計算機存儲器發展史（三）

磁記錄存儲器（上）

1、磁帶及磁帶機和磁帶系統

1898年磁記錄最早應用在聲音的記錄上，丹麥V.波爾森發明了鋼絲錄音機，1907年波爾森又發明了鋼絲錄音機的直流偏磁法。1927年美國W.L.卡森和G.W.科彭特發明了鋼絲錄音機交流偏磁法。1928年波爾生将鋼絲換成了塗有金屬粉末的紙帶，這就是現代磁帶錄音機最早的雛形。

鋼絲錄話機

盤式錄音機

1930年德國法爾本和無線電信兩家公司的工程師改良了這種塗有金屬粉末的紙帶，将氧化鐵塗在了塑料帶上，并将帶有磁性的塑料帶條圈在繞軸上，成為實用化的磁帶。

1951年磁帶首次被用在UNIVAC計算機上作為主要的I/O設備，這就是用于計算機的第一台磁帶機，使用開盤式磁帶。

早期的磁帶機

盤式磁帶

現在的磁帶機

現在的數據盒式磁帶

1963年荷蘭飛利浦公司發明了盒式磁帶，用于音頻信号錄音，從此盒式磁帶開始廣泛進入家庭和公共娛樂消費市場。

盒式磁帶

1963年飛利浦北美分公司Norelco基于盒式磁帶推出了一款攜帶錄音機，就是現在的卡式錄音機。

1966年Norelco又推出了家庭用的卡式錄音座EL3312，Ampex推出适時推出了商業用卡式音樂帶，随後日本SONY、kenwood等廠商紛紛加入，于是卡式錄音機迅速紅火起來。

飛利浦第一台商用盒式磁帶錄音機

飛利浦第一台家用立體聲卡式錄音機

磁帶用于計算機存儲數據與記錄模拟音頻不同，數據存儲涉及到0/1的表示、尋址、編碼、糾錯等等，磁帶單獨存在沒有意義，需要與相适配的磁帶機組成磁帶系統才能夠使用。

磁帶記錄數據的能力用每平方英寸數據密度表示，磁帶上所記錄的信息是通過磁頭把數據寫在磁帶上，磁帶提供記錄數據的介質，能形成的磁性印記越小記錄密度越高。

相應地，磁頭能在介質上寫入越小的印記，并能夠無損讀出，單軌記錄密度才會與磁帶能力相匹配。通過密集磁軌技術，将磁軌間距減小到磁頭結構和制造工藝限制，磁記錄密度能提高到極高的水平。

數據磁帶記錄是某種磁帶和适配的磁帶機成為一個整體去完成寫入或讀出數據，遵循相關的技術标準。從磁帶商用開始，相關的技術标準有DAT、DLT、Super DLT（SDLT）、LTO等等。

DAT是Digital Audio Tape的縮寫，也叫4mm磁帶機技術，DAT最初由惠普和索尼共同開發，以螺旋掃描記錄Helical Scan Recording為基礎，DAT經曆了DDS-1、DDS-2、DDS-3、DDS-4幾個技術階段，DAT磁帶存儲容量2～40Gb。

DAT設備是一個數字磁帶錄音器，具有與錄像機相似的旋轉型磁頭。大多數的DAT設備都能以44.1赫茲、CD音頻标準，以及48千赫茲的采樣率來錄音，因此DAT同時也是錄音的專業和半專業環境中的标準存檔技術。

DAT仍是一種數據格式，一種數據流格式，對于VCD就是MPG格式的視頻文件。

DLT是Digital Linear Tape的縮寫，DLT由美國DEC公司于1985年開發，主要用于該公司生産的VAX計算機系統。之後該技術被昆騰公司購買并進行技術改進。DLT采用線性記錄技術，容量大速度高，采用單軸1/2英寸磁帶，以縱向曲線形記錄為基礎。DLT磁帶機容量10～40Gb，數據傳輸速率1.25～5Mb/s,還可以采用數據壓縮技術增加容量。

