DECTape

La bande magnétique … presque comme un disque

La DECtape est un système de stockage sur bande magnétique commercialisé par la Digital Equipment Corporation (DEC) à partir de 1963. D’abord présenté sous le nom de Micro-Tape, il apparaît sous le nom DECtape dans la documentation de la fin de l’année 1964.

Son apparence peut prêter à confusion. La DECtape utilise bien une bande enroulée sur de petites bobines, mais elle n’est pas conçue comme une bande magnétique conventionnelle qu’il faut parcourir depuis le début pour retrouver un fichier. Elle est divisée en blocs numérotés que le contrôleur peut rechercher dans les deux directions.

Pour le programmeur, elle se comporte ainsi comme une sorte de disque très lent et amovible : il est possible de demander un bloc déterminé, de le lire, puis de le réécrire sans refaire toute la bande. Cette combinaison entre le faible coût d’une bande et l’organisation d’un stockage adressable explique l’importance historique de DECtape.

DECtape, bande, lecteur et contrôleur : de quoi parle-t-on ?

Le mot DECtape peut désigner plusieurs éléments liés, ce qui explique une partie de la confusion. Il ne correspond pas uniquement à une machine ni uniquement à une bande : il s’agit du système de stockage développé par DEC, comprenant un support magnétique, un format d’enregistrement, un lecteur et un contrôleur.

Le chemin suivi par une demande est donc le suivant :

PDP-1, PDP-4 ou PDP-7 → contrôleur Type 550 → lecteur Type 555 → bande DECtape.

Par analogie avec un ordinateur moderne, la bande DECtape correspond au support amovible, le Type 555 au lecteur matériel et le Type 550 à l’électronique qui traduit les demandes de l’ordinateur. L’analogie a cependant ses limites : le format et une grande partie du pilotage sont ici étroitement liés au contrôleur employé.

Fiche rapide

• Constructeur : Digital Equipment Corporation (DEC)
• Première présentation commerciale : 1963, sous le nom Micro-Tape
• Nom DECtape attesté : décembre 1964 dans le manuel du Type 555
• Support amovible : bande Mylar de 3/4 de pouce, longue de 260 pieds, sur bobines de 3,5 pouces pour le Type 555
• Lecteur : Type 555, unité électromécanique comportant deux lecteurs indépendants
• Contrôleur : Type 550 sur les PDP-1, PDP-4 et PDP-7
• Organisation : blocs adressables, avec piste de synchronisation et piste de marquage
• Enregistrement : codage de phase de type Manchester
• Structure des pistes : 10 pistes physiques regroupées en 5 canaux redondants
• Fonctionnement : lecture, écriture et recherche bidirectionnelles
• Capacité annoncée : environ 3 millions de bits par bande, selon la documentation générale de DEC

Avant DECtape : du TX-2 à LINCtape

DECtape n’apparaît pas sans antécédent. Son principe s’inscrit dans une lignée de travaux menés au Lincoln Laboratory du MIT.

En 1958, Richard L. Best et Thomas C. Stockebrand décrivent pour le TX-2 un système de bande magnétique à adresse fixe. Leur dispositif emploie déjà des pistes de données redondantes, une piste de synchronisation et une piste servant à repérer les zones enregistrées. Il ne s’agit pas encore de DECtape : le support et le format sont différents, mais plusieurs idées fondamentales sont déjà présentes.

Ces recherches influencent ensuite la LINCtape, conçue pour le LINC développé en 1962. Wesley Clark voulait que les utilisateurs puissent conserver eux-mêmes leurs programmes et leurs données sur de petites bobines faciles à transporter. Le manuel du LINC décrit une bande découpée en 512 blocs numérotés, chaque bloc contenant 256 mots de 12 bits.

DEC, qui participe à la fabrication du LINC, adapte ensuite cette technique à ses propres ordinateurs. Le Computer History Museum résume cette filiation en indiquant que DEC modifie LINCtape et la propose sur plusieurs de ses machines sous le nom de DECtape.

1963 : la Micro-Tape Type 555

Une brochure DEC datée de mai 1963 présente le Type 555 Dual Tape Transport sous le nom de Micro-Tape. Le document porte la mention « Copyright 1963 » et indique que des contrôleurs sont alors disponibles pour les PDP-1 et PDP-4.

