης. Παρά το πέρασμα του χρόνου καιτις εξελίξεις λόγω των απαιτήσεων της σύγχρονης αγοράς, η βασική αρχή λειτουργίας τους παραμένει η ίδια. Το αποθηκευτικό μέσο κινείται με σταθερή ταχύτητα πολύ κοντά ή εφαπτομενικά σε έναν ηλεκτρομαγνήτη, με τον οποίο ανταλλάσσουν επαγωγικά τα μαγνητικά τους πεδία.
Στα μαγνητικά αποθηκευτικά μέσα η πληροφορία έχει τη μορφή μοτίβων μαγνητικής ροής. Αυτά τα μοτίβα δημιουργούνται στη μαγνητική επιφάνεια του μέσου αποθήκευσης, από έναν ηλεκτρομαγνήτη στην κεφαλή της συσκευής εγγραφής. Ο ηλεκτρομαγνήτης αυτός, μαγνητίζεται ανάλογα με τα δεδομένα προς αποθήκευση και μεταφέρει επαγωγικά το μαγνητικό του πεδίο στο υλικό του αποθηκευτικού μέσου. Το αποθηκευτικό μέσο είναι κατασκευασμένο ή επιστρωμένο με σιδηρομαγνητικό υλικό, το οποίο προσδίδει στην επιφάνεια του την ικανότητα να μαγνητίζεται μόνιμα. Με αυτόν τον τρόπο, η αποθηκευμένη πληροφορία καθίσταται αναγνώσιμη για μεγάλο χρονικό διάστημα από τις αντίστοιχες συσκευές ανάγνωσης.
Η ανάγνωση των δεδομένων από το μέσο αποθήκευσης γίνεται με παρόμοιο τρόπο. Η μόνη διαφορά στην όλη διαδικασία είναι πως κατά την ανάγνωση, αντί να στέλνει η συσκευή ηλεκτρική ενέργεια στον ηλεκτρομαγνήτη της κεφαλής, αφουγκράζεται την ηλεκτρική ενέργεια που δημιουργείται λόγω επαγωγής. Πιο συγκεκριμένα, ο ίδιος ηλεκτρομαγνήτης που χρησιμοποιείται για την εγγραφή των δεδομένων στο μαγνητικό μέσο αποθήκευσης, χρησιμοποιείται και για την ανάγνωση της αποθηκευμένης πληροφορίας από αυτό. Καθώς το μαγνητισμένο υλικό του αποθηκευτικού μέσου περνά πολύ κοντά από τον ηλεκτρομαγνήτη της κεφαλής, λόγω επαγωγής δημιουργείται ηλεκτρική τάση στους αγωγούς που φέρνουν ηλεκτρική ενέργεια στο πηνίο του ηλεκτρομαγνήτη. Αυτή η επαγόμενη ηλεκτρική ενέργεια ερμηνεύεται από τη συσκευή ανάγνωσης στα αποθηκευμένα δεδομένα [114]. Σήμερα ωστόσο, πολλές συσκευές, κυρίως η συσκευές ανάγνωσης και εγγραφής μαγνητικών ταινιών, χρησιμοποιούν άλλους ηλεκτρομαγνήτες για εγγραφή και άλλους για ανάγνωση.
Εικόνα 83. Αρχή λειτουργίας μαγνητικής αποθήκευσης κατά την εγγραφή και ανάγνωση
Η παραπάνω μέθοδο εγγραφής και ανάγνωσης είναι κανόνας για όλα τα μέσα μαγνητικής αποθήκευσης, από τις ταινίες και τους σκληρούς ή μαλακούς δίσκους, μέχρι και την ειδική περίπτωση των μαγνητο-οπτικών δίσκων που περιγράφονται παρακάτω.
Μαγνητικές ταινίες
Η μαγνητική αποθήκευση σαν ιδέα υπήρχε από το 1900. Εκείνη την εποχή ο εφευρέτης Valdemar Poulsen κατασκεύασε μια συσκευή ικανή να αποθηκεύει ήχο με τη βοήθεια ενός ηλεκτρομαγνήτη σε ένα λεπτό ατσάλινο σύρμα [114]. Αυτή η συσκευή έθεσε τα θεμέλια της σειριακής μαγνητικής αποθήκευσης, πάνω στην οποία βασίστηκε η όλη φιλοσοφία της μαγνητικής ταινίας δεδομένων. Το 1951 οι Presper Eckert και John Mauchly χρησιμοποίησαν για πρώτη φορά, σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή UNIVAC I, μαγνητικές ταινίες από μέταλλο για την αποθήκευση των δεδομένων του. [113]. Στην αρχή οι μαγνητικές ταινίες ήταν μεταλλικές αλλά μετά την ανάμιξη της IBM το 1952, άρχισε η μαζική παραγωγή τους από πλαστικό. Οι έρευνες της IBM για τη βελτίωση των μαγνητικών υλικών, είχαν ως αποτέλεσμα την εμφάνιση αξιόπιστων μαγνητικών ταινιών μεγάλης χωρητικότητας, οι οποίες γρήγορα υιοθετήθηκαν ως κύρια αποθηκευτική λύση και από τους πιο διστακτικούς χρήστες. [114]. Από τότε μέχρι σήμερα, η αξιοπιστία των μαγνητικών ταινιών και η πυκνότητά τους σε δεδομένα, έχει αυξηθεί δραματικά. Ωστόσο, η χρήση τους ως κύρια λύση δευτερεύουσας αποθήκευσης δεδομένων, πέρα δηλαδή από τη φυσική μνήμη του ηλεκτρονικού υπολογιστή, έχει αντικατασταθεί κατά πολύ μεγάλο ποσοστό από τους μαγνητικούς δίσκους.
