詹姆士·威登海姆——磁带机高速输入／输出机构的发明人
詹姆土·威登海姆(James A．Weidenhammer)因在“计算机高速输入／输出机构”(For high speed I／0 mechanisms)上所作出的贡献而荣获1989年计算机先驱奖。这是继1987年雷诺德·约翰逊(Reynold B．Johnson)因发明磁盘存储系统RAMAC而获得计算机先驱奖以后，第二位因在计算机外围设备上的创造性贡献而获此殊荣的。与约翰逊不同的是，威登海姆的贡献在磁带机方面。
威登海姆1938年毕业于美国宾夕法尼亚州东部的Lehigh大学，学的是机械工程。毕业后他进入IBM公司的Endicott实验室工作，1949年转至IBM公司的Poughkeepsie计算机研发中心。威登海姆在IBM公司参加的第一个项目是ASCC(Automatic Sequence ControlledCalculator)，也就是哈佛大学艾肯教授设计的Mark I。ASCC配有4台纸带机，其中三台用以输人数据，一台用以输入指令(称为“控制带" controltape)。输入指令和输入数据的纸带机的工作必须协调，这是通过它们的步进机构(stepping mechanism)实现的。威登海姆根据ASCC的需要，成功地设计了这一机构。
但威登海姆最重要的贡献是在磁带驱动器方面，尤其是在磁带的进给机构方面(Tape Feed Mechanism)。将原先用于录音的磁带用于计算机作为数字存储设备始于20世纪50年代初的UNIVAC I，但最初的磁带机采用磁带由供带盘到收带盘直接传动，结构比较简单。但由于供带盘和收带盘的线速度不一样，不能实现平稳而高速地启停，使存取速度受到极大限制。
威登海姆和IBM公司另一位工程师波斯利克(Walter S．Buslik)发明了“真空柱”技术(vacuum col-umn)成功地解决了这一难题。这一技术利用真空缓冲带箱将大转动惯量的带盘驱动同保持磁带既能快速启停又能稳速传动的主动轮隔离开来，为磁带驱动设备开创了崭新的局面，并奠定了一直沿用至今的半英寸带宽的通用标准。
1953年，IBM公司推出了采用这一新技术的726型磁带机大获成功。1952年5月，这一发明向美国专利局提出专利申请，获得批准，其专利号为3057568。
直到今天，世界上所有计算机所配备的高速磁带机都采用威登海姆的这一专利技术。威登海姆获得专利的磁带进给机构如图所示(取自IBM J．R&D，1981，25(5))。
磁带机发展历史编辑本段回目录
磁带机历史
Byron Phelps 是当时的磁带专利拥有人和主要开发人员，据他回忆说："我们曾经尝试过用密度更高的纸卡存储数据，但存储量也只是增加了几倍而已， 效果不大。而磁带当时刚刚开始用于录音，是最有前途的发展方向。"
最早期的磁带宽度为半英寸，工作密度为每英寸 100bt （ 比特）。即便以这个密度来说，当时一卷直径为 10.5 英寸的磁带已可存储相当于 35，000 多张打孔卡的资料。 时至今日，IBM 高阶的 LTO 磁带盒的转速比当日的 IBM 726 型磁带机要快 1,000 倍，倘若用当时的 726 型磁带机来存储 LTO 每英寸磁带所存录的未压缩资料量， 恐怕要用上 500 多英尺的磁带。
1952
磁记录技术在 1949 年还是一个未研发的领域。磁带先驱 Max Femmer 回忆说："您今天在一家书店的初级读本上看到的东西， 我们那时都不知道。"与大多数创新发明一样，即兴创作在磁带驱动器的开发中发挥了一定的作用。真空柱技术的关键发明人 James Weidenhammer 说： "我们当时不知道应该使用什么方法。为最大程度地减少被浪费的磁带和读／写延迟，需要电机非常快速地启动和停止。因为磁带速度预期每秒钟在 100 到 200 英寸之间，所以很明显，将磁带存储卷轴的速度加快到足够大是不现实的。在磁带路径上需要使用存储环路或加速轮来逐渐加快卷轴的速度。"后来， 是真空柱技术提供了这种磁带环路，使早期的原型产品能够仿真打孔卡记录。
