Интержейс IDE - Скотт Мюллер

ны при внутренней установке большинства жестких дисков, поскольку для экономии места на плате управления встроенные модули нагрузки на них не устанавливаются.

Проходные модули (рис. 8.15) необходимы в том случае, если устройство подключено к концу шины и имеется только один разъем для подключения устройства SCSI.

На диске SCSI могут быть установлены дополнительные перемычки для выбора следующих рабочих режимов:

запускпо команде (запускс задержкой); контроль четности;

подача постоянного напряжения на модуль нагрузки; режим синхронизации.

Запуск по команде (запуск с задержкой)

Если в системе установлено несколько жестких дисков, то желательно настроить их таким образом, чтобы при включении компьютера они запускались поочередно. Дело в том, что в

Рис. 8.14. МодульнагрузкидлявнешнегоустройстваSCSI

Рис. 8.15. Проходной модуль нагрузки для внутреннего устройства SCSI

Конфиãóрация дисêов SCSI

529

течение нескольких секунд после включения, пока диски раскручиваются до своей номинальной частоты вращения, жесткий диск потребляет в 3–4 раза большую мощность, чем при обычной работе. Одновременный запуск всех жестких дисков может привести к перегрузке блока питания и срабатыванию защиты, в результате чего компьютер будет зависать либо при каждом включении, либо эпизодически.

Чтобы подобных проблем не возникало, почти во всех дисках SCSI предусмотрена возможность задержки запуска двигателя. Когда основной адаптер инициализирует шину SCSI, на нее, в частности, последовательно по всем адресам ID выдается команда запуска устройства (Start Unit). Установив соответствующую перемычку в жестком диске, можно задержать начало раскручивания дисков до получения команды Start Unit от основного адаптера. Поскольку указанная команда по всем адресам ID передается последовательно, начиная с устройства с высшим приоритетом (ID 7) и заканчивая устройством с низшим приоритетом (ID 0), таким же будет и порядок запуска жестких дисков. В некоторых основных адаптерах выдача команды Start Unit не предусмотрена; в этом случае жесткие диски не будут ее дожидаться, а через несколько секундзапустятся самостоятельно.

Если к шине SCSI подключены внешние жесткие диски со своими отдельными блоками питания, то задерживать их запуск не нужно. Задержанный запуск предназначен в основном для внутренних жестких дисков, подключенных к блоку питания компьютера. Советую воспользоваться этой возможностью даже в том случае, если в компьютере установлен только один внутренний жесткий диск SCSI. Этим вы существенно уменьшите пиковую нагрузку на блок питания, поскольку жесткий диск будет включаться в работу последним, уже после того как на все остальные компоненты компьютера будет подано напряжение. Это особенно важно для портативных компьютеров и систем с ограниченными возможностями блока питания.

Контроль четности

Это простейший способ проверить достоверность переданной информации. Такой контроль предусмотрен почти во всех основных адаптерах SCSI, поэтому все подключенные к ним устройства должны быть переведены в соответствующий режим. Единственная причина сохранения возможности отключения контроля четности состоит в том, что некоторые старые адаптеры при включенном контроле не работают.

Подача постоянного напряжения на модуль оконечной нагрузки

На модули оконечной нагрузки нужно подавать постоянное напряжение как минимум от одного устройства, подключенного к шине SCSI. В большинстве случаев оно подается с основного адаптера, но иногда в них (например, в основных адаптерах параллельного порта SCSI) такая возможность не предусматривается. Ничего страшного не произойдет, если постоянные напряжения для питания модулей нагрузки будут подаваться на шину сразу с нескольких устройств; короткого замыкания не случится, поскольку все напряжения поступают через защищающие диоды. Рекомендую установить во всех устройствах соответствующую перемычку. Намного хуже, если на шину вообще не будет подаваться никакого напряжения (тогда модули нагрузки окажутся неработоспособными, в результате чего нарушится нагрузка шины и работа всего интерфейса).

530	Глава 8. Интерфейс SCSI

Режим синхронизации

Шина SCSI может работать в двух режимах: асинхронном (принимается по умолчанию) и синхронном. Режим синхронизации устанавливается после предварительного обмена специальными сообщениями между двумя устройствами. До начала обмена данными активное устройство (инициатор) и принимающее устройство (адресат) согласуют способ выполнения этого обмена. Такая процедура называется соглашением о синхронизации. Если оба устройства способны осуществлять быстрый синхронизированный обмен, то именно в этом режиме будутпередаваться данные.