En novembre de la même année, Leonard M. Hantman présente devant la société d’utilisateurs DECUS une communication intitulée Microtape: Its Features and Applications. Il y décrit un système récemment introduit par DEC et détaille ses principales qualités : blocs adressables, lecture et écriture dans les deux directions, pistes de marquage préenregistrées et enregistrement par détection de polarité.

Le manuel du Type 555 publié en décembre 1964 emploie, lui, le nom DECtape. Il est donc plus exact de retenir deux repères :

• 1963 : introduction du système sous le nom Micro-Tape ;
• fin 1964 : adoption attestée du nom DECtape.

Le principe essentiel : une bande divisée en blocs

Une bande magnétique traditionnelle est essentiellement un support séquentiel. Pour atteindre une information éloignée, le lecteur doit faire défiler tous les enregistrements qui la précèdent ou rembobiner la bande jusqu’au bon endroit.

DECtape reste soumise à ce déplacement physique, mais son format lui donne une organisation plus structurée. Une piste de marquage, appelée mark track, découpe la bande en emplacements identifiables. Elle contient des codes indiquant notamment le début des blocs, leur fin et leur numéro.

Prenons un exemple simple. Un programme demande le bloc 120 :

1. le contrôleur fait avancer ou reculer la bande ;
2. il surveille les numéros inscrits dans la piste de marquage ;
3. il choisit la direction permettant de rejoindre le bloc recherché ;
4. lorsque le bloc 120 est détecté, il commence la lecture ou l’écriture des données.

Il ne s’agit donc pas d’un accès aléatoire instantané comparable à celui d’une mémoire vive. Il serait plus juste de parler d’un accès adressé par blocs, ou d’un accès semi-direct. Le temps d’attente dépend toujours de la position du bloc sur la bande.

Une piste de synchronisation et une piste de marquage

Le Type 555 utilise une tête comportant 10 pistes physiques. Celles-ci sont associées deux par deux pour former cinq canaux logiques :

• trois canaux de données ;
• un canal de synchronisation, ou timing track ;
• un canal de marquage, ou mark track.

La piste de synchronisation fournit le rythme auquel les données doivent être interprétées. La piste de marquage décrit, pour sa part, la structure logique de la bande. Lors d’une utilisation normale, ces deux pistes sont lues en même temps que les données.

Dans le format standard présenté pour le Type 550, un bloc contient 256 mots de 18 bits, auxquels s’ajoutent des mots de contrôle et de vérification. Le format n’est cependant pas une propriété immuable du support : les documents de DEC précisent que des blocs de longueur différente peuvent être créés lors du formatage.

Pourquoi dix pistes pour seulement cinq canaux ?

La redondance constitue l’une des originalités de DECtape. Chaque canal logique est enregistré sur deux pistes physiques non adjacentes. Lors de la lecture, les signaux produits par les deux pistes d’une paire sont additionnés.

Cette disposition limite l’effet d’un défaut local, d’une poussière ou d’une diminution momentanée du signal. Deux pistes éloignées l’une de l’autre ont moins de risques d’être affectées simultanément par la même imperfection transversale.

Il faut toutefois éviter de transformer cette qualité en légende. DECtape n’est pas indestructible et sa redondance ne remplace ni les contrôles d’erreur ni les sauvegardes. Elle rend simplement la lecture beaucoup plus tolérante aux défauts que ne le serait une piste unique.

Le codage Manchester : lire une direction plutôt qu’une amplitude

DECtape utilise un enregistrement de phase de type Manchester. Dans la description de DEC, la valeur du bit est déterminée par le sens de la transition magnétique plutôt que par la seule amplitude du signal.

La piste de synchronisation indique au lecteur le moment où il doit examiner les pistes de données. Cette méthode présente deux avantages :

• les variations modérées de vitesse de la bande perturbent moins la lecture, puisque le rythme est enregistré sur la bande elle-même ;
• une diminution d’amplitude ne transforme pas automatiquement un 0 en 1 ou inversement, tant que la polarité de la transition reste identifiable.

Le brevet déposé en novembre 1964 au nom de Thomas C. Stockebrand décrit plus particulièrement l’organisation des marques permettant de retrouver correctement les données dans les deux directions. Il est délivré aux États-Unis en 1968 sous le numéro 3 387 293.