真空柱技术一开始曾受到怀疑，后来被采纳并开始设计真空柱。Weidenhammer 回忆说："我们急着试试这个主意是否可行。 我们需要一种非常薄、非常灵活的材料来制造一种敏感的压力传感膜，但手头没有合适的材料。我灵机一动，立即派一位名叫 Jack Seely 的年轻工程师到最近的杂货店去买来一条婴儿短裤，结果证明它们还真好使！"
在柱中制造真空需要的真空泵是另一个挑战。在整个开发过程中，使用的是一个通用电气公司制造的老真空吸尘器上的电机。 当磁带驱动器投入生产时，仍使用同一种电机，因为产品原型已经适应了这种电机。Dick Whalen 当时是这一计划的采购经理， 他回忆当时的情况时说："后来发现这是一种过时的真空吸尘器。一位 GE 的销售代表找遍了全国的仓库才使得我们得以继续生产下去。"
磁带问世后，由于一开始不为人知曾引起一些混乱。回忆起这些情节，Winger 笑着说："我们的供应商 3M 公司交付了一些磁带。 当这些磁带抵达接货码头时，负责接货的人说他们刚刚从 3M 那里收到了一些磁带，但决定把这些货退回去。为什么？因为这些磁带上面一点胶水都没有！"
IBM 的第一个磁带单元 IBM 726（见左图）于 1952 年问世---这一年小华生成了 IBM 的总裁，IBM 员工的总数也在这一年超过了 4 万人。 IBM 726 是与 IBM 701 Defense Calculator 一起发布的，后者是 IBM 第一台商用电子计算机。被设计和制造人员称为“磁带处理机” 的开发机型成为一个标志，表明磁带在数据处理行业的诞生和发展中将起到关键的作用。
数据处理行业的第一个半英寸磁带驱动器---IBM 726 磁带单元，在 1952 年 12 月 20 日到 1955 年 2 月 28 日期间与 IBM 701 Defense Calculator 一同交付客户使用。当时有 16 家公司愿意冒险将数据从打孔卡移植到当时尚未成熟的磁带上。 这 16 家公司名单如下（按交付时间排列）：
1. IBM 全球总部
2. 加利福尼亚大学，洛斯阿拉莫斯实验室
3. Lockheed 航空公司
4. 美国联邦政府国家安全局
5. 道格拉斯飞机公司
6. 通用电气公司
7. Convair 公司
8. 美国海军
9. 联合航空公司
10. 北美航空公司
11. Rand 公司
12. 波音飞机公司
13. Naval Aviation Supply
14. 加利福尼亚大学，Livermore 实验室
15. 通用汽车公司
16. 美国气象局
IBM 磁带技术的演进
自从发明了业界第一台磁带存储装置以来，IBM 不断地改进磁带存储的技术及功能，使数据存储日益方便。 20 世纪70年代，全球开始由工业化生产时代迈进信息化时代。随着信息处理及存储设备的专用化和完善，数据存储任务开始由外围设备承担， 而不再依赖 CPU。这些设备的功能和硬件能力增加得如此之快，以至仅仅在几代的时间内， 曾被认为是依赖外围设备的大型机发展到如今的个人计算机即 PC 机（其功能比 1952 年的 IBM 701 更强大），已经可以供普通消费者使用了。 日常事务处理的计算机化导致了数据的爆炸性增长，而这些数据需要被有效地存储。客户对存储的期望不断增长，他们不仅需要存储有更好的可靠性和性能， 而且还能容纳更多的操作系统和应用。从此人类进入了信息自动化时代。
1974 年，IBM 开发了首部自动化磁带存储设备---3590 大容量磁带子系统（MSS）。该装置所采用的多项创新技术有助于 IBM 日后改良数据存储装置的管理和架构。 1984 年，IBM 又推出了第一部高速缓存控制器 3380。作为一种用于磁盘的高速缓存控制器，3380 的推出为存储控制器的改进以及磁盘盒磁带的优化奠定了良好的基础。