К сожалению, некоторые старые устройства, вместо того чтобы должным образом реагировать на запрос о возможности синхронной передачи данных, просто отключаются при его получении. Поэтому во многих основных адаптерах и устройствах, в которых предусмотрен синхронный обмен данными (и соответствующий протокол нагрузки), устанавливается перемычка, с помощью которой передачу запросов можно отменить и сделать эти адаптеры совместимыми со старыми устройствами SCSI. Во всех современных устройствах соглашение о синхронизации предусмотрено по умолчанию и все запросы должны быть разрешены.

Самонастраивающиеся устройстваSCSI

Требования к самонастраивающимся (Plug and Play) устройствам SCSI были впервые сформулированы в апреле 1994 года. Принятые подходы позволяют разрабатывать и выпускать периферийные устройства, которые при использовании соответствующей операционной системы настраиваются автоматически. При этом, естественно, значительно упрощается подключение и настройка внешних жестких дисков, накопителей на магнитной ленте и CD-ROM.

Для подключения периферийного устройства необходим самонастраивающийся адаптер, например для шины ISA или PCI. Дополнительные самонастраивающиеся платы позволяют операционной системе, реализующей принцип Plug and Play, автоматически настраивать про- граммы-драйверы и системные ресурсы для работы с основным адаптером SCSI.

Основные достоинства стандарта Plug and Play SCSI версии 1.0 заключаются в следующем: соединение одиночным кабелем;

автоматическая нагрузкашины SCSI;

технология SCAM (SCSI Configured AutoMagically), автоматическое присвоение идентификатора SCSI ID;

полная обратная совместимость со старыми устройствами SCSI.

Замечание

“AutoMagically” — не орфоãрафичесêая ошибêа. Это слово действительно использóется в официальном названии специфиêации óстройстваX3T9.2/93-109r5.

Введение этого стандарта существенно облегчает рядовым пользователям работу с интерфейсом и устройствами SCSI.

Для работы любого периферийного устройства (кроме жестких дисков), которое подключается к шине SCSI, нужна специальная программа-драйвер. Исключение составляют только жесткие диски — необходимый для них драйвер обычно является составной частью BIOS основного адаптера SCSI. Что же касается внешних драйверов, то они определяются не только конкретным устройством, но и конкретным основным адаптером.

Конфиãóрация дисêов SCSI

531

Некоторое время назад для организации взаимодействия основного адаптера с компьютером были разработаны стандартные драйверы двух типов, сразу завоевавшие широкую популярность. Избавившись от необходимости каждый раз разрабатывать драйвер основного адаптера, изготовители периферийных устройств смогли сосредоточить усилия на создании для них специализированных драйверов, рассчитанных на взаимодействие с упомянутым универсальным драйвером основного адаптера. При таком подходе тип используемого в системе основного адаптера уже не играет определяющей роли. Стандартный первичный (универсальный) драйвер обеспечивает его взаимодействие с операционной системой.

В настоящее время самое широкое распространение получил универсальный драйвер

ASPI (Advanced SCSI Programming Interface), и многие производители периферийных уст-

ройств разрабатывают свои драйверы для взаимодействия именно с ASPI. Этот драйвер был создан компанией Adaptec, но многие компании приобрели лицензии на его использование. В DOS драйвер ASPI непосредственно не поддерживается, но допускается его загрузка. В системах Windows 9х, Windows NT, OS/2 версии 2.1 и более поздних предусмотрена автоматическая поддержка ASPI для нескольких основных адаптеров SCSI.

Компании Future Domain и NCR разработали еще один интерфейсный драйвер — CAM (Common Access Method — метод общего доступа). Это утвержденный ANSI протокол, который позволяет одному драйверу управлять несколькими основными адаптерами. Наряду с ASPI в операционной системе OS/2 версий 2.1 и последующих предусмотрена поддержка CAM. Компания Future Domain в качестве вспомогательной прилагает к своим основным адаптерам программу-конвертер CAM-ASPI.

