60 Jahre Tape - k(l)eine Gedenkrede, Teil 1 Von der Tape-Idee bis zur Marktkonfusion

Autor / Redakteur: Kurt Gerecke / Rainer Graefen

Die Magnetbandtechnologie ist eine der ältesten Speichertechnologien auf dem Markt und geht zurück bis in die 1930er Jahre mit der Erfindung des Tonbandes in Deutschland. Jetzt feiert IBM 60 Jahre Innovation - und über die ständige Wiedergeburt reden nur noch "Ungläubige".

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Das IBM Massenspeichersystem 3850 auf Basis von Tape.
Das IBM Massenspeichersystem 3850 auf Basis von Tape.
(IBM)

Die Erfindung des Tonbands* durch Fritz Pfleumer fällt in die 30er Jahre. Es dauerte aber noch bis zum 21. Mai 1952 bis IBM den ersten Magnetbandspeicher der Welt vorstellte. Die Magnetbandeinheit IBM 726 (Bild 1) hatte eine Speicherkapazität von 1.44 MB auf einem 12 Zoll Rollenband mit 720 Meter Länge.

Und auch, wenn einem unter heutigen Gesichtspunkten diese Kapazität kaum noch erwähnenswert erscheint, so löste sie doch ein damaliges Problem: Sie ersetzte die Lochkarte. Ähnlichkeiten mit der Floppy Disk und der Compact Disk sind nicht von der Hand zu weisen. Das Tape hat viele dieser Übergangstechniken überlebt und es sieht so aus als ob Tape viele weitere überleben wird.

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IBM Rollenbänder (1952 – 1984)

Bis 1984 waren vorrangig große Rollenbänder im Einsatz, vergleichbar mit den Bändern einer großen Tonbandmaschine. Den Anfang der Rollenbänder machte 1952 die IBM Bandeinheit Modell 726, die im Zuge der Rechnerentwicklung IBM 701 in der IBM Lokation Phougkeepsie entwickelt worden war.

Das Modell 726 hatte eine Datenrate von 7.500 Zeichen (Characters) pro Sekunde (7,5 Kbit/s), die Schreib-/Lesegeschwindigkeit lag bei 75 Zoll pro Sekunde (~1,9 Meter pro Sekunde) und das Rollenband reflektierte eine Kapazität von 18.000 Lochkarten! Eine Lochkarte hatte 80 Zeichen und damit ergab sich für das Rollenband eine Kapazität von insgesamt 1.440.000 Zeichen.

Das entspricht einer Kapazität von ca. 1.44 MB pro Rollenband. Die 726 arbeitete mit 7-Spur-Technik (sechs Spuren für Daten und eine Spur für die Redundanzprüfung) und das Acetatplastikband war mit Eisenoxyd beschichtet und ½ Zoll breit. Die Rückspulzeit einer vollen Spule betrug 2 Minuten.

Bild 1: IBMs erster Bandspeicher ersetzte 24.000 Lochkarten.
Bild 1: IBMs erster Bandspeicher ersetzte 24.000 Lochkarten.

Die Zeichendichte des Tapes war an die Lochkarten gebunden, das Megabyte noch nicht erfunden. Bezogen auf die gesamte belegte Bandfläche benötigte eine Lochkarte als Datensatz ca. 1,5 cm Bandlänge, die Inter-Record-Gaps als Trennstrecke zwischen zwei "Lochkarten" waren mit ca. 2,5 cm sogar größer als der Datensatz selbst.

Die Speicherkapazität des Band wurde insofern nur zu einem Drittel genutzt. Anders gerechnet konnten 72.000 cm Bandlänge (720 m) 18.000 Lochkarten speichern, wenn eine Lochkarte mit der dazugehörigen Trennung 4 cm Bandlänge benötigte.

Die fehlende Ausfallsicherheit erfordert einen Nachfolger

Die IBM 726 hatte zwei integrierte Bandlaufwerke. Dies erwies sich allerdings von Anfang an als äußerst unpraktisch, weil keines der beiden Laufwerke im Fehlerfalle oder bei Wartungsarbeiten zur Verfügung stand.

Bereits ein Jahr später 1953 folgte die IBM 727 mit einem Laufwerk pro Einheit, die auf einem standardisierten Rollenband von ca. 750 Meter Bandlänge eine Kapazität von knapp zwei MB und später vier MB bot.