Comment DECtape peut-elle fonctionner dans les deux directions ?

Les adresses et les marques de contrôle sont organisées pour pouvoir être reconnues lorsque la bande défile vers l’avant ou vers l’arrière. Le Type 550 peut ainsi rechercher un numéro de bloc dans les deux directions.

La lecture inverse impose néanmoins un traitement logique. Lorsqu’un mot de 18 bits passe sous la tête dans le sens opposé à celui de son écriture, l’ordre temporel de ses éléments est inversé. Le contrôleur rétablit les bits du mot afin que l’ordinateur reçoive sa valeur correcte. En revanche, à l’échelle du bloc, le dernier mot écrit devient naturellement le premier mot rencontré lors d’une lecture en sens inverse.

Cette capacité réduit les déplacements inutiles. Si le bloc recherché se trouve derrière la position actuelle, le système n’a pas besoin de parcourir la fin de la bande, de rembobiner, puis de repartir vers l’avant.

Le Type 555 : deux lecteurs indépendants dans une même unité

Le nom Dual Transport peut provoquer une ambiguïté. Une unité Type 555 contient en réalité deux mécanismes de lecture indépendants. Chacun reçoit une bande sur deux petites bobines et peut être sélectionné séparément.

Pour chaque lecteur, la documentation de 1964 indique :

• une bande Mylar large de 3/4 de pouce ;
• une longueur de 260 pieds, soit environ 79 mètres ;
• des bobines de 3,5 pouces de diamètre ;
• une vitesse voisine de 80 pouces par seconde ;
• une densité d’environ 375 bits par pouce et par piste dans la description générale ;
• un parcours complet de la bande en environ 40 secondes.

Le mouvement repose directement sur les deux moteurs de bobines. Le mécanisme ne possède ni cabestan, ni galet presseur, ni système complexe de bras de tension. Pour avancer, le moteur de la bobine réceptrice applique davantage de couple tandis que l’autre maintient la tension. Pour freiner ou changer de direction, les couples sont modifiés.

Cette simplicité mécanique réduit le nombre de pièces et facilite l’utilisation de petites bobines. Elle a aussi une conséquence : le Type 555 n’est pas un lecteur capable de s’arrêter et de repartir à chaque mot. DEC indique un temps moyen de démarrage ou d’arrêt de 0,15 à 0,2 seconde et environ 0,3 seconde pour une inversion de marche. Le système est donc surtout efficace lorsqu’il transfère des blocs complets.

Quelle était la capacité réelle ?

Les documents DEC ne donnent pas tous exactement le même chiffre. Les brochures et le manuel préliminaire du PDP-7 parlent d’environ 3 millions de bits par lecteur, tandis que la table technique du manuel Type 555 de décembre 1964 indique 2,6 millions de bits d’information.

Trois millions de bits correspondent mathématiquement à environ 375 Ko, ou 366 Kio, avant de tenir compte de la structure de la bande. Mais ce calcul ne doit pas être présenté comme une capacité utile universelle : les marques, les sommes de contrôle, la longueur des blocs et le format choisi pour chaque famille de machines réduisent ou modifient l’espace réellement disponible.

La formulation la plus prudente est donc : une capacité annoncée d’environ 3 millions de bits par bobine, avec une capacité formatée dépendant du contrôleur et de l’ordinateur.

Le Type 550 : le véritable interprète de la bande

Le Type 555 assure principalement le mouvement de la bande, la sélection du lecteur et la lecture ou l’écriture physique des pistes. L’interprétation du format appartient au contrôleur Type 550.

Sur un PDP-1, un PDP-4 ou un PDP-7, ce contrôleur :

• assemble les groupes de trois bits lus sur la bande en mots de 18 bits ;
• reconnaît les codes de la piste de marquage ;
• recherche les numéros de blocs ;
• signale au processeur qu’un mot est disponible ou qu’un nouveau mot doit être fourni ;
• indique la fin d’un bloc et les situations d’erreur ;
• commande le sens de déplacement, le démarrage et l’arrêt du lecteur.

Un seul Type 550 peut contrôler jusqu’à quatre Type 555. Comme chaque Type 555 contient deux lecteurs, une installation peut atteindre huit lecteurs de DECtape.

