Referat Magnetbandsysteme (Vorratsspule, Wickelspule, Vakuumkammer)

Magnetbandsysteme

Sie sind eher langsame Speichersysteme und bieten keine Möglichkeit zu einem Random-Zugriff, sondern können nur sequentiell ausgelesen werden; sie haben aber eher geringe Kosten pro gespeichertem Bit, und benötigen bei der Archivierung der Bänder relativ wenig Platz (im Vergleich zu Wechselplatten).          Aus diesem Grund werden sie heute meist zur Datensicherung und -archivierung verwendet.

Im Prinzip sind Magnetbandsysteme Vielspurlaufwerke, wo auf jeder Spur ein Datenbit aufgezeichnet wird. Früher gab es hier

7 und 9-Spur Laufwerke; heute praktisch nur mehr 9-Spur- Laufwerke, die als 9. Bit das Paritybit speichern, wobei hier, wie in der gesamten Groß-EDV, ungerade Parität verwendet wird.

1 Aufbau

Ein Magnetbandlaufwerk besteht zunächst einmal, ähnlich wie ein Tonbandgerät aus 2 Wickelspulen. Diese werden mit Servomotoren angetrieben, deren Steuerung ich noch näher beschreiben werde. Der eigentliche Bandantrieb besteht aus einem Capstan-Motor.

Die magnetische Beeinflußung des Bandes erfolgt über einen kombinierten Schreib/Lesekopf, bei dem der Schreibteil in Bandlaufrichtung zuerst kommt. Damit ist es möglich, die auf das Band geschriebenen Daten sofort nach dem Schreiben wieder zu überprüfen, wodurch Schreiben im Gegensatz zu Lesen, das vorwärts und rückwärts erfolgen kann, nur vorwärts möglich

ist.

Weil bei einem Magntebandsystem das Band außer beim Spulen immer wieder angehalten und neu beschleunigt werden muß, was relativ schnell gehen soll, um die ohnehin schon großen Verzögerungen nicht noch größer zu machen, wäre es hier untragbar, wenn beim Anlaufen immer das gesamte (bis 700m lange und damit relativ schwere) Band voll beschleunigt werden müßte.          Aus diesem Grund werden hier Vakuumkammern verwendet, in denen sich eine gewiße Strecke des Bandes befindet. Bei einem Start mua nun nur die Masse des Bandes in den Vakuumkammern beschleunigt werden, die gegenüber der gesamten Bandmasse gering ist.

1: Vorratsspule

2: Wickelspule

3: Capstan

4: Schreib/Lesekopf

5: Vakuumkammer

6: Bandanfang-/Bandendeerkennung

7: obere Fehlergrenze

8: obere Arbeitsbereichsgrenze

9: Mittelposition

10: untere Arbeitsbereichsgrenze

11: untere Fehlergrenze

12: Bandlaufrichtung

Bild 1 Magnetbandlaufwerk

Die Steuerung der Servomotoren für die Bandspulen erfolgt über die Lichtschranken, womit erreicht wird, daa immer eine etwa gleichbleibende Menge des Bandes in den Vakuumkammern ist.             Damit kann nun eine Hochlaufzeit des Bandes von etwa 2-4ms und eine Bremszeit von 1-3ms erreicht werden.           Hierbei bleibt das Band üblicherweise innerhalb des Arbeitsbereiches. Ein Verlassen des Arbeitsbereiches ist noch nicht kritisch. Das Bandlaufwerk wird aber komplett abgeschaltet, wenn die Bandschleife über die obere oder untere Fehlergrenze kommt.

Die Bandanfang-/Bandendeerkennung ist ebenfalls eine Lichtschranke; sie dient dazu, daa das Band nicht ungewollt entladen wird. Hierzu sind auf dem Band reflektierende Streifen angebracht; am Bandanfang auf der einen Seite des Bandes und am Bandende auf der anderen.

2 Aufzeichnungsverfahren

Hier gibt es drei verschiedene Verfahren, die ich in der

chronologischen Reihenfolge ihres Entstehens beschreiben werde. Die Aufzeichnung auf Magnetbänder ist in verschiedenen

Größen abgestuft. Man unterscheidet hier das Byte (8Bit + Parity)    als kleinste Einheit, als nächstgrößere den Block, der einen ununterbrochenen Flua von Daten darstellt (und

darstellen muß) und als größtes der Abschnitt.