Η αιτία της αντικατάστασης των μαγνητικών ταινιών από τους μαγνητικούς δίσκους, βρίσκεται στον τρόπο σειριακής αποθήκευσης των δεδομένων που επέβαλε η φιλοσοφία της αποθήκευσης σε ταινία. Η μαγνητική ταινία δεν είναι παρά μια λεπτή κορδέλα πολύ μεγάλου μήκους, κατασκευασμένη από πολύ εύκαμπτο υλικό, το οποίο έχει τη δυνατότητα να μαγνητίζεται για μεγάλο χρονικό διάστημα, θεωρητικά μόνιμα. Η μαγνητική ταινία είναι τυλιγμένη σε ένα καρούλι και ενώνεται με το κέντρο δεύτερου καρουλιού, στο οποίο τυλίγεται και ξετυλίγεται κατά την ανάγνωση και εγγραφή της. Παλιότερα, τα καρούλια αυτά ήταν ανεξάρτητα και λόγω της μικρής πυκνότητας των μαγνητικών ταινιών σε δεδομένα, τεράστια. Με τη σταδιακή αύξηση της αναλογίας δεδομένων ανά τετραγωνικό εκατοστό, λόγω της χρήση σύγχρονων υλικών και μεθόδων κατασκευής μαγνητικών ταινιών αλλά και ηλεκτρομηχανικών διατάξεων για την εγγραφή και ανάγνωσή τους, επήλθε και η δραματική μείωση του μεγέθους τους. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα την εμφάνιση μαγνητικών ταινιών με τη συμπαγή μορφή της κασέτας, η οποία και απαντάται μέχρι και σήμερα σε διάφορους τύπους και μεγέθη.
Εικόνα 84. Μαγνητική ταινία σε ξεχωριστά καρούλια και σε κασέτα
Ένας εξίσου σημαντικός παράγοντας που συντέλεσε στην αύξηση της χωρητικής ικανότητας των μαγνητικών ταινιών, είναι ο τρόπος εγγραφής στην επιφάνεια της ταινίας. Όταν άρχισε η χρήση των μαγνητικών ταινιών ως μέσω αποθήκευσης δεδομένων, υιοθετήθηκε για την εγγραφή των δεδομένων ο ίδιος γραμμικός τρόπος εγγραφής που εφαρμόζονταν για την αναλογική αποθήκευση του ήχου, εφαρμογή στην οποία η μαγνητική ταινία ήδη είχε ιστορία μισού αιώνα. Τα δεδομένα γράφονταν γραμμικά σε μια και αργότερα σε πολλές παράλληλες ζώνες κατά μήκος της μαγνητικής ταινίας. Η χρήση παράλληλων ζωνών αποθήκευσης δεδομένων πάνω στην ίδια επιφάνεια της μαγνητικής ταινίας, συνέβαλε στον πολλαπλασιασμό της χωρητικότητας του μέσου αποθήκευσης. Ωστόσο, λόγω των φυσικών περιορισμών που τίθενται από το αποθηκευτικό μέσο και τις συσκευές εγγραφής / ανάγνωσης, η τεχνολογία της σειριακής εγγραφής δεδομένων σε παράλληλες ζώνες είχε φτάσει τα όριά της. Η λύση στο παραπάνω πρόβλημα παρουσιάστηκε το 1987 από την εταιρία Exabyte σε συνεργασία με τη Sony [115]. Ήταν βασισμένη στην τεχνολογία της ελικοειδούς εγγραφής της ταινίας, που εισήγαγε στα μέσα της δεκαετίας του 50 η εταιρεία Ampex για τη μαγνητική εγγραφή και αναπαραγωγή κινούμενης εικόνας (βίντεο) [116]. Αυτή η προσέγγιση εγγραφής και ανάγνωσης της μαγνητικής ταινίας είχε ως αποτέλεσμα εφαρμογής της, στη μαγνητική αποθήκευση δεδομένων, τον τετραπλασιασμό της χωρητικής ικανότητάς των τότε μαγνητικών ταινιών [115].
Εικόνα 85: Γραμμική εγγραφή δεδομένων σε παράλληλες ζώνες και ελικοειδή εγγραφή
Από τότε μέχρι σήμερα, η τεχνική της ελικοειδούς εγγραφής έχει δοκιμαστεί και έχει αποδείξει την υπεροχή της σε πολλά σημεία, σε σύγκριση με τη γραμμική εγγραφή. Τα πλεονεκτήματα που προσφέρει η ελικοειδή εγγραφή της ταινίας δεν περιορίζονται μόνο στην αύξηση της χωρητικότητας. Σημαντική είναι και η προσφορά της στην ταχύτητα εγγραφής και ανάγνωσης όπως επίσης και στη μείωση της φθοράς και μηχανικής καταπόνησης της μαγνητικής ταινίας.