Советы по конфигурации устройств SCSI

При установке цепочки устройств SCSI могут возникнуть проблемы. Для их разрешения проверьте следующее:

версию BIOS системной платы;

правильность подключения интерфейсного кабеля и кабеля питания — извлеките и снова вставьте все разъемы;

наличие у каждого устройства, в том числе основного адаптера, уникального идентификатора;

качество соединения оконечных модулей нагрузкина каждой стороне шины;

доступные прерывания для адаптера SCSI, помещенного в разъем PCI системной платы (это можно выполнить с помощью диспетчера устройств операционной системы);

поддержку режима bus mastering на том разъеме PCI системной платы, где установлен адаптер SCSI;

последовательность просмотра загрузочных устройств в BIOS.

При подключении к одной шине SCSI нескольких устройств система усложняется. Приведенные ниже советы помогут вам быстро и грамотно ее настроить.

На каждом этапе подключайте только одно новое устройство. Вместо того чтобы подключить сразувсе устройства, а потом пытаться настроить их одновременно, начните с установки основного адаптера и одного жесткого диска. После этого подключайте остальные устройства по одному, каждый раз проверяя правильность работы системы.

Ведите соответствующую документацию. Подключая новое устройство SCSI, запи-

сывайте его адрес SCSI ID, а также состояния всех переключателей и перемычек

532	Глава 8. Интерфейс SCSI

(например, режима контроля четности). Запишите адреса BIOS, номера прерывания и канала DMA, адреса ввода-вывода, используемые основным адаптером, а также состояния перемычек и прочие особенности конфигурации (например, способ нагрузки шины), которые могут пригодиться в дальнейшем.

Правильно нагружайте шину. К каждому ее концу должен быть подключен модуль нагрузки. Лучше всего использовать активные модули или модули с принудительным ограничением сигнала (FPT). При подключении к шине любого устройства типа Fast SCSI-2 должны использоваться только активные модули нагрузки, а не более дешевые пассивные. Их настоятельно рекомендуется использовать даже при подключении к шине стандартных (“медленных”) устройств SCSI. Если к шине подключены только внутренние или только внешние устройства, то модули нагрузки должны быть установлены в основном адаптере и последнем устройстве в цепочке. Если же в цепочку входят и внутренние и внешние устройства, то модули нагрузки должны быть установлены в двух крайних устройствах (одном внешнем и одном внутреннем), а из основного адаптера, который находится в середине шины, модуль необходимо изъять.

Используйте высококачественные экранированные кабели. Убедитесь в соответствии кабельных разъемов. Учитывайте ограничения, накладываемые на длину шины. Для организации одной шины SCSI лучше использовать кабели одного типа. У кабелей различных типов разное волновое сопротивление, что неизбежно приводит к появлению лишних отраженных сигналов. Это обстоятельство имеет особое значение при работе с длинными кабелями и при высоких скоростях передачи данных.

Следуя этим простым советам, вы сможете избежать ненужных проблем и легко выполнить конфигурациюустройств SCSI.

Сравнение интерфейсовSCSI и IDE

При сравнении производительности и возможностей жестких дисков IDE и SCSI необходимо учитывать несколько факторов. В настоящее время жесткие диски этих двух типов чаще всего устанавливаются в PC-совместимых компьютерах, и во многих случаях один изготовитель выпускает практически одинаковые жесткие диски, но с разными интерфейсами. Выбор оптимального жесткого диска в каждом конкретном случае зависит от многих обстоятельств

изачастую оказывается весьма сложным.

Вбольшинстве случаев диски IDE при выполнении конкретной задачи или по результатам проверки с помощью программ аттестации оказываются эквивалентными устройствам SCSI. При этом они дешевле устройств SCSI. Однако в некоторых ситуациях диски SCSI имеют преимущество и в производительности и в цене. Это неудивительно, ведь SCSI в действительности является усовершенствованием IDE, причем оба этих интерфейса “происходят” от

ST-506/412 и ESDI.

Эволюция дисковSCSI

Напомним, что SCSI — это не дисковый интерфейс, а шина, к которой могут подключаться интерфейсные адаптеры, соединенные, в свою очередь, с контроллерами жестких дисков или других устройств. Первые устройства SCSI для PC были просто обычными жесткими дисками ST-506/412 или ESDI с отдельным дополнительным интерфейсным адаптером шины SCSI (его еще иногда называют переходным контроллером), который, с одной стороны, со-

Сравнение интерфейсов SCSI и IDE

533

гласовывал интерфейс ST-506/412 или ESDI, а с другой — SCSI. Первые такие интерфейсные адаптеры представляли собой самостоятельные печатные платы, а полностью устройство монтировалось в отдельном корпусе.