2.1 NRZ (No Return Zero)

Bild 2 NRZ-Verfahren

Dieses Verfahren hat an und für sich den Vorteil, daa Flußwechsel nur bei jeder '1' erfolgen, wodurch prinzipiell eine hohe Aufzeichnungsdichte möglich wäre. Allerdings ist hier die Möglichkeit vorhanden, daa eine große Anzahl von Nullen aufeinander folgt, womit keine Synchronisierung des Datentaktes auf dem Band mit dem Lesetakt mehr erfolgt, wodurch eine Steigerung der Aufzeichnungsdichte durch die Ungenauigkeit des Taktes begrenzt wird.

Hier wird meist eine Aufzeichnungsdichte von 800 Byte/' (315 Byte/cm) verwendet. Die Datensicherung erfolgt durch das Parity-Bit, das wie bereits gesagt auf ungerade Parität ergänzt und einem CRC (Cyclic Redundancy Check) der aus allen                      Datenbytes eines Blockes gebildet und mit 4 Byte Abstand vom letzten Datenbyte des Blockes geschrieben wird. Außerdem wird 4 Byte nach dem CRC noch der LRC (Longitudinal Cyclic Check) aufgezeichnet, der alle '1'-Bits einer Spur innerhalb des Blockes auf eine gerade Anzahl ergänzt.

2 PE (Phase Encoded)

Bild 3 PE-Verfahren

Hier wird eine '1' durch einen positive Flußänderung dargestellt und eine '0' durch eine negative. Beim Aufeinanderfolgen zweier gleicher Zeichen ist es daher nötig, dazwischen eine umgekehrte Flußänderung, den sogenannten Hilfsflußwechsel, durchzuführen, wodurch die maximale Aufzeichnungsdichte begrenzt wird. Die Aufzeichnungsdichte ist aber trotzdem größer als beim NRZ-Verfahren; sie liegt bei 1600

Bytes/' (630 Byte/cm).

Datenblöcke bestehen hier aus der Präambel (40 '0' und eine

'1'), den Nutzdaten und der Postambel. Dei Präambel dient zum

Einphasen des Lesetaktes beim Vorwärts-Lesen; die Postambel

zum Einphasen beim Rückwärts-Lesen.

Die Datensicherung erfolgt hier nur durch die Paritybits und die spurweise Überwachung der Lesesignale. Bei Ausfall des Lesesignals in einer Spur wird deren Inhalt unmittelbar während des Lesens aus dem Paritybit geschlossen (fliegende Korrektur), wobei angenommen wird, daa das Parity-Bit richtig ist; eine Annahme die dadurch berechtigt ist, daa das Parity- Bit in der neutralen Zone des Bandes liegt, und damit bei Biegungen des Bandes nicht Gefahr läuft verändert zu werden. Als Kennzeichen dafür, daa auf dem betreffenden Magnetband im PE-Code aufgezeichnet ist, dient die Schriftkennung, die im

Bereich der Bandanfangsmarke aufgezeichnet ist. Sie besteht aus

Flußwechseln der Dichte 1600 Bytes/' auf der Spur 4; die

anderen 8 Spuren sind in Blocklückenpolarität gelöscht.

Das PE-Verfahren wird noch verwendet.

Bild 4 Datenorganisation bei PE

3 GCR (Group Coded Recording)

Dieses Verfahren ist das neueste (ca.             8 Jahre alt). Es ist eine Kombination von PE und NRZ, wobei von beiden die Vorteile genommen wurden. Es wird hier prinzipiell in NRZ

aufgezeichnet; d.h. es erfolgt ein Flußwechsel nur bei einer '1'. Um den Nachteil von NRZ aber nicht mitzunehmen, mußte eine Spurtaktierung geschaffen werden. Dies erfolgt dadurch,

daa die Information vor der eigentlichen Aufzeichnung auf dem Band derart umcodiert wird, daa niemals mehr als 2 '0en' aufeinanderfolgen. Daher können zwei Flußwechsel höchstens 3

Byteabstände auseinanderliegen, wodurch eine ständige

Synchronisation des Lesetaktes erfolgt.

Die Codierung erfolgt hier nach einem festen Schema, bei

dem jeweils 4 Datenbytes als Gruppe in den sogenannten

Translator geschickt werden, wo sie zu einer Gruppe von 5

Bytes umgewandelt werden. Diese 5 Byte-Gruppe (Storage

Group) wird dann auf dem Band aufgezeichnet.

Die GCR-Schriftkennung erfolgt durch Flußwechsel in der Spur

6 wieder im Bereich der Anfangsmarke.

Die Aufzeichnungsdichte beträgt hier 6250 Byte/' (2460 Byte/cm).