SDLT是Super Digital Linear Tape的縮寫，SDLT由昆騰于2001年推出，是改進的DLT技術，加入了激光引導技術，成為激光磁記錄技術（LGMR-Laser Guiding Magnet Recording）。通過激光引導，增加承載數據介質表面的磁道數量來提高存儲密度。SDLT容量為110Gb,比DLT提高近3倍，數據傳輸速率11 Mb/s，比DLT提高2倍。SDLT記錄密度的提高，與采用高級金屬粉末技術（AMP）的磁帶介質密不可分。

LTO是Linear Tape Open的縮寫，LTO由HP、IBM、Seagate（Quantum）三家公司于1997年11月聯合制定。LTO應用了線性多通道（磁道）、雙向記錄/讀取、硬件數據壓縮、優化磁道面、高效率糾錯技術，結合新型金屬粉末技術的高性能磁帶。LTO是一個開放的技術标準，提供了高速開放磁帶格式Ultrium和快速訪問開放磁帶格式Accelis，Ultrium和Accelis也是這三家公司共有的注冊商标。在當時Ultrium為單軸1/2英寸磁帶時，最大容量100Gb,傳輸速率20Mb/s。

LTO技術處于不斷的技術更疊中，目前标準發展到LTO12，産品發展到LTO9代技術産品。

2000年日本富士膠片推出了LTO1磁帶。

2011年日本富士膠片制造出世界上第一個使用BaFe磁性材料的磁帶。

2012年日本富士膠片在LTO Ultrium标準下，首創采用BaFe磁性材料的磁帶，達到LTO6，克服了當時主流的金屬磁性材料容量增長的極限。

2015年4月富士膠片和IBM合作制成存儲密度達123百萬比特每平方英寸的磁帶，達到LTO7标準。這是富士膠片和IBM 合作在10年内第四次打破磁帶記錄密度的記錄。富士膠片使用先進原型帶結合NANOCUBIC技術以及IBM的先進磁帶驅動技術，共同打破這次磁帶記錄密度記錄。富士膠片的NANOCUBIC 技術用于提高磁帶的熱穩定性，利于長期保存存檔數據。IBM的先進伺服控制使磁頭定位精确度高于6nm，每英寸可以存儲181300軌道數據，比LTO6工業标準提升39倍，還采用了基于噪聲預測檢測原理的創新信号處理算法用于磁帶讀寫信号處理。

FUJIFILM的磁帶制造技術

2019年9月富士膠片正式發售符合LTO8标準的數據流磁帶，支持磁帶存儲介質LTO Ultrium第8代标準，使用具有優異磁性并能夠長期儲存的微粒子BaFe磁性材料，并升級了NANOCUBIC技術，将BaFe磁性材料進一步微粒子化并均勻地分散後塗布在磁帶表面。在伺服控制系統磁頭定位精度仍為6納米情況下，實現最大30TB（未壓縮時為12Tb）的記錄容量，比前代LTO7提高兩倍容量，數據傳輸速度最高可達750Mb/秒（未壓縮360Mb/秒）。

LTO Ultrium 8磁帶

在已經發布的LTO技術規格中，LTO9：單盒容量未壓縮18Tb/壓縮45Tb，LTO10：單盒容量未壓縮48Tb/壓縮120Tb。

2020年12月16日IBM和富士膠片宣布新型磁帶實現317Gb/每平方英寸存儲容量，新磁帶在富士膠片的锶鐵氧體顆粒磁帶原型上實現的，磁帶極其光滑，允許一個磁帶盒存儲580TB的數據，比上一代鋇鐵氧化體磁帶（BaFe）的記錄密度提高27倍。IBM和富士膠片基于新的基于锶鐵氧體顆粒磁帶，開發了新的高效讀取技術，包括采用低摩擦磁帶頭、新的伺服控制器，使磁頭定位精度達到了3.2納米，這又是一項世界紀錄。

锶鐵氧體顆粒磁帶結構

預測LTO技術仍有發展餘地，未來會提供比現在更高的存儲密度。

現在的磁帶存儲技術已經不是20年前能夠比拟的，有了突飛猛進的磁發展，克服了普通金屬磁帶（TMP）記錄密度極限以及熱穩定性不好的問題，磁帶機也應用了許多硬件和軟件以及信号處理技術，使磁帶記錄密度更高、熱穩定性更好、構成系統更便利，磁帶自動裝載為磁帶管理提供無人化的智能化管理手段，使磁帶系統适合作為雲端或超大系統的冷備份使用。

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