Η αύξηση της ταχύτητας μεταφοράς δεδομένων στις μαγνητικές ταινίες, είναι συνυφασμένη με την αύξηση της χωρητικής ικανότητας των ταινιών σε δεδομένα, αλλά και με την αύξηση της ταχύτητας με την οποία διέρχεται η μαγνητική ταινία από την κεφαλή ανάγνωσης και εγγραφής. Επομένως, θα μπορούσαμε κάλλιστα να υποθέσουμε πως όταν μια μαγνητική ταινία, πλάτους 1 ίντσας, έχει την ικανότητα αποθήκευσης 5 Megabytes ανά τετραγωνική ίντσα και διέρχεται με ταχύτητα 2 ιντσών το δευτερόλεπτο μπροστά από την κεφαλή, τότε η ταχύτητα εγγραφής και ανάγνωσης δεδομένων θα είναι περίπου ίση με 10 Megabytes το δευτερόλεπτο. Στην περίπτωση της ελικοειδούς εγγραφής ο παραπάνω συλλογισμός είναι σωστός, ωστόσο στην περίπτωση της γραμμικής εγγραφής σε παράλληλες ζώνες δεν ισχύει. Ο λόγος βρίσκεται στο ότι για την καλύτερη δυνατή εκμετάλλευση της πυκνότητας σε δεδομένα των σύγχρονων μαγνητικών ταινιών, οι παράλληλες ζώνες δεδομένων πρέπει να είναι πυκνογραμμένες σε τέτοιο βαθμό, ώστε η χρήση ισάριθμων παράλληλων κεφαλών εγγραφής και ανάγνωσης είναι τεχνικά ανέφικτη. Για να επιτευχθεί λοιπών η μεγαλύτερη δυνατή συμπύκνωση των κενών μεταξύ των παράλληλων ζωνών δεδομένων, για την καλύτερη εκμετάλλευση της μαγνητικής επιφάνειας της ταινίας, αντί για ισάριθμες των ζωνών παράλληλες κεφαλές, χρησιμοποιούνται πολύ λιγότερες σε μεγάλα διαστήματα μεταξύ τους και η ταινία γράφεται με οφιοειδή τρόπο. Κατά την οφιοειδή εγγραφή η μαγνητική ταινία γράφεται και προς τις δύο κατευθύνσεις. Όταν η συσκευή κατά την ανάγνωση ή εγγραφή φτάσει στο τέλος της ταινίας, τότε η κεφαλή μετατοπίζεται ελαφρά προς τα κάτω και συνεχίζει στην παρακείμενη ζώνη αλλά με τη μαγνητική ταινία να κινείται προς την αντίθετη φορά.
Με τη μέθοδο της οφιοειδούς εγγραφής και ανάγνωσης, για να εκπληρωθεί η ολική εγγραφή ή ανάγνωση της μαγνητικής ταινίας, πρέπει αυτή να σαρωθεί πολλές φορές από την κεφαλή της συσκευής. Σαν συνέπεια, ο χρόνος της καθολικής εγγραφής ή ανάγνωσης της μαγνητικής ταινίας είναι πολλαπλάσιος των περασμάτων που κάνει η ταινία μπροστά από την κεφαλή εγγραφής και ανάγνωσης, όπως είναι πολλαπλάσια επίσης και η φθορά της μαγνητικής ταινίας.
Εικόνα 86. Οφιοειδής εγγραφή / ανάγνωση μαγνητικής ταινίας
Κατά τη μέθοδο της ελικοειδούς εγγραφής και ανάγνωσης, ο χρόνος με τον οποίο πραγματοποιείται η διαδικασία της ολικής εγγραφής ή ανάγνωσης της μαγνητικής ταινίας, είναι ίσος με το χρόνο που απαιτείται για τη σάρωση της επιφάνειάς της από την κεφαλή της συσκευής για μια μόνο φορά. Αυτό επιτυγχάνεται χάρη της ειδικής κεφαλής που χρησιμοποιείται για την ελικοειδή εγγραφή και ανάγνωση της ταινίας. Η κεφαλή αυτή, αποτελείται από ένα περιστρεφόμενο κύλινδρο στην κυλινδρική επιφάνεια του οποίου είναι συμμετρικά τοποθετημένοι οι ηλεκτρομαγνήτες εγγραφής και ανάγνωσης. Ο κύλινδρος αυτός περιστρέφεται σε άξονα κεκλιμένο σε σχέση με τη διεύθυνση κίνησης της μαγνητικής ταινίας, έτσι ώστε οι ηλεκτρομαγνήτες στην επιφάνειά του κυλίνδρου να διασχίζουν τη μαγνητική ταινία διαγώνια και όχι παράλληλα όπως συμβαίνει στη γραμμική εγγραφή της ταινίας.
Το αποτέλεσμα είναι σχεδόν πλήρη εκμετάλλευση της μαγνητικής επιφάνειας της ταινίας μόνο με μια σάρωση. Συνεπώς, ο χρόνος της διαδικασίας ολικής εγγραφής ή ανάγνωσης της ταινίας είναι ανάλογος με το μήκος της ταινίας προς την ταχύτητα διέλευσης της ταινίας από την κεφαλή.
Εικόνα 87. Ελικοειδή εγγραφή / ανάγνωση μαγνητικής ταινίας
Λόγω της ικανότητας να καλύπτει με μια σάρωση σχεδόν ολόκληρη την ωφέλιμη επιφάνεια της μαγνητικής ταινίας, η ελικοειδής μέθοδο εγγραφής και ανάγνωσης είναι πολύ γρηγορότερη από την οφιοειδή γραμμική εγγραφή σε παράλληλες ζώνες. Ακόμα και αν ήταν δυνατό να χρησιμοποιηθούν για τη γραμμική μέθοδο, κεφαλές με ισάριθμους με τις παράλληλες ζώνες δεδομένων ηλεκτρομαγνήτες παράλληλης εγγραφής και ανάγνωσης, ώστε να αποφευχθεί η πολλαπλή σάρωση της ταινίας, η σύγκριση, για ταινία του ίδιου πλάτους που διέρχεται με την ίδια ταχύτητα από την κεφαλή, θα ήταν και πάλι υπέρ της ελικοειδούς μεθόδου. Αυτό εξηγείται από τη διαφορά στον όγκο δεδομένων ανά τετραγωνικό εκατοστό, που μπορεί να διακρίνει η κάθε μέθοδο. Ο πίνακας που ακολουθεί παραθέτει τη σχετική πυκνότητα που προσφέρουν σύγχρονες μαγνητικές ταινίες, ως αντιπροσωπευτικά δήγματα τον δύο μεθόδων σάρωσης.