作为 IBM 存储的一个重要里程碑，1984 年 IBM 发布了 3480（见左图）。 同以往的产品不同，当时的 3480 具备两种全新的特性：首先从外形上方形磁带盒代替了传统的圆轴磁带， 其次它的总占地面积减少了许多，而数据存储的密度和速度却大大增加了。
以前，行业标准是 10.5 英寸的卷轴磁带可以存储 180MB 的数据，压缩数据速率达到每秒钟 1.25MB。新的 3480 使用 5.5 英寸的方形磁带盒， 最多可存储 200MB 的数据，运行速度达到每秒钟 3MB。此外，与仅仅 10 年前的 3420 磁带单元相比，在容量相当的情况下， 3480 磁带子系统的占地面积要比前者少一半以上。
3480 的技术突破
1. 磁带驱动器中的第一个瘦薄膜头（比瘦薄膜头开始在磁盘驱动器中使用早数年）
2. 磁带驱动器中的第一个 18 - 轨磁带头／通道
3. 行业中首先使用二氧化铬介质
4. 数据传输速率是竞争对手的两倍
5. 全新的介质制造过程和获得专利的化学配方
6. 极大地提高了可靠性和减少了维护成本
7. 嵌入软件（微代码）的重大进展提供了重要的功能和复杂系统故障记录能力
8. 当时所有存储设备中最高的线性记录密度
据当时的磁带库产品计划经理 Andy Hopper 说：“3480 是以客户为导向的理想设计的结果。实际上，我们与客户经常在一起， 观察他们如何使用磁带产品。这一产品就是客户想要的产品。”
继推出 3480 之后，IBM 迅速实现了一系列的产品功能改进和诸多磁带存储的“第一”。1986 年第一次推出的改进数据记录容量（IDRC）技术， 成功地改进了磁带的数据压缩；1987 年首次推出的 ESCON （企业系统连接架构）通道接口可使磁带存储的连接距离达到数公里---这样的距离在以前是闻所未闻的； 1991 年首次推出的 36- 轨 3490E 驱动器和新的长度扩展二氧化铬介质使 3480产品家族得到了进一步的扩展。在与较早的 3480 一样的磁带盒中， 3490E 可以提供 800MB 的存储容量。在使用 IDRC 以后，3490E 的存储容量可以被扩展到超过 2.4 GB，这在当时是最高的数据容量。
磁带存储再遇挑战，IBM 新磁带计划诞生
在 20 世纪结束的时候，由于磁盘和光存储技术对磁带的成本优势构成了挑战，磁带的长期存在和使用受到了质疑。
20 世纪 80 年代后期，硬盘驱动器（IBM 发明，1956 年初次登场）的容量和密度迅速增加，而每兆字节的成本显著下降。 磁盘阵列和光设备之类的存储创新及其它技术进入市场以后，对磁带产生了很大的威胁，不少人开始将磁带仅仅用作备份或归档资料库使用。 IT行业有人预测“大型机的死亡”以及“磁带存储的历史退出”即将出现。
为此，IBM 通用产品部（General Products Division）总裁 Paul Low 博士和 Almaden 研究中心主管 Juri Matisoo 在 1988 年成立了一个小组， 研究磁带作为未来存储介质的可行性。作为该任务组的成员之一，James Eaton 博士回忆说："在研究初期，看起来我们必须对线性磁带系统的密度和性能作出根本性的改进。 很明显，戏剧性的改进是可能的。磁带技术的进展已经大大提高了存储密度，相当于当初非常成功的 IBM 3480/3490 磁带设备的 100 多倍。 虽然现有的磁带技术提高了存储容量，但它们不能满足使用 IBM 存储产品的重点客户所要求的数据传输速率。我们的目标是在不牺牲 3480/3490 产品成熟性和可靠性的前提下同时提高存储容量和数据传输速率，这已经成为磁带信息存储的世界标准。"