Следующий шаг заключался в том, чтобы перенести “конвертер” шины SCSI на плату управлениясамого жесткого диска, т.е. сделать интерфейс SCSI встроенным.

На этом этапе ясно, что внутренние операции в жестком диске вовсе не обязательно должны осуществляться в соответствии с требованиями стандарта ST-506/412 или ESDI, поскольку единственное устройство, с которым приходится “общаться” контроллеру диска, оказалось встроенным в жесткий диск. Учитывая это, изготовители интегральных микросхем для интерфейсов и контроллеров начали разрабатывать на базе уже имевшихся комплектов для ST506/412 и ESDI специализированные микросхемы с более широкими возможностями и более высоким быстродействием. Внимательно присмотревшись к современному диску SCSI, можно заметить, что микросхема или набор микросхем контроллера диска в нем либо те же самые, либо усовершенствованные, которые устанавливались в контроллерах ST-506/412 или ESDI.

Рассмотрим несколько примеров. Жесткий диск ATA IDE должен полностью эмулировать интерфейс системного уровня дискового контроллера WD1003 компании Western Digital. Эти жесткие диски должны работать так, как будто в них встроен контроллер ST-506/412 или ESDI (что и есть на самом деле). Возможности встроенных контроллеров обычно шире возможностей первых WD1003 (как правило, это выражается в появлении дополнительных команд), но в любом случае они должны воспринимать всю системукоманд своего предшественника.

Если вы следите за новинками на компьютерном рынке, то наверняка заметили, что многие производители сейчас выпускают жесткие диски обеих версий — и ATA IDE и SCSI. Иными словами, если компания выпускает жесткий диск IDE емкостью 20 Гбайт, то почти наверняка вы найдете и модель SCSI с такими же емкостью и параметрами, в которой используется тот же блок HDA (причем она даже внешне будет похожа на модель IDE). При внимательном рассмотрении оказывается: единственное различие между этими жесткими дисками состоит в том, что на плате управления модели SCSI установлена дополнительная микросхема, которая называется контроллером интерфейса шины SCSI (SCSI Bus Interface

Controller — SBIC).

На рис. 8.16 и 8.17 показаны блок-схемы плат управления жестких дисков ATA IDE и SCSI. В них используется один и тот же блок HDA, и даже сами платы похожи одна на другую и различаются только наличием микросхемы SBIC в диске SCSI.

Обратите внимание на то, что схемы обоих жестких дисков почти совпадают. В модели SCSI взаимодействие между контроллером диска и шиной SCSI осуществляется через микросхему — контроллер интерфейса шины WD33C93. В сущности, две схемы различаются только наличием в последней указанного контроллера. В целом же схема жесткого диска SCSI представляет собой интегрированную версию первых устройств SCSI с отдельным переходным контроллером.

Чтобы закончить с этим примером, рассмотрим блок-схему контроллера WD1006V-MM1

интерфейса ST-506/412 (рис. 8.18).

Основой этой платы является тот же контроллер диска WD42C22, который используется в дисках IDE и SCSI.

Такой подход к разработке дисков ATA IDE и SCSI характерен не только для Western Digital, но и для других производителей. Причем чаще всего используются те же микросхемы, что и рассмотренные выше, хотя не исключено применение интегральных схем других компаний. Нетрудно догадаться, что большинство дисков SCSI являются обычными устройствами ATA IDE с дополнительным контроллером интерфейса шины SCSI.

А теперь посмотрим, к чему приводит такой подход в аспекте быстродействия системы. Если практически все диски SCSI представляют собой устройства ATA IDE с дополнительным интерфейсом SCSI, то какой вывод из этого можно сделать?

534	Глава 8. Интерфейс SCSI

Рис. 8.16. Блок-схема платы управления жесткого диска ATA IDE

Прежде всего, при длительных обменах данными ни одно устройство не способно обеспечить скорость передачи данных выше некоторого предела, определяемого темпом считывания информации с магнитного носителя. Другими словами, производительность жесткого диска ограничивается быстродействием блока HDA. Небольшие порции данных (пакеты) могут передаваться с очень высокой скоростью, поскольку во многих жестких дисках имеется встроенная кэш-память или буфер опережающего (упреждающего) считывания. Причем емкость кэш-памяти в современных дисках ATA IDE и SCSI может даже превышать 1 Мбайт! Однако, независимо от емкости и “интеллектуальности” кэш-памяти, при длительных обменах данными быстродействие все же ограничивается возможностями блока HDA.

