计算机存储器原理和材料（计算机存储器发展史）

计算机存储器发展史（三）

磁记录存储器（上）

1、磁带及磁带机和磁带系统

1898年磁记录最早应用在声音的记录上，丹麦V.波尔森发明了钢丝录音机，1907年波尔森又发明了钢丝录音机的直流偏磁法。1927年美国W.L.卡森和G.W.科彭特发明了钢丝录音机交流偏磁法。1928年波尔生将钢丝换成了涂有金属粉末的纸带，这就是现代磁带录音机最早的雏形。

钢丝录话机

盘式录音机

1930年德国法尔本和无线电信两家公司的工程师改良了这种涂有金属粉末的纸带，将氧化铁涂在了塑料带上，并将带有磁性的塑料带条圈在绕轴上，成为实用化的磁带。

1951年磁带首次被用在UNIVAC计算机上作为主要的I/O设备，这就是用于计算机的第一台磁带机，使用开盘式磁带。

早期的磁带机

盘式磁带

现在的磁带机

现在的数据盒式磁带

1963年荷兰飞利浦公司发明了盒式磁带，用于音频信号录音，从此盒式磁带开始广泛进入家庭和公共娱乐消费市场。

盒式磁带

1963年飞利浦北美分公司Norelco基于盒式磁带推出了一款携带录音机，就是现在的卡式录音机。

1966年Norelco又推出了家庭用的卡式录音座EL3312，Ampex推出适时推出了商业用卡式音乐带，随后日本SONY、kenwood等厂商纷纷加入，于是卡式录音机迅速红火起来。

飞利浦第一台商用盒式磁带录音机

飞利浦第一台家用立体声卡式录音机

磁带用于计算机存储数据与记录模拟音频不同，数据存储涉及到0/1的表示、寻址、编码、纠错等等，磁带单独存在没有意义，需要与相适配的磁带机组成磁带系统才能够使用。

磁带记录数据的能力用每平方英寸数据密度表示，磁带上所记录的信息是通过磁头把数据写在磁带上，磁带提供记录数据的介质，能形成的磁性印记越小记录密度越高。

相应地，磁头能在介质上写入越小的印记，并能够无损读出，单轨记录密度才会与磁带能力相匹配。通过密集磁轨技术，将磁轨间距减小到磁头结构和制造工艺限制，磁记录密度能提高到极高的水平。

数据磁带记录是某种磁带和适配的磁带机成为一个整体去完成写入或读出数据，遵循相关的技术标准。从磁带商用开始，相关的技术标准有DAT、DLT、Super DLT（SDLT）、LTO等等。

DAT是Digital Audio Tape的缩写，也叫4mm磁带机技术，DAT最初由惠普和索尼共同开发，以螺旋扫描记录Helical Scan Recording为基础，DAT经历了DDS-1、DDS-2、DDS-3、DDS-4几个技术阶段，DAT磁带存储容量2～40Gb。

DAT设备是一个数字磁带录音器，具有与录像机相似的旋转型磁头。大多数的DAT设备都能以44.1赫兹、CD音频标准，以及48千赫兹的采样率来录音，因此DAT同时也是录音的专业和半专业环境中的标准存档技术。

DAT仍是一种数据格式，一种数据流格式，对于VCD就是MPG格式的视频文件。

DLT是Digital Linear Tape的缩写，DLT由美国DEC公司于1985年开发，主要用于该公司生产的VAX计算机系统。之后该技术被昆腾公司购买并进行技术改进。DLT采用线性记录技术，容量大速度高，采用单轴1/2英寸磁带，以纵向曲线形记录为基础。DLT磁带机容量10～40Gb，数据传输速率1.25～5Mb/s,还可以采用数据压缩技术增加容量。

SDLT是Super Digital Linear Tape的缩写，SDLT由昆腾于2001年推出，是改进的DLT技术，加入了激光引导技术，成为激光磁记录技术（LGMR-Laser Guiding Magnet Recording）。通过激光引导，增加承载数据介质表面的磁道数量来提高存储密度。SDLT容量为110Gb,比DLT提高近3倍，数据传输速率11 Mb/s，比DLT提高2倍。SDLT记录密度的提高，与采用高级金属粉末技术（AMP）的磁带介质密不可分。

LTO是Linear Tape Open的缩写，LTO由HP、IBM、Seagate（Quantum）三家公司于1997年11月联合制定。LTO应用了线性多通道（磁道）、双向记录/读取、硬件数据压缩、优化磁道面、高效率纠错技术，结合新型金属粉末技术的高性能磁带。LTO是一个开放的技术标准，提供了高速开放磁带格式Ultrium和快速访问开放磁带格式Accelis，Ultrium和Accelis也是这三家公司共有的注册商标。在当时Ultrium为单轴1/2英寸磁带时，最大容量100Gb,传输速率20Mb/s。

LTO技术处于不断的技术更迭中，目前标准发展到LTO12，产品发展到LTO9代技术产品。

2000年日本富士胶片推出了LTO1磁带。

2011年日本富士胶片制造出世界上第一个使用BaFe磁性材料的磁带。

2012年日本富士胶片在LTO Ultrium标准下，首创采用BaFe磁性材料的磁带，达到LTO6，克服了当时主流的金属磁性材料容量增长的极限。

2015年4月富士胶片和IBM合作制成存储密度达123百万比特每平方英寸的磁带，达到LTO7标准。这是富士胶片和IBM 合作在10年内第四次打破磁带记录密度的记录。富士胶片使用先进原型带结合NANOCUBIC技术以及IBM的先进磁带驱动技术，共同打破这次磁带记录密度记录。富士胶片的NANOCUBIC 技术用于提高磁带的热稳定性，利于长期保存存档数据。IBM的先进伺服控制使磁头定位精确度高于6nm，每英寸可以存储181300轨道数据，比LTO6工业标准提升39倍，还采用了基于噪声预测检测原理的创新信号处理算法用于磁带读写信号处理。

FUJIFILM的磁带制造技术

2019年9月富士胶片正式发售符合LTO8标准的数据流磁带，支持磁带存储介质LTO Ultrium第8代标准，使用具有优异磁性并能够长期储存的微粒子BaFe磁性材料，并升级了NANOCUBIC技术，将BaFe磁性材料进一步微粒子化并均匀地分散后涂布在磁带表面。在伺服控制系统磁头定位精度仍为6纳米情况下，实现最大30TB（未压缩时为12Tb）的记录容量，比前代LTO7提高两倍容量，数据传输速度最高可达750Mb/秒（未压缩360Mb/秒）。

LTO Ultrium 8磁带

在已经发布的LTO技术规格中，LTO9：单盒容量未压缩18Tb/压缩45Tb，LTO10：单盒容量未压缩48Tb/压缩120Tb。

2020年12月16日IBM和富士胶片宣布新型磁带实现317Gb/每平方英寸存储容量，新磁带在富士胶片的锶铁氧体颗粒磁带原型上实现的，磁带极其光滑，允许一个磁带盒存储580TB的数据，比上一代钡铁氧化体磁带（BaFe）的记录密度提高27倍。IBM和富士胶片基于新的基于锶铁氧体颗粒磁带，开发了新的高效读取技术，包括采用低摩擦磁带头、新的伺服控制器，使磁头定位精度达到了3.2纳米，这又是一项世界纪录。

锶铁氧体颗粒磁带结构

预测LTO技术仍有发展余地，未来会提供比现在更高的存储密度。

现在的磁带存储技术已经不是20年前能够比拟的，有了突飞猛进的磁发展，克服了普通金属磁带（TMP）记录密度极限以及热稳定性不好的问题，磁带机也应用了许多硬件和软件以及信号处理技术，使磁带记录密度更高、热稳定性更好、构成系统更便利，磁带自动装载为磁带管理提供无人化的智能化管理手段，使磁带系统适合作为云端或超大系统的冷备份使用。

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