Cette distinction est essentielle pour comprendre le système : le Type 555 est le transport, le Type 550 est son contrôleur pour certaines machines 18 bits. DEC utilisera d’autres contrôleurs avec d’autres ordinateurs, par exemple le Type 551 avec le PDP-6 et le Type 552 avec le PDP-8.

DECtape sur le PDP-7

Le manuel préliminaire du PDP-7, daté de décembre 1964, classe DECtape parmi les dispositifs de stockage de masse. Il décrit le Type 555 comme un équipement destiné au chargement rapide, à la lecture et à la mise au point de programmes en ligne.

Avec le Type 550, le débit utile annoncé atteint environ 90 000 bits par seconde. Un mot de 18 bits est transmis toutes les 200 microsecondes, soit environ 5 000 mots par seconde. Un bloc standard de 256 mots demande un peu plus de 50 millisecondes pour être transféré une fois la bande correctement positionnée.

Ces chiffres montrent la double nature de DECtape :

• le transfert d’un bloc est relativement rapide pour un petit ordinateur du milieu des années 1960 ;
• la recherche du bloc peut être beaucoup plus longue, car la bande doit physiquement défiler jusqu’à lui.

DECtape face aux autres supports de l’époque

Pourquoi DECtape a autant compté

DECtape ne remplace pas les disques rapides ni les grandes bandes magnétiques destinées à l’archivage. Elle occupe un espace intermédiaire particulièrement utile pour les mini-ordinateurs :

• support personnel : une petite bobine peut contenir les programmes et les données d’un utilisateur ;
• chargement de logiciels : elle est plus rapide et plus facile à réutiliser qu’une longue bande perforée ;
• stockage en ligne : les programmes peuvent accéder à des blocs déterminés sans relire logiquement tout le contenu ;
• fiabilité : le codage de phase, les pistes redondantes et les contrôles de format limitent les erreurs de lecture ;
• portabilité physique : les bobines sont petites, amovibles et simples à ranger.

Des modèles ultérieurs, notamment les TU55 et TU56, prolongent l’usage de DECtape sur plusieurs générations de machines DEC. Le TU56 conserve le principe du transport bidirectionnel sans cabestan et utilise toujours des pistes redondantes non adjacentes.

Il ne faut toutefois pas confondre cette technologie avec DECtape II, nom donné beaucoup plus tard au système à cartouche TU58. Malgré la continuité commerciale du nom, le support et l’interface sont différents.

Repères chronologiques

• 1958 : Richard L. Best et Thomas C. Stockebrand publient une étude sur le système de bande à adresse fixe du TX-2.
• 1962 : développement du LINC et de son système LINCtape au MIT.
• Mai 1963 : DEC présente le Type 555 et le Type 550 sous le nom Micro-Tape.
• Novembre 1963 : présentation détaillée du système Microtape lors de la réunion DECUS.
• 9 novembre 1964 : dépôt du brevet de Thomas C. Stockebrand sur la récupération bidirectionnelle des données.
• Décembre 1964 : le manuel H-555 emploie le nom DECtape.
• 4 juin 1968 : délivrance du brevet américain 3 387 293.
• Années 1960 et 1970 : diffusion de DECtape et de ses transports TU55 et TU56 sur de nombreux ordinateurs DEC.

Sources

• Digital Equipment Corporation, 555/550 Micro-Tape Dual Transport & Tape Control, mai 1963.
• Leonard M. Hantman, Microtape: Its Features and Applications, DECUS, novembre 1963.
• Digital Equipment Corporation, DECtape Dual Transport Type 555, H-555, décembre 1964.
• Digital Equipment Corporation, PDP-7 Preliminary User’s Manual, décembre 1964.
• Thomas C. Stockebrand, Bidirectional Retrieval of Magnetically Recorded Data, brevet américain 3 387 293.
• Computer History Museum, A New Approach to Computers.
• Mary Allen Wilkes et Wesley A. Clark, Programming the LINC, 2e édition.
• R. L. Best et T. C. Stockebrand, A Computer-Integrated Rapid-Access Magnetic Tape System with Fixed Address, 1958.
• Digital Equipment Corporation, TU56 DECtape Transport Maintenance Manual, édition de janvier 1973.