Dabei wurden 12 Kartons mit jeweils 2000 Lochkarten reflektiert, also insgesamt 24.000 Lochkarten abgebildet. Das ergab eine Gesamtanzahl von 1.920.000 Zeichen und umgerechnet eine Kapazität von 1.92 MB. Einige Jahre später wurde die Kapazität etwas mehr als verdoppelt. Die 7-Spurtechnik und die Beschichtung wurde beibehalten. Das 727 Rollenband als Medium kostete damals in Deutschland 400,-- DM.

Zehn Jahre später

Mit dem Hyper Tape Drive IBM 7340 wurde 1961 die neuste Bandtechnologie als Produkt umgesetzt. Zusammen mit der Kontrolleinheit IBM 7640 bedienten sie die IBM Rechner 7074, 7080 und 7090. Die Hyper Tapes erzielten wesentlich schnellere Lese- und Schreib-Geschwindigkeiten im Vergleich zu den bisherigen Bandeinheiten.

Sie konnten 170.000 Zeichen pro Sekunde verarbeiten und die Bandgeschwindigkeit betrug damals stolze 112,5 Zoll pro Sekunde. Angeschlossen am IBM-7090-Rechner lieferten sie die doppelten Übertragungsraten im Vergleich zum IBM-729-Bandsystem. Die Kapazität betrug am Anfang mit dem 1. Modell acht Megabyte und kurze Zeit später schon 16 MByte.

Bild 2: Mit dem Hyper Tape Drive IBM 7340 kam 1961 neuer Schwung in die Bandtechnik.
Bild 2: Mit dem Hyper Tape Drive IBM 7340 kam 1961 neuer Schwung in die Bandtechnik.

1964 kam speziell für die Rechnerfamilie System /360 das neue Magnetbandsystem IBM 2401 auf den Markt, das erstmalig mit 9 Spuren gleichzeitig auf dem Rollenband aufzeichnen konnte. Es bot eine wesentlich höhere Zuverlässigkeit im Vergleich zu den Vorgängern IBM 726, 727 und 729.

Dies wurde durch die Einführung eines sogenannten CRC (Cyclic Redundancy Check) erreicht, das die erste automatische Fehlerkorrektur ermöglichte (Automatic Error Capture & Correction) und Basis für die späteren ECCs (Error Correction Codes) bei Bandsystemen lieferte. Die Aufzeichnungsdichte lag bei 800 BPI und die Kapazität des Rollenbandes betrug 20 MB und später 40 MB.

Vom Batchjob zur Direktverarbeitung

Im Zuge des verstärkten Übergangs der mit den Mainframes System/370 begonnenen Direktverarbeitung mit preisgünstigen Terminals zur Programmentwicklung und Problemlösung (VM /370, APL) wuchs die Zahl der Dateien bei Benutzern großer Systeme dramatisch.

Anders als bei den mit wenigen großen Dateien und ausgefeilten Sicherungsverfahren arbeitenden Datenbankanwendungen (IMS, CICS), wurde es immer schwieriger, speziell die vielen kleinen, unregelmäßig benutzten Bestände unter manueller Verwaltung zuverlässig zu sichern und zu archivieren.

Bild 3: Der IBM 3850 Massenspeicher ist der erste "virtuelle" Plattenspeicher.
Bild 3: Der IBM 3850 Massenspeicher ist der erste "virtuelle" Plattenspeicher.

Um diese Aufgabe zu lösen und um kostengünstigeres Speichern von Daten unter Systemkontrolle zu ermöglichen, führte IBM dazu 1974 neue Hardware und Software ein.

Der Tape-Massenspeicher MSS (Mass Storage System) IBM 3850 bildete auf zwei speziellen zylinderförmigen Magnetbandpatronen den Inhalt eines Datenträgers des Magnetplattenspeichers IBM 3330 ab.

Das Tape in der Wabe

Man kann ihn als ersten virtuellen “Plattenspeicher” bezeichnen, der gleichzeitig ein automatisches Bandarchiv darstellte. Alle aktiven Bandpatronen lagerten in einem Schrank mit einander gegenüberliegenden Regalen in wabenförmigen Zellen.