Данные, поступающие из блоков HDA, должны пройти через контроллеры диска, схемы которых, как уже отмечалось, почти одинаковы в однотипных дисках ATA IDE и SCSI. В дисках

Сравнение интерфейсов SCSI и IDE

535

Рис. 8.17. Блок-схема платы управления жесткого диска SCSI

ATA IDE данные после этого выдаются прямо на системную шину, а в дисках SCSI они сначала должны последовательно пройти через интерфейсный контроллер шины SCSI, установленный в самом устройстве, а затем через шину и контроллер шины на плате основного адаптера SCSI вашего компьютера. Неизбежные задержки, возникающие при прохождении столь длинного “маршрута”, должны приводить к снижению быстродействия по сравнению с прямой передачей данных в системную шину, осуществляемой через интерфейс ATA IDE.

536	Глава 8. Интерфейс SCSI

Рис. 8.18. Блок-схема контроллера WD1006V-MM1 интерфейса ST-506/412 компании

Western Digital

Принято считать, что интерфейс SCSI намного превосходит IDE по быстродействию, но, к сожалению, чаще всего это не так. Ошибка заключается в том, что обычно производительность шин SCSI и ISA сравнивают “в чистом виде”. По 16-разрядной шине Ultra3 SCSI данные можно передавать со скоростью до 160 Мбайт/с, в то время как скорость обмена UltraATA/66 IDE достигает 66 Мбайт/с. Конечно, при таком сравнении интерфейс SCSI выглядит явно предпочтительнее, но реальным фактором, снижающим производительность системы, является не чистое быстродействие шины, а ограниченные возможности блока HDA и контроллера диска.

Ниже приведены данные о двух устройствах с одинаковой емкостью, но разными интерфейсами. Выводы о производительности сделайте сами.

Параметры	Накопитель IDE	Накопитель SCSI
Диск	IBM Deskstar 18GXP ATA	IBM Ultrastar 18ES SCSI
Интерфейс	Ultra-ATA/66	Ultra2/Wide SCSI
Количество дисков	5	5
Количество головок	10	10
Емкость, Гбайт	18,0	18,2

Сравнение интерфейсов SCSI и IDE

537

		Окончание таблицы
Параметры	Накопитель IDE	Накопитель SCSI
Плотность записи, Кбайт/дюйм	218,6	220
Скорость вращения, об/мин	7 200	7 200
Емкость буфера, Мбайт	2	2
Скорость передачи данных интерфейса, Мбайт/с	до 66,7	до 80
Максимальная скорость передачи данных носителя, Мбайт/с	27,9	30,5
Максимальная установленная скорость передачи данных, Мбайт/с	10,7–17,9	12,7–20,2
Средняя установленная скорость передачи данных, Мбайт/с	14,3	16,45

Обратите внимание, что для достижения приведенных параметров диска SCSI необходимо приобрести довольно дорогостоящий (около 300 долларов) адаптер SCSI. При использовании дешевых адаптеров приведенные параметры скорости передачи данных будут недостижимы.

Следует отметить, что современные многозадачные операционные системы допускают возможность одновременного выполнения нескольких операций передачи данных. Однако в интерфейсе IDE, в отличие от SCSI, такая возможность не поддерживается. Поэтому одновременное выполнение операций записи и чтения возможно только при наличии устройств SCSI. Поэтому именно интерфейс SCSI позволяет полностью использовать преимущества многозадачности. При этом, естественно, повышается пропускная способность дисковой подсистемы. Кроме того, в некоторых развитых операционных системах (например, Windows NT/2000) применяются так называемые наборы дисков — несколько дисководов, которые логически используются как один. При передаче данные равномерно распределяются между дисководами, что повышает пропускнуюспособность дисковой подсистемы.

Производительность

В настоящее время в большинстве PC-совместимых компьютеров устанавливаются диски ATA IDE, что объясняется их дешевизной и высокой производительностью. Сравнивая быстродействие жестких дисков с интерфейсами IDE и SCSI, в первую очередь необходимо учесть характеристