Шина scsi

Спецификация SCSI (Small Computer System Interface) определяет физическую шину ввода-вывода и поддерживаемый ею логический интерфейс для подключения периферийных устройств. Основная идея разработки — обеспечение возможности подключения разных устройств к единой скоростной шине без необходимости модернизации аппаратной и программной части хост-системы. К шине SCSI могут подключаться накопители различного типа, принтеры, сканеры, фото- и видеокамеры. Шина SCSI практически не встречается в настольных компьютерах, но рабочие станции и серверы практически всегда имеют ее в составе платформы.

Возникновение SCSI относится к 1970-м годам, когда компанией Shugart Associates был предложен интерфейс восьмиразрядной параллельной шины и высокоуровневого протокола, обеспечивающего логический доступ к устройству, не зависящий от его внутренней конфигурации.

Главное достоинство такого высокоуровневого подхода к доступу — обеспечение взаимозаменяемости оборудования разных производителей.

Используя однополярную передачу сигнала, имея 8-разрядную шину, работающую в асинхронном режиме, интерфейс стал значительным шагом вперед, обеспечивая полосу пропускания 1,5 Мбайт/с.

В 1982 г. комитет Американского национального института стандартов (ANSI) одобрил предварительную спецификацию SCSI, в значительной мере основанную на разработках Shugart Associates. Отличительными чертами интерфейса SCSI стали:

• использование дифференциальной передачи электрического сигнала, обеспечившей высокий уровень помехоустойчивости при длине шины до 25 метров;

• использование режима синхронной передачи данных на скоростях до 5 Мбайт/с;

• определение расширенного набора команд для поддержки дисков большой емкости и возможности самостоятельного конфигурирования устройств;

• определение команд для поддержки других устройств (принтеров, накопителей на магнитных лентах и оптических дисках).

В 1986 г. спецификация SCSI-1 была утверждена ANSI окончательно. Первая версия стандарта определяла логический интерфейс, функционирующий на 8-разрядной разделяемой шине, работающей на частот5 МГц и позволяющей подключать до восьми устройств. Устройства объединялись в цепочку с помощью кабеля, образуя шину, которая терминировалась с обоих концов. Два любых устройства, подключенных к шине, могут установить соединение друг с другом и произвести обмен данными. Устройство, инициирующее соединение, называется инициатором (Initiator), а его абонент называется целевым устройством или адресатом (Target). Спецификацией SCSI предусматривается, что любое устройство, подсоединенное к шине, может быть как инициатором, так и целевым устройством. Соединение в один момент времени возможно только между двумя устройствами на шине.

Все S C S I - устройства подразделяются на несколько групп, для каждой из которых определен свой базовый набор команд:

1. Direct Access Device — устройство прямого доступа (жесткие диски).

2. Sequential Access Device — устройство последовательного доступа (ленточные накопители).3. Printer device — принтер (устройство печати).

4. Processor device — устройство обработки данных.

5. Write Once Read Many Device — некоторые виды оптических накопителей с однократной записью.

6. CD-ROM Device — оптический накопитель с возможностью чтения данных.

7. Scanner device — сканеры.

8. Other — прочие устройства.

Поскольку для каждого типа периферийных устройств определен базовый набор команд, то установка драйверов требуется только в тех случаях, если набор команд устройства шире, чем базовый. В остальных случаях устройства способны работать со стандартными драйверами, входящими в состав операционной системы.

Физически шина SCSI-1 представляет собой набор из 25 пар проводников, часть которых используется для передачи данных и управляющих сигналов, а другая часть — для служебных целей или же зарезервирована для будущих расширений. Всего на шине SCSI-118 сигнальных линий: 9 используются для передачи управляющих сигналов и 9 — для передачи данных. Шина SCSI является инверсной, то есть высокому уровню сигнала соответствует состояние ≪ложь≫, а низкому— «истина». Для внутренних соединений проводники образуют шлейф из 50 проводников.

Для адресации каждое устройство, подключенное к шине, должно иметь свой идентификатор — SCSI ID, представляющий собой позиционный код, выдаваемый на шину данных: каждой линии шины данных соответствует определенный идентификатор (и, соответственно, определенное устройство). Поскольку шина SCSI-1 имеет ширину 8 бит, максимально может быть адресовано (идентифицировано) 8 устройств. Каждоеустройство SCSI-шины может быть структурировано на логические единицы (Logical Units, LUN), число которых в устройстве, адресуемом одним SCSI ID, может достигать 8 (от LUN0 до LUN7). Это имеет смысл, когда конечное устройство состоит из какого-то числа компонентов (возможно, выполняющих разные функции) и есть необходимость обращаться к каждому отдельно. В этом случае адресация компонента осуществляется парой тегов (SCSI ID, LUN). Чтобы использовать на шине как можно большее число устройств, применяют мосты — контроллеры, подключаемые к основной шине SCSI и образующие новую ветку, позволяющую подсоединить несколько устройств, имеющих один SCSI ID и разные LUN.

Устройства на SCSI-шине неравноправны: каждое имеет свой приоритет в соответствии с номером ID. Максимальный приоритет имеет устройство с максимальным ID. Хост-адаптер шины всегда имеет ID7, для того чтобы он мог занять шину в любой нужный ему момент. Обычно ID распределяют следующим образом:

Первоначально назначение SCSI I D-устройству осуществлялось при помощи перемычек, число которых было достаточно велико. Сейчас применяют удобные микропереключатели. Как уже упоминалось, стандартом SCSI предусматривались два режима передачи сигнала по линиям связи: дифференциальный и однополярный. Преимуществами однополярного интерфейса являются упрощенная конструкция самого устройства и разъемов, уменьшение числа проводов в соединительном кабеле. Однако в однополярном режиме максимально допустимая длина шины составляет 6 метров. Дифференциальный SCSI более сложен в реализации, но его использование позволяет увеличить длину шины до 25 метров. Дифференциальный и однополярный SCSI не являются совместимыми, и одновременное подключение к шине устройств, использующих ее в разных режимах, невозможно без специальных переходников и преобразователей.

Для предотвращения распространения отраженного сигнала шина SCSI должна быть терминирована с обоих концов. В SCSI-1 оговаривается два варианта терминаторов: активные и пассивные. Пассивные используются в основном для шины, работающей в однополярном режиме, для дифференциальной шины рекомендуется использование активных терминаторов. Часто устройства уже имеют в своем составе терминатор, избавляя от необходимости приобретать его отдельно, и допускают управление им — включено/выключено.

SCSI - 2

В 1988 г. началась работа над спецификацией SCSI-2. Основными направлениями для совершенствования стали увеличение производительности, расширение числа адресуемых устройств, улучшение совместимости.

В новой спецификации значительно был расширен список поддерживаемых устройств (сканеры, коммуникационные компоненты, магнитооптические накопители), расширены существующие наборы команд.

Увеличение максимального числа устройств на шине при сохранении прежнего механизма адресации обеспечено за счет ее расширения до 16 или 32 бит. Для сохранения совместимости была оставлена поддержка 8-разрядной шины. Кроме увеличения числа адресуемых устройств, такой подход позволяет также поднять производительность. Для обозначения разновидностей шины были введены два термина: узкая (Narrow) и широкая (Wide). Термин «узкая» относится к первоначальной 8-разрядной шине, а термин «широкая» — к 16-разрядной. Также была увеличена до 10 МГц частота шины при работе в синхронном режиме. Шина, работающая на такой частоте, получила название Fast (отсюда и второе название стандарта — FastSCSI). Таким образом, стандарт SCSI-2 обладает следующими возможностями:

• узкая шина, работающая на частоте 10 МГц (FastSCSI или SCSI-2), обеспечивает передачу данных на скорости 10 Мбайт/с и поддерживает до 8 устройств;

• широкая шина на частоте 10 МГц (WideFastSCSI или WideSCSI-2) передает данные на скорости 20 Мбайт/с и поддерживает до 16 устройств.

Важным дополнением SCSI-2 служит механизм организации маркированных очередей. Маркированные очереди для канала инициатор — целевое устройство — логическое устройство позволяют создавать очередь размером до 256 процессов, каждый из которых маркируется тегом.

Очередность выполнения процесса определяется передаваемыми с ним сообщениям в момент постановки в очередь.

SCSI - 3

Разработка стандарта SCSI-3 началась в 1993 г. Авторы отказались от определения привычной параллельной шины и ряда последовательных технологий на нижнем уровне интерфейса. Это было сделано специально, чтобы обеспечить универсальность шины за счет снятия ограничений на скорость и протяженность соединений. Внутри спецификации определены специальные разделы, описывающие отдельные шины. Технология параллельной медной шины SCSI названа SCSI-3 Parallel Interface и определяется серией стандартов SPI—x. Стандарт SPI—1 описывает шину с тактовой частотой до 20 МГц, благодаря чему он получил название UltraSCSI.

Пропускная способность достигает 20 Мбайт/с для «узкой» и 40 Мбайт/с для «широкой» версий шины. Хотя теоретически число поддерживаемых устройств осталось прежним (8 для узкой и 16 для широкой версий), при использовании кабельного соединения более четырех устройств объединять нельзя. Терминаторы в UltraSCSI можно использовать только активные. Такова плата за высокую производительность.

Стандарт SPI-2 описывает шину с тактовой частотой 40 МГц, что обеспечивает пропускную способность 40 Мбайт/с или 80 Мбайт/с, в зависимости от ширины шины. Стандарт получил название Ultra2SCSI. На шинеприменена технология низковольтных уровней дифференциального сигнала (Low Voltage Differential, LVD). По аналогии прежняя технология получила название High Voltage Differential (HVD). Устройства HVD и LVD не могут использоваться одновременно. Максимальная длина соединения составляет 12 метров для шины LVD и 25 метров для шины HVD.

Стандарт SPI—3 (иногда называется Ultra3SSCSI) принят в 1998 г.

В спецификации произошел полный отказ от высоковольтных сигналов и ликвидирована 32-разрядная шина. Из нововведений к наиболее существенным относятся двойная синхронизация, использование контрольно-циклических кодов (CRC) и контроль окружения. Повышение пропускной способности шины до 160 Мбайт/с достигнуто за счет синхронизации по обоим фронтам тактового сигнала. Применение механизма CRC позволяет обнаруживать все одиночные разрядные ошибки, все двойные разрядные ошибки, нечетное число ошибок и все ошибки пакета длиной до 32 бит, благодаря чему существенно возрастает надежность передачи. Контроль окружения выполняется в автоматическом режиме и представляет собой процедуру, проверяющую канал передачи данных на соответствие выбранному режиму. Если обнаружится опасность потери данных, будет автоматически осуществлен переход в менее скоростной режим.

Стандарт SPI-4 (Ultra 320 SCSI) описывает 16-битную шину с тактовой частотой 80 МГц и двойной синхронизацией, что обеспечивает пропускную способность 320 Мбайт/с. Спецификация содержит несколько технологических новшеств, повышающих надежность обмена данными.

Стандарт SPI-5 (Ultra 640 SCSI) описывает параллельный интерфейс со скоростью передачи 640 Мбайт/с. Окончательная спецификация шины так и не была утверждена, хотя некоторые компании выпускали устройства Ultra 640 SCSI. Промышленная ассоциация SCSI отвергла планы по его разработке и сфокусировалась на Serial Attached SCSI.