Bild 4: Das Bandarchiv der Vergangenheit sieht auch heute noch sehr futuristisch aus.
Bild 4: Das Bandarchiv der Vergangenheit sieht auch heute noch sehr futuristisch aus.

Alle aktiven Bandpatronen lagerten in einem Schrank mit einander gegenüberliegenden Regalen in wabenförmigen Zellen. Bei Anforderung durch die Programme bewegte eine sinnreiche Konstruktion einen sogenannten Picker automatisch zur richtigen Patrone.

Der Picker hielt den Datenträger im Gegensatz zu späteren mechanischen Greifern elektromagnetisch fest und brachte ihn zu einer Schreib- und Lesestation, von der die gewünschten Daten zum Verarbeiten auf bestimmte Magnetplattenlaufwerke (Staging Devices) übertragen wurde oder umgekehrt.

Nach Ablauf der Operation brachte die gleiche Vorrichtung die Patronen an ihren Lagerort zurück. Der Bediener war nur noch mit den Patronen befasst, die der Massenspeicher nach Programmvorgaben über entsprechende Stationen aussteuerte oder die er von außen anforderte. Der Massenspeicher konnte bis zu 236 Gigabyte im Zugriff der Prozessoren halten.

Das letzte Rollenband

Auf der Magnetbandsubsystemseite führte IBM 1983 das letzte Rollenbandsystem mit der IBM 3430 ein, das vor allem bei IBM 43xx und IBM 303x Series Prozessoren, aber auch bei dem damaligen Midrange System/38, seinen Einsatz fand.

Bild 5: Das IBM 3430 beendet das Zeitalter der Rollenbandsysteme.
Bild 5: Das IBM 3430 beendet das Zeitalter der Rollenbandsysteme.

Aufgrund der ein Jahr später angekündigten neuen IBM 3480 Kassettentechnik als Ablösung der Rollenbänder fanden 3430 Einheiten nicht in grossen Stückzahlen ihren Absatz, hielten sich aber dennoch ziemlich lange auf dem Markt, um der Datenträgeraustauschanforderung gerecht zu werden, die in den Folgejahren immer noch auf Rollenbändern gemacht wurde.

Fortschritt reduziert Standfläche

Mit der IBM 3480 wurde 1984 der Wechsel von den bis dahin verwendeten Rollenbandsystemen auf die Kassettentechnik eingeleitet. Das neue Magnetbandsystem IBM 3480 übertrug gleich schnell wie die Plattenspeicher IBM 3380 mit drei MByte pro Sekunde und schloss damit die Lücke im Gesamtsystemverhalten.

Die bis dahin verwendeten 10 ½ Zoll Rollenbänder der 3420 Technologie wurde durch handtellergrosse rechteckige Kassetten im 5,25 Zoll Format abgelöst.

Bild 6: Die 1984 eingeführte Cartridge ist auch heute noch das Maß aller Dinge.
Bild 6: Die 1984 eingeführte Cartridge ist auch heute noch das Maß aller Dinge.

Bei einer Aufzeichnungsdichte von 38.000 Bytes pro Zoll nahmen die neuen Kassetten wesentlich mehr Daten auf wie herkömmliche Bandrollen, also bis zu 200 Megabyte (zum Vergleich das 3420 Modell 8 mit 165 MByte).

Kompression setzt sich durch

Mit einem Zusatz, einem Vorratsschacht (Stacker) konnten mehrere Kassetten hintereinander automatisch vorgeladen werden. Das erleichterte maßgeblich das Sichern großer Datenbestände.

Bild 7: Die technische Entwicklung bei der Datenverdichtung in den Cartridges führt zu immer kompakteren Backup-Systemen.
Bild 7: Die technische Entwicklung bei der Datenverdichtung in den Cartridges führt zu immer kompakteren Backup-Systemen.

1986 wurde bei der Aufzeichnung eine Kompressionsfunktion eingeführt, die als IDRC bezeichnet wurde (Improved Data Recording Capability). Die Funktion erlaubte auf den Kassetten eine Kapazität von 400 MB.

Damit gab es zwei Aufzeichnungsformate, eines mit und eines ohne IDRC mit den entsprechend unterschiedlichen Kapazitäten. IDRC wurde auch beim Nachfolger der 3480 beibehalten und später als Standard integriert, sodass nur noch mit IDRC gearbeitet wurde.