在任务小组的工作结束时，小组成员的主流观点是激动人心的，那就是令推动 IBM 磁带技术的努力再度复活。Eaton 总结说："到任务组的研究结束时， 很明显的结论是，数据存储磁带的密度可以提高数百倍。我们必须努力实现这一目标，否则，任何实现了这一目标的公司都会将我们的业务夺走。"这样， "新磁带计划（NTP）"开始了，IBM 再度开始了磁带技术发展方向的探索。与此同时，IBM 还继续对 3480/3490 企业级磁带设备进行了增强。
在重新思考磁带技术的同时，IBM 的最高层发生了重大的变化。郭士纳（Louis V. Gerstner）曾是 RJR Nabisco 和 American Express 公司的领导人， 他在领导 IBM 以后迅速调整了公司的重点。不久，亚力桑那州 Tucson 的磁带开发团队就感受到了这位新 CEO 急迫的心情。他不是 IBM 的元老， 因而为 IBM 带来了清新的外部视角。曾在 1995 年领导重新组建磁带团队的 Kevin Reardon 回忆起这段历史时说："这段时期后来被认为是 IBM 历史上最重要和变化最大的时期。 我们的团队使磁带存储得到了复兴并长期改变了磁带存储的发展进程。从 1995 年到 1998 年，随着网络世界的出现，磁带团队推出了一系列革命性和富于幻想的产品---3590、 3570和虚拟磁带服务器（VTS），以独一无二的方式帮助我们的客户提高了访问和保存关键业务信息的能力，并为即将到来的网络存储爆炸性的增长作好了准备。 它们不是一般的产品，而是基础性的转变。这将不可避免地长期改变磁带存储、信息存储技术的管理和性能。
1995 年，一个新的设备系列--Magstar 3590 磁带驱动器重新确定了客户对企业用磁带的期望，并成为支持更多操作系统的应用平台。
Magstar 3590 的优势
1. 金属微粒磁带
2. 轨道跟随伺服机构
3. 与 3480/3490 型相比，功能得到大大提高
4. 未压缩磁带存储容量达到 10 GB
5. 数据传输速率达到 9MB／秒
6. 保护客户在磁带自动化上的投资（对企业系统客户来说这很重要）
1996 年推出的 3590 Magstar ESCON 控制单元 A01 型使系统的性能和连接得到了显著的改进。1997 年， 3494 B14 型虚拟磁带服务器第一次将磁带映像“虚拟”到主机上，极大地改进了磁带资源的利用率。VTS 在优化磁带供应的同时， 为主计算机的运行和应用提供了一个专用的（磁带）映像。这一看似简单的功能极大地改进了磁带存储和大型数据集的移植。
1998 年推出的 3590E 机型对 3590 的性能进行了扩展，在提高性能的同时使本地存储容量增加了一倍。1999 年推出的 Magstar 扩展长度盒式磁带可以提供 40GB 的本地存储容量，同时可以保护现有自动化技术和已安装设备的投资。
1996 年出现了一种革命性的磁带架构。IBM 3570 Magstar MP（使用 5-GB 盒式磁带）成为第一种小外形、多点载入的磁带设备。 它推出了轨道跟随、适时伺服以及大量利用 IBM 磁盘存储技术实现的创新。1997 年，利用增强容量盒式磁带，Magstar MP 3570 的容量和性能被扩展到了 7.5 GB。
1997 年晚期，IBM 磁带开发实验室开始了一项非正式的内部计划，内容是将为 Magstar MP 3570 开发的最新技术转移到现有的产品架构中。 最终，此项计划发展成为一次积极的行动，目标是与其它行业领先供应商共同开发一个真正开放的系统磁带解决方案--线性开放磁带（或称 LTO ）。 这一努力的关键格式和支持技术来自 IBM。在不到两年的时间里，这一技术便从实验室走向了市场。IBM Ultrium LTO 驱动器带来了新的自动化解决方案， 并重新强调磁带存储在成本方面的优势，这就为未来提供了新的动力。在 20 世纪结束的时候，IBM LTO 的发布意味着磁带技术开始了新的征程。
迈向磁带存储新世纪
"使我感到震惊并认为不同寻常的是，磁带团队内部充满了一种坚韧和绝对的获胜意志。当他们在竞争中落后一步时， 他们将会携带新的彻底超越最新技术的革命性解决方案杀将回来，比如 1997 年的虚拟磁带和 2000 年的线性开放磁带。"
Richard Myers jr--IBM企业存储部副总裁
磁带存储的创新从 20 世纪中期开始，特别是那些与存储密度和性能相关的创新速度越来越快。IT 业界成功地度过了大事宣扬的 Y2K“灾难”而平安无事。 人们完全可以放心的是，如果出现了问题，由于有了磁带存储技术，将能够成功地实现数据恢复。在迈入新世纪的时候，人们发现， 一个 LTO 盒式磁带已经可以提供 100GB 的本地存储容量。通过引入扩展长度介质，Magstar 3590 将其全功能企业级磁带解决方案的存储容量增加了一倍。 此外，由于磁介质行业在共同开发方面进行了密切合作，内部 10GB 介质和新的长度扩展介质的性能和可靠性都得到了保证。
从迈入 21 世纪起，存储技术的进展包括：能够把实质的存储库划分为多个逻辑存储库；光纤信道支持技术；同级数据复制； 对 Linux 及其它开放式系统的支持；可连接愈来愈多不同存储平台的新方案陆续面世。与此同时，磁带子系统的可靠性、可维修性及整体成本也在不断改善， 而磁带技术亦越来越多地用于存储更大量的数据。
展望未来，LTO 磁带机的存储容量和性能都会随时代增进。预计在 2002 年，LTO 磁带盒的容量会达到 200GB， 而数据速率也会由每秒 15MB 倍增至每秒 30MB。目前，在一个全自动化的 IBM 磁带库内，磁带存储装置的总存储量会超过 500TB 未压缩数据，所占空间相当于八个五桶文件柜。这些磁带存储装置在同一个磁带库内可支持多种不同的磁带制式，并可用于 100 公里范围内的计算机网络中。
新世纪里程碑---1TB 磁带技术的推出
什么是1TB? ------
1. 每 2.4 分钟地球上所有人类心跳次数的总和
2. 连续播放 16 天 DVD 影碟的总容量
3. 人脑一生记忆容量的 8000 多倍
4. 1TB 的数据所用纸张摞起来有 6.6 万英里高
5. 如果将 1TB 的铅笔首尾相连的话，长度将达到 450 万英里
IBM 正在继续推动磁带存储技术。2002 年，在 IBM 推出磁带存储技术 50 周年之际，又成功地实现了 1TB 未压缩信息的写入， 更重要的是，在一个大小相当于目前 LTO 盒式磁带的半英寸盒式磁带上，成功地实现了数据的读回。
根据 Giga 信息集团的分析，数据存储量每三年就会增加一倍。随着企业客户开始对自己的存储环境进行整合，在较小占地面积上存储大量数据的能力将会越来越重要。 将 1TB 的数据压缩到 4 英寸宽、5 英寸长、1 英寸厚的盒式磁带上，将使每平方英寸的的存储密度超过 1GB。
IBM 著名工程师和 IBM Tucson 磁带技术主管 John Teale 说："我相信这一成就加强了 IBM 在这一关键存储行业的领先地位， 与竞争对手已经公布的技术方案相比，我们在市场进入方面至少领先两年的时间。"这一优势的获得是由于使用了先进的微粒磁带技术、 改进的高密度轨道定位技术（使用 IBM 发明的新颖的轨道跟随、适时伺服机制）以及在线性磁带驱动器中使用的最先进的磁头记录技术。 对于利用成熟的硬盘技术和IBM磁带开发部门的发明来说，"1TB" 只是一个里程碑，而不是最终成果。在未来的 50 年，不仅磁带存储量会大幅增加， 而且数据速率、可靠性和磁带存储的管理都会大为改进。展望未来，由于磁带能继续提供具有低成本高效益、高可靠性和高容量的存储功能， 今后仍会是存储领域绿茵场上的“主力中锋”。