Από τον παραπάνω πίνακα, η υπεροχή της ελικοειδούς σάρωσης έναντι της γραμμικής είναι προφανής. Αυτή η διαφορά μεταξύ των δύο μεθόδων εγγραφής και ανάγνωσης δεδομένων, έγκειται στον τρόπο διαχωρισμού των γειτονικών ζωνών δεδομένων μεταξύ τους. Για να μπορεί η συσκευή ανάγνωσης και εγγραφής να ξεχωρίζει το ίχνος των δεδομένων της ίδιας ζώνης, έτσι ώστε να διαβάζει τα δεδομένα με τη σειρά που έχουν αποθηκευτεί, η κάθε ζώνη χωρίζεται από τις διπλανές της με κενό. Στην περίπτωση της ελικοειδούς σάρωσης, επειδή η ζώνες εν σειρά αποθηκευμένων δεδομένων είναι πολύ κοντές, δεν ξεπερνούν σε μήκος τις 3 ίντσες, δεν υπάρχει κίνδυνος απόκλισης τους από την ευθεία που περνούν οι ηλεκτρομαγνήτες της κεφαλής και έτσι τα κενά του μεταξύ διαχωρισμού τους είναι πολύ μικρά. Στην περίπτωση δε της γραμμικής εγγραφής σε παράλληλες ζώνες, επειδή τα δεδομένα αποθηκεύονται σε σειρές με μήκος όσο το μήκος της μαγνητικής ταινίας, οι αποκλείσεις από την παράλληλη ευθεία που ορίζεται από τις πλευρές της ταινίας είναι μεγάλες. Επομένως, για την αποφυγή εγγραφής δεδομένων πάνω σε δεδομένα γειτονικής ζώνης, αφήνονται ευμεγέθη καινά διαχωρισμού, των οποίων το μέγεθος είναι πολλαπλάσιο από το αντίστοιχο που χρησιμοποιείται στην ελικοειδή σάρωση. Επίσης λόγω της απόκλισης αυτής, κατά την ανάγνωση δεδομένων, για την αποφυγή διέλευσης του ηλεκτρομαγνήτη ανάγνωσης από άγραφη περιοχή, η ζώνες των αποθηκευμένων δεδομένων είναι πολύ φαρδύτερες απ’ ότι τις αντίστοιχες της ελικοειδούς σάρωσης. Συνολικά λοιπών, οι παραπάνω τεχνικές που χρησιμοποιούνται κατά τη γραμμική εγγραφή σε παράλληλες ζώνες, έχουν σαν συνέπεια πολύ μεγαλύτερη σπατάλη αποθηκευτικού χώρου σε σύγκριση με την ελικοειδή εγγραφή. Η πυκνότητα σε γραμμές δεδομένων που επιτυγχάνεται με την ελικοειδή εγγραφή είναι 6 με 7 φορές μεγαλύτερη από αυτή της γραμμικής παράλληλων ζωνών.
Αυτή η συμπύκνωση των δεδομένων που επιτυγχάνεται με την ελικοειδή εγγραφή, καθιστά δυνατή την πολύ αργή κίνηση της ταινίας, χωρίς όμως να υποβιβάζονται οι επιδόσεις της συσκευής σε ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων, έναντι αντίστοιχων συσκευών που λειτουργούν βάση της γραμμικής σάρωσης σε παράλληλες ζώνες. Για να πετύχουν ικανοποιητικές, για τις σύγχρονες εφαρμογές, ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων, οι συσκευές εγγραφής και ανάγνωσης που βασίζονται στη γραμμική σε παράλληλες ζώνες μέθοδο, μεταφέρουν τη μαγνητική ταινία μπροστά από τη μαγνητική κεφαλή με ταχύτητες κοντά στις 160 ίντσες το δευτερόλεπτο, αντιθέτως, οι συσκευές που βασίζονται στην ελικοειδή σάρωση επιτυγχάνουν παρόμοια ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων, με ταχύτητα μεταφοράς της ταινίας κοντά στη μία με δύο ίντσες το δευτερόλεπτο. Λόγω των μεγάλων ταχυτήτων μεταφοράς ταινίας με τις οποίες λειτουργούν οι συσκευές γραμμικής ανάγνωσης και εγγραφής, η μηχανική καταπόνηση που δέχεται η μαγνητική ταινία, από το τέντωμα κατά την επιτάχυνση και επιβράδυνσή της, είναι 8 με 10 φορές μεγαλύτερη από την αντίστοιχη καταπόνηση που δέχονται οι ταινίες κατά την ελικοειδή σάρωση. Λόγω της μεγαλύτερης μηχανικής καταπόνησης που δέχονται, οι μαγνητικές ταινίες γραμμικής σάρωσης κατασκευάζονται παχύτερες από τις αντίστοιχες ελικοειδούς σάρωσης. Σαν επακόλουθο, ο όγκος που καταλαμβάνεται από μαγνητική ταινία συγκεκριμένου μήκους, είναι πολύ μεγαλύτερος αν η ταινία προορίζεται για χρήση σε συσκευή γραμμικής σάρωσης, από τον όγκο που θα καταλάμβανε για χρήση σε συσκευή ελικοειδούς σάρωσης. Το μεγαλύτερο πάχος της μαγνητικής ταινίας γραμμικής σάρωσης, σε συνδυασμό με τη μικρότερη πυκνότητα της σε δεδομένα σε σύγκριση με την ελικοειδή σάρωση, καθιστούν τη γραμμική λιγότερο αποδοτική για εφαρμογές όπου λαμβάνεται σοβαρά υπόψη ο όγκος που καταλαμβάνουν τα αποθηκευμένα δεδομένα. Μια τέτοια εφαρμογή είναι οι αυτοματοποιημένες βιβλιοθήκες μαγνητικών ταινιών, στις οποίες η υψηλή αναλογία δεδομένων ανά κυβικό εκατοστό είναι σημαντικό σημείο αναφοράς για το μεταξύ διαχωρισμό τους. Οι συνέπειες της υψηλής ταχύτητας μεταφοράς της ταινίας όμως δεν σταματούν εδώ. Η γραμμική