Das Geschäft mit der Datensicherheit

1984 wurde durch IBM die Magnetbandkassettentechnologie im professionellen IT-Bereich eingeführt, die viele Firmen dazu brachte, ähnliche Technologien auf dem Magnetbandsektor zu entwickeln.

So kam es Mitte der 80er und 90er Jahre zu einem regelrechten Technologiewildwuchs an Kassetten und Aufzeichnungsgeräten, der im Jahr 2003 seinen Höhepunkt hatte: Half Inch, Quarter Inch Cartridges, Mini QIC’s, Helican Scan, 4 mm, 8 mm, Digital Linear Tape (DLT), Super-DLT, ADR, DDS, Mammoth, SLR, Travan, VXA, AIT (Advanced Intelligent Tape), Super-AIT und LTO (Linear Tape Open) und viele mehr.

Bild 10: So sieht 1992 die Bandbibliothek IBM3495 ATL aus, die auf dem einzelnen Tape mit verlängertem Band 40 GByte speichert und damit dem Gesamtsystem zu einer Kapzaität von 374 TByte verhilft.
Bild 10: So sieht 1992 die Bandbibliothek IBM3495 ATL aus, die auf dem einzelnen Tape mit verlängertem Band 40 GByte speichert und damit dem Gesamtsystem zu einer Kapzaität von 374 TByte verhilft.

Diese vielen unterschiedlichen Technologien und deren Geschichte prägten in großem Maße die Tape Historie über 20 Jahre, verursachten viele hoffnungsvolle Firmengründungen, finanzintensive Aufkäufe und bittere Pleiten und führten zu einem Wettbewerb, wie er bisher im Speicherumfeld noch nicht da gewesen war.

Der Wildwuchs der 80er und 90er

Anfang der 90er Jahre dominierte die QIC-Technologie, die dann Mitte der 90er von DLT abgelöst wurde. Mit der Einführung der Linear Tape Open (LTO) als erste standardisierte Magnetbandtechnik durch die Firmen IBM, HP und Seagate im Jahr 2000 verschwanden über die Zeit die anderen Techniken, so dass heute der Massenmarkt im IT-Umfeld von LTO dominiert wird, während sich im Enterprise-Bereich Oracle und IBM mit Half Inch eine proprietäre Technik halten.

Bild 8: Am Tape haben sich schon viele Firmen versucht - nur wenige sind geblieben.
Bild 8: Am Tape haben sich schon viele Firmen versucht - nur wenige sind geblieben.

1995 führte IBM die erste großkapazitive Bandkassette mit neuer Laufwerkstechnik ein, die IBM 3590, die unter dem Namen Magstar bekannt wurde. Das erste Laufwerk der Magstar 3590 war das Modell B, das auf einer ½ Zoll Kassette eine native Kapazität von 10 GByte aufzeichnete.

Bild 9: In einer Tabelle geordnet, sieht der Wildwuchs beim Tape gar nicht mehr so schlimm aus.
Bild 9: In einer Tabelle geordnet, sieht der Wildwuchs beim Tape gar nicht mehr so schlimm aus.

Die Magstar Entwicklungsreihe endete dann 1999 mit dem E-Modell, das mit der doppelten Spurzahl von 256 Spuren eine Kapazität von 20 GByte auf den Kassetten speicherte (nativ ohne Komprimierung). Die Datenrate wurde von 9 MByte pro Sekunde auf 14 MByte/s gesteigert.

Parallel dazu brachte IBM eine neue Kassette, die 3590 “Extended Length Cartridge”, die mit der doppelten Bandlänge auch die doppelte Kapazität von 40 GB abbildete. Damit standen bei Einsatz der normalen Cartridge auf IBMs 3494 Library Kapazitäten von 374 TB, bei Verwendung der langen Cartridge bis zu 748 TB zur Verfügung.

* Rein chronologisch gesehen war das UNISERVO Tape Drive für den UNIVAC 1 Computer 1951 das erste Tape-System für einen Computer. Die wenige Monate später angekündigte IBM Lösung, die sich seit 1949 in Entwicklung befand, konnte sich allerdings als die kommerziell relevante durchsetzen und einen Datenaustausch-Standard schaffen. UNIVAC-Tape-Systeme wurden später mit der IBM Technologie kompatibel.

Hier geht es zur ungekürzten Festschrift von Kurt Gerecke.

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