テープドライブ

テープドライブは、磁気テープにデータを読み書きするデータ記憶装置です。磁気テープによるデータ保存は、一般的にオフラインでのアーカイブデータ保存に使用されます。テープメディアは、一般的に単価が手頃で、長期保存における安定性に優れています。

テープドライブは、ハードディスクドライブのように直接アクセスストレージを提供するのではなく、シーケンシャルアクセスストレージを提供します。ディスクドライブは数ミリ秒でディスク上の任意の位置に移動できますが、テープドライブは特定のデータを読み取るためにテープをリール間で物理的に巻き取る必要があります。そのため、テープドライブの平均アクセス時間は非常に長くなります。しかし、テープドライブは必要な位置に到達すると、テープからデータを非常に高速にストリーミングできます。例えば、2017年時点ではリニアテープオープン（LTO）は、ハードディスクドライブに匹敵する最大360MB/秒の連続データ転送速度をサポートします。

1メガバイト未満の容量を持つ磁気テープドライブは、1950年代にメインフレームコンピュータのデータストレージに初めて使用された。 2018年現在カートリッジ1個あたり、20テラバイト以上の非圧縮データ容量が利用可能だった。

初期のコンピュータシステムでは、磁気テープが主要な記憶媒体として用いられていました。これは、ドライブは高価でしたが、テープ自体は安価だったためです。一部のコンピュータシステムでは、DECtapeなどのテープドライブ上でオペレーティングシステムが動作していました。DECtapeは、他のブロックに影響を与えることなく書き換え可能な固定サイズのインデックス付きブロックを備えていたため、低速のディスクドライブのように使用することができました。

データテープドライブは、テープへのデータ書き込みに、多段階前方誤り訂正、シンリング、リニアサーペンタインレイアウトなどの高度なデータ整合性技術を使用する場合があります。

テープドライブは、 SCSI、ファイバーチャネル、SATA、USB、FireWire、FICON、またはその他のインターフェースを使用してコンピュータに接続できます。 ^{[ a ]}テープドライブは、自動ローダーやテープライブラリと組み合わせて使用​​され、複数のテープを自動的にロード、アンロード、保存することで、手動操作なしで保存できるデータ量を増やします。

家庭用コンピューターの黎明期には、フロッピーディスクドライブやハードディスクドライブは非常に高価でした。多くのコンピューターには、オーディオテープレコーダーを介してデータを保存するインターフェースが備わっており、通常はコンパクトカセットに記録されていました。業務用DECtapeや家庭用ZX Microdrive、Rotronics Wafadriveといったシンプルな専用テープドライブも、安価なデータ保存手段として設計されていました。しかし、ディスクドライブの価格下落により、こうした代替手段は時代遅れとなりました。

技術的な制約

不利な影響と呼ばれるシューシャイニング現象は、読み書き中にデータ転送速度が、テープドライブヘッドが連続的に動作するテープとの間でデータを転送するために設計された最小しきい値を下回ると発生します。このような状況では、最新の高速テープドライブはテープを瞬時に停止させることができません。代わりに、ドライブはテープを減速して停止させ、少し巻き戻し、再起動し、ストリーミングが停止した位置まで戻ってから動作を再開する必要があります。この状態が繰り返されると、結果として生じるテープの往復運動は、布で靴を磨く。シューシャイニング現象は、達成可能なデータ転送速度、ドライブとテープの寿命、およびテープ容量を低下させます。

初期のテープドライブでは、非連続的なデータ転送は一般的で避けられないものでした。コンピュータの処理能力と利用可能なメモリは通常、一定のデータストリームを提供するには不十分だったため、テープドライブは一般的にスタート・ストップ動作で設計されていました。初期のドライブは非常に大きなスプールを使用していたため、必然的に慣性が大きく、動きのスタートやストップが容易ではありませんでした。高いスタート、ストップ、シーク性能を実現するために、数フィートの緩んだテープが繰り出され、吸引ファンによってテープヘッドとキャプスタンの両側にある2つの深い開口部に引き込まれました。これらの真空カラムに吊り下げられた細長いテープのループは、2つのリールよりもはるかに慣性が小さく、素早くスタート、ストップ、位置調整することができました。大きなリールは、緩んだテープを真空カラム内に保持するために必要に応じて移動しました。

その後、1980年代のほとんどのテープドライブは、スタート・ストップの状況をある程度軽減するために内部データバッファの使用を導入しました。 ^{[ b ]}これらのドライブは、テープストリーマーと呼ばれることがよくあります。テープは、バッファに書き込むデータがない場合、または読み取り中にデータがいっぱいになった場合にのみ停止しました。より高速なテープドライブが利用可能になると、バッファ付きであるにもかかわらず、ドライブは停止、巻き戻し、スタートという靴磨きのシーケンスに悩まされるようになりました。

最新のドライブの中には、複数の速度設定が可能で、テープ速度レベルをコンピュータのデータレートに動的に合わせるアルゴリズムを実装しているものがあります。速度レベルの例としては、フルスピードの50%、75%、100%などが挙げられます。最低速度レベル（例えば49%）よりも遅い速度でデータをストリーミングするコンピュータでも、やはりシューシャイン現象が発生します。

磁気テープは、カセットやカートリッジなどのケースに収納されるのが一般的です。例えば、4トラックカートリッジやコンパクトカセットなどです。カセットには磁気テープが収められており、同じプレーヤーで異なるオーディオコンテンツを提供できます。プラスチック製の外殻は、金属板や部品が使われていることもあり、壊れやすいテープの取り扱いを容易にし、むき出しのテープのスプールよりもはるかに便利で頑丈です。フロッピーディスクドライブが非常に高価だった時代には、シンプルなアナログカセットオーディオテープレコーダーが家庭用コンピューターでのデータ保存と配布によく使われていました。コモドールデータセットは、同じメディアを使用したデータ専用バージョンでした。

メーカーはデータ圧縮技術を用いてテープの容量を指定することが多いが、圧縮率はデータによって異なり（一般的に2:1から8:1）、実際のデータの種類によっては指定された容量に達しない場合もある。2014年現在より大容量のテープドライブはまだ開発中だった。

2011年、富士フイルムとIBMは、バリウムフェライト（BaFe）粒子とナノテクノロジーを使用して開発された磁気テープメディアで、1平方インチあたり295億ビットの記録が可能になったと発表し、真の（非圧縮）テープ容量が35TBのドライブを実現できるようになった 。^{[ 17 ] [ 18 ]}この技術は、少なくとも10年間は​​商用化されないと予想されていた。

2014年、ソニーとIBMは、極めて微細な結晶粒子を形成できる新しい真空薄膜形成技術を用いて開発された磁気テープ媒体で、1平方インチあたり1480億ビットの記録が可能になったと発表し、これによりテープの実効容量は185TBに達した 。^{[ 19 ] [ 20 ]}

2020年12月15日、富士フイルムとIBMは、理論上テープカートリッジ1本あたり580TBのデータを保存できるストロンチウムフェライト（SrFe）技術を発表した。^{[ 21 ]}