σάρωση απαιτεί περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια για τη λειτουργία της σε σχέση με την ελικοειδή. Η τυπική κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτούν αντίστοιχες συσκευές με την ίδια χωρητική ικανότητα, είναι 2 φορές μεγαλύτερη στην περίπτωση που γίνεται χρήση γραμμικής σάρωσης. Επιπλέον, η ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται κατά τη γραμμική σάρωση για την πλήρη εγγραφή ή ανάγνωση της μαγνητικής ταινίας, είναι αρκετά μεγαλύτερη από το διπλάσιο της αντίστοιχης που απαιτείται κατά την ελικοειδή σάρωση, αφού για να γίνει η πλήρη εγγραφή ή ανάγνωση της ταινίας με τη γραμμική μέθοδο, η ταινία σαρώνετε από άκρη σε άκρη παραπάνω της μια φοράς, λόγω του οφιοειδή τρόπου εγγραφής. Η παραπάνω ηλεκτρική ενέργεια που καταναλώνεται κατά τη γραμμική εγγραφή, συμβάλει στην αύξηση του κόστους κατοχής των συσκευών γραμμικής σάρωσης έναντι των αντίστοιχων ελικοειδούς σάρωσης. Συνοψίζοντας, η ελικοειδή σάρωση προσφέρει μεγαλύτερη χωρητικότητα δεδομένων σε μικρότερο πακέτο, απαιτεί λιγότερη ηλεκτρική ενέργεια για την αποθήκευση και ανάκτηση των δεδομένων, καταπονεί λιγότερο τις μαγνητικές ταινίες αλλά και τα υπεύθυνα για την κίνηση τους υποσυστήματα της συσκευής ανάγνωσης / εγγραφής, είναι ταχύτερη για την αναζήτηση και ανάκτηση αποθηκευμένων δεδομένων και έχει τη δυνατότητα να εξελιχθεί πολύ περισσότερο από τη γραμμική σάρωση.
Σήμερα, η ελικοειδής εγγραφή της μαγνητικής ταινίας έχει επικρατήσει έναντι της γραμμικής και χρησιμοποιείται σε πολλούς τύπους κασετών από διάφορους κατασκευαστές. Παρά την αποδεδειγμένη υπεροχή της ελικοειδούς εγγραφής, οι υποστηρικτές της γραμμικής εγγραφής σε παράλληλες ζώνες είναι αρκετοί. Λόγω της σταδιακή συρρίκνωσης των ηλεκτρονικών υποσυστημάτων, είναι δυνατό να χωρέσουν στη λεπτή μαγνητική ταινία ακόμα περισσότερες παράλληλες ζώνες δεδομένων, καθιστώντας τη γραμμική αποθήκευση ολοένα και πιο ανταγωνιστική. Προς αυτή την κατεύθυνση κινείται η IBM, η οποία εισήγαγε μέρος της τεχνολογίας των μαγνητικών κεφαλών για σκληρούς δίσκους στην κατασκευή κεφαλών για τις συσκευές ανάγνωσης και εγγραφής μαγνητικών ταινιών. Με την πρωτοποριακή αυτή τεχνική κατασκευής, κατέστη δυνατό σε διάστημα 166.5 μικρομέτρων να χωρέσουν 16 ηλεκτρομαγνητικά στοιχεία για την ανάγνωση και εγγραφή δεδομένων. Η IBM εφαρμόζοντας την τεχνολογία αυτή στα προϊόντα της σειράς LTO πέτυχε την εγγραφή 512 παράλληλων ζωνών δεδομένων [119]. Ωστόσο, ο μεγαλύτερος λόγος προτίμησης της γραμμικής εγγραφής έναντι της ελικοειδής, είναι ο τρόπος με τον οποίο γίνετε η σύναψη της κεφαλής ανάγνωσης/ εγγραφής με τη μαγνητική ταινία που βρίσκετε μέσα στην κασέτα. Κατά τη γραμμική εγγραφή, η κεφαλή της συσκευής ανάγνωσης και εγγραφής έρχεται σε επαφή με τη μαγνητική ταινία από μια μικρή θύρα στο εξωτερικό κέλυφος της κασέτας. Αντίθετα, κατά την ελικοειδή εγγραφή, ολόκληρη η μεγάλη πλευρά της κασέτας ανοίγει και ειδικοί μηχανισμοί της συσκευής εξάγουν τμήμα της ταινίας έξω από την κασέτα, έτσι ώστε αυτή να αγκαλιάσει τον περιστρεφόμενο κύλινδρο της κεφαλής. Η όλη διαδικασία πραγματοποιείται από ένα πολύπλοκο ηλεκτρομηχανικό σύστημα, το οποίο είναι αρκετά πιο ευαίσθητο και δαπανηρό στην κατασκευή από τον αντίστοιχο μηχανισμό που χρησιμοποιείται για τη σύναψη κεφαλής και ταινίας κατά τη γραμμική σάρωση. Λόγω της πολυπλοκότητας και ευαισθησίας των συσκευών που βασίζονται στην ελικοειδή σάρωση της ταινίας, οι πιθανότητες παρουσίασης κάποιας βλάβης της συσκευής, που μπορεί να προξενήσει βλάβη και στο μέσο αποθήκευσης, είναι πολύ μεγαλύτερες. Επί πλέον, λόγω της μεγαλύτερης επιφάνειας της ταινίας που βρίσκεται σε επαφή με μηχανισμούς της συσκευής εγγραφής και ανάγνωσης, η μεταφορά σκόνης και άλλων σκουπιδιών, από τη συσκευή στο αποθηκευτικό μέσο και αντίστροφα, είναι πολύ εντονότερη κατά την ελικοειδή σάρωση απ ότι στη γραμμική. Έτσι, σε χώρους με έντονη παρουσία αιωρούμενων σωματιδίων, η λειτουργία συσκευών που βασίζονται στην ελικοειδή σάρωση της ταινίας, παρουσιάζει πολύ γρηγορότερα σφάλματα σε σχέση με τις συσκευές γραμμικής σάρωσης [120].
Η τεχνολογίες της αποθήκευσης σε μαγνητική ταινία συνεχώς εξελίσσονται και προς τις δύο κατευθύνσεις, γραμμική και ελικοειδή σάρωση. Κύριος στόχος είναι η αύξηση της πυκνότητας των δεδομένων πάνω στη στενή επιφάνεια της μαγνητικής ταινίας, όπως επίσης και η ταυτόχρονη μείωση του όγκου της κασέτας που περιέχει την ταινία. Η γραμμική μέθοδο εγγραφής με τη βοήθεια της τεχνολογίας των σκληρών δίσκων, που εισήγαγε η IBM, προσπαθεί να ξανακερδίσει το έδαφος που έχασε λόγο της μικρότερης, σε σχέση με την ελικοειδή σάρωση, πυκνότητας σε ζώνες δεδομένων. Ο στόχος αυτός έχει επιτευχθεί στα εργαστήρια της IBM, με την εγγραφή ενός Terabyte (1000 Gigabytes) δεδομένων σε μαγνητική ταινία που με την παρούσα εμπορεύσιμη τεχνολογία γραμμικής σάρωσης, η χωρητικότητά της δεν ξεπερνούσε τα 100 Gigabytes [121]. Ωστόσο, η δυνατότητα εξέλιξης της ελικοειδούς σάρωσης προς την αύξηση της αποθηκευτικής ικανότητας, αλλά και της ταχύτητας μεταφοράς δεδομένων, είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή της γραμμικής, κυρίως λόγω της πολύ μικρότερης ταχύτητας διέλευσης της μαγνητικής ταινίας από την κεφαλή εγγραφής και ανάγνωσης. Αυτό επιτρέπει την εφαρμογή μεθόδων κατασκευής λεπτότερων μαγνητικών ταινιών με καλύτερα επιστρωμένες μαγνητικές επιφάνειες, όπως αυτή της επικάλυψης της ταινίας με μαγνητικό υλικό μέσω εξάτμισης (AME - Advanced Metal Evaporation), που προσδίδουν πολύ μεγάλη πυκνότητα δεδομένων ανά τετραγωνικό εκατοστό, σε σύγκριση με τις ταινίες που κατασκευάζονται με την κλασική τεχνική των ενσωματωμένων μεταλλικών σωματιδίων (MP Metal Particles). Προς το παρών, τέτοιες τεχνικές δε είναι εφαρμόσιμες για την κατασκευή ταινιών για χρήση σε συσκευές σειριακής εγγραφής, λόγω της μεγάλης φθοράς της μαγνητικής επιφάνειας και της μηχανική καταπόνηση της ταινίας, που οφείλονται στην υπερβολικά μεγάλη ταχύτητα διέλευσης του μαγνητικού μέσου από την κεφαλή εγγραφής και ανάγνωσης της συσκευής. Οι κασέτες που περιέχουν μαγνητική ταινία κατασκευασμένη με την τεχνική ΑΜΕ, καταφέρνουν να αποθηκεύσουν κάποια ποσότητα πληροφορίας, καταλαμβάνοντας πολύ μικρότερο όγκο από αυτόν που θα καταλάμβανε, για την ίδια ποσότητα πληροφορίας, μια κασέτα που περιέχει ταινία κατασκευασμένη με την τεχνική των μεταλλικών σωματιδίων. Συνεπώς, μια αυτοματοποιημένη βιβλιοθήκη μαγνητικών ταινιών, θα έχει περισσότερη χωρητική ικανότητα με τη χρήση ΑΜΕ ταινιών παρά με τη χρήση MP ταινιών [122].
Για να μειωθεί ο όγκος που καταλαμβάνει μια κασέτα με ταινία τύπου MP, η εταιρεία Quantum εισήγαγε την τεχνολογία DLT tape. Η κασέτες που κάνουν χρήση της τεχνολογίας αυτής, περιέχουν μόνο ένα καρούλι στο οποίο είναι τυλιγμένη η μαγνητική ταινία. Το ένα άκρο της μαγνητικής ταινίας είναι ενωμένο με το κέντρο του καρουλιού της κασέτας, ενώ το άλλο άκρο είναι ενωμένο με έναν ελεύθερο πλαστικό οδηγό (γάντζο). Κατά την εισαγωγή της ταινίας μέσα σε μια συσκευή ανάγνωσης / εγγραφής κασετών τύπου DLT, ένας μηχανισμός αναλαμβάνει να τραβήξει το ελεύθερο άκρο της μαγνητικής ταινίας, από τον πλαστικό γάντζο και να το οδηγήσει στο καρούλι ξετυλίγματος της ταινίας, που βρίσκετε στο εσωτερικό της συσκευής. Τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας αυτής είναι η μείωση του όγκου της κασέτας στο ήμισυ. Ωστόσο σε περίπτωση εσφαλμένης εισαγωγής της ελεύθερης άκρης της μαγνητικής ταινίας μέσα στη συσκευή, υπάρχει μεγάλη πιθανότητα καταστροφή της κασέτας. Άλλο ένα μειονέκτημα είναι η μεταφορά βρομιάς από τη συσκευή στην κασέτα και αντίστροφα, λόγω της πλήρους εισαγωγής της μαγνητικής ταινίας μέσα στη συσκευή, όπως επίσης και ο πολύ μεγάλος χρόνος που απαιτείται για την εισαγωγή και εξαγωγή της ταινίας από τη συσκευή, ο οποίος κυμαίνεται γύρο στα 10 δευτερόλεπτα για την εισαγωγή και φτάνει μέχρι τα 80 δευτερόλεπτα για την εξαγωγή, στην περίπτωση που η ταινία έχει ξετυλιχτεί πλήρως από την κασέτα και βρίσκετε τυλιγμένη στο καρούλι της συσκευής [123]. Παρά τα μειονεκτήματα της, η χρήση της κασέτας με μονό καρούλι έχει υιοθετηθεί και από άλλους κατασκευαστές μαγνητικών ταινιών, όπως την εταιρίας IBM που κατασκευάζει έτσι τις κασέτες της τύπου LTO. Γεγονός που οφείλεται στη δραματική μείωση του όγκου που καταλαμβάνουν οι κασέτες με μονό καρούλι και τη συνεπαγόμενη αύξηση της αναλογίας δεδομένων ανά κυβικό εκατοστό που επέφερε.
Παρά τη μικρότερη, σε σύγκριση με τους σκληρούς δίσκους, χωρητική ικανότητα δεδομένων ανά τετραγωνική ίντσα, η μαγνητική ταινία σαν αποθηκευτικό μέσω παίζει ακόμα μεγάλο ρόλο στη βιομηχανία της πληροφορικής. Ήδη μια φορά στο παρελθών, ο ρόλος της μαγνητικής ταινίας ως δευτερεύων συσκευή αποθήκευσης δεδομένων, παραγκωνίστηκε από τους σκληρούς δίσκους λόγω της ταχύτητάς τους. Σήμερα όμως, ο ρόλος που διαδραματίζει η μαγνητική ταινία ταιριάζει περισσότερο στα χαρακτηριστικά της και δύσκολα θα αντικατασταθεί από κάποιο άλλο μέσο στο κοντινό μέλλον. Οι ευρύχωροι και φτηνοί αποθηκευτικοί χώροι δεδομένων που προσφέρουν οι σύγχρονες κασέτες μαγνητικών ταινιών, σε συνδυασμό με την αντοχή που επιδεικνύουν σε κραδασμούς και χτυπήματα, το μικρό τους μέγεθος, αλλά και η εύκολη μεταφορά τους, είναι μερικές από τις αρετές που τις έχουν κατατάξει ως την καλύτερη λύση εφεδρικής αποθήκευσης μεγάλου όγκου δεδομένων. Ωστόσο, λόγω της σειριακής αναζήτησης δεδομένων, που αναγκαστικά διέπει τις μαγνητικές ταινίες, η ολική αντικατάστασή τους από κάποιο μέσω τυχαίας προσπέλασης, όπως οι δίσκοι, δε θα αργήσει.
Μαγνητικοί δίσκοι
Ο μαγνητικός δίσκος ανακαλύφθηκε το 1956 από την εταιρεία IBM, ως λύση στο πρόβλημα της αργής σειριακής αναζήτησης δεδομένων της μαγνητικής ταινίας. Η IBM κατασκεύασε την πρώτη αποθηκευτική συσκευή που χρησιμοποιούσε μαγνητικούς δίσκους το 1956 και τη νοίκιαζε σε πελάτες της με μηνιαία ή εβδομαδιαία συμβόλαια. Ήταν μια αποθηκευτική συσκευή δεδομένων στο μέγεθος βιβλιοθήκης, με την πρωτοφανή χωρητικότητα για την εποχή των 5.000.000 χαρακτήρων (5 Megabytes), όπως επίσης και τον πρωτοφανή τρόπο τυχαίας προσπέλασης των αποθηκευμένων δεδομένων, χάρης του οποίου η συσκευή ονομάστηκε RAMAC (Random Access Method of Accounting and Control – Τυχαίας Προσπέλασης Μέθοδο Περιγραφής και Ελέγχου). Ο χρήστης της συσκευής αυτής είχε στη διάθεσή του οποιοδήποτε κομμάτι της αποθηκευμένης πληροφορίας σε 0,8 δευτερόλεπτα, σε αντίθεση με τα μερικά λεπτά που έπρεπε να περιμένει από μια συσκευή ανάγνωσης μαγνητικών ταινιών εκείνης της εποχής. Αυτή η αρχέγονη μορφή αποθηκευτικής συσκευής μαγνητικών δίσκων, αποτελείτο από 50 μεταλλικούς δίσκους με 24 ίντσες διάμετρο ο καθένας, οι οποίοι περιστρέφονταν με 1200 στροφές το λεπτό. Δύο μαγνητικές κεφαλές ήταν υπεύθυνες για την εγγραφή και ανάγνωση των δεδομένων και στις δύο πλευρές της επιφάνειας των 50 δίσκων και ήταν ικανές να μεταφέρουν δεδομένα με ρυθμό 12,5 Kilobytes ανά δευτερόλεπτο. Λόγω του υπερβολικού μεγέθους τους, οι πρώτες συσκευές αποθήκευσης σε μαγνητικούς δίσκους ονομάστηκαν καθηλωμένοι δίσκοι.
Πολύ αργότερα, γύρω στο 1967 όταν έκαναν την εμφάνισή τους οι πρώτοι μαλακοί δίσκοι (δισκέτες), επίσης εφεύρεση της IBM, οι ογκώδεις συσκευές με τους μεταλλικούς (καθηλωμένους δίσκους) μετονομάστηκαν σε σκληρούς δίσκους. Η ονομασία αυτή χρησιμοποιείται μέχρι και σήμερα, για τη διαφοροποίηση μεταξύ αναλώσιμων εύκαμπτων πλαστικών δίσκων, που γράφονται και διαβάζονται από τις ανάλογες συσκευές και άκαμπτων δίσκων, κατασκευασμένων από μέταλλο ή γυαλί, που λειτουργούν σαν αυτόνομες αποθηκευτικές συσκευές. Οι σκληροί δίσκοι είναι συσκευές που περιέχουν έναν οι πολλούς άκαμπτους δίσκους, σφραγισμένους μαζί με όλη την ηλεκτρομηχανική υποδομή για την ανάγνωση και εγγραφή τους, μέσα σε αεροστεγή μεταλλικά κουτιά.
Από τότε μέχρι σήμερα, η κυριότερη εφαρμογή του σκληρού δίσκου συναντάται στη μόνιμη αποθήκευση των δεδομένων της ασταθούς μνήμης του ηλεκτρονικού υπολογιστή (RAM - Random Access Memory), όπως επίσης και για την αποθήκευση λοιπών πληροφοριών και προγραμμάτων, που χρησιμοποιούνται συχνά και δε πρέπει να χαθούν μετά τη διακοπή τροφοδοσίας του υπολογιστή με ηλεκτρικό ρεύμα. Παρομοίως, ο ρόλος των εύκαμπτων πλαστικών δίσκων έχει παραμείνει και αυτός αμετάβλητος, ως μέσο μεταφοράς και εφεδρικής αποθήκευσης δεδομένων [113][114].
Παρά την τεράστια ώθηση στην ταχύτητα προσπέλασης των δεδομένων που επέφεραν οι μαγνητικοί δίσκοι στο χώρο της αποθήκευσης ψηφιακών δεδομένων, η αρχή λειτουργία τους δε διαφέρει και πολύ από αυτή των μαγνητικών ταινιών, αφού και τα δυο μέσα έχουν τις βάσεις τους στις θεμελιώδεις αρχές μαγνητικής αποθήκευσης, που παρουσιάστηκαν στην αρχή του αντίστοιχου κεφαλαίου. Η μόνη διαφορά, η οποία ευθύνεται για τη δραματική αύξηση της ταχύτητας προσπέλασης των δεδομένων, έγκειται στην αλλαγή σύνταξης των δεδομένων και την επέκτασή της από τη μια διάσταση στις δυο. Για να γίνει πιο κατανοητός ο τρόπος με τον οποίο επιτεύχθηκε αυτή η αλλαγή στη διάταξη των δεδομένων και στην ταχύτητα προσπέλασης τους, θα περιγράψουμε σ’ αυτό το κεφάλαιο τον τρόπο λειτουργίας του μαγνητικού δίσκου, ενώ ταυτόχρονα θα επισημαίνονται οι κύριες διαφορές του με τη μαγνητική ταινία.
Οι μαγνητικοί δίσκοι δεδομένων έχουν τις βάσεις τους στην αρχιτεκτονική των γραμμόφωνων (πικάπ), από την οποία εμπνεύστηκαν οι επιστήμονες της IBM τη βασική ιδέα αποθήκευσης δεδομένων σε δίσκο [125]. Το μέσο αποθήκευσης της πληροφορίας έχει σχήμα δίσκου και περιστρέφεται συνεχώς με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από τον άξονά του. Στην περίπτωση της μαγνητικής ταινίας, η ταινία κινείται μόνο κατά την ανάγνωση και εγγραφή δεδομένων, ή κατά την αναζήτηση κάποιου συγκεκριμένου κομματιού πληροφορίας κατά μήκος της, αυτό έχει ως αποτέλεσμα τη σπατάλη χρονικών ποσών, που συντελούν στην αύξηση του ήδη μεγάλου χρόνου προσπέλασης δεδομένων που χαρακτηρίζει τις μαγνητικές ταινίες. Στους μαγνητικούς δίσκους, ένας βραχίονας στο ελεύθερο άκρο του οποίου είναι στερεωμένη η κεφαλή εγγραφής και ανάγνωσης, κινείται από το κέντρο προς την περιφέρεια της επιφάνειας του δίσκου, κατά τέτοιο τρόπο ώστε, σε συνδυασμό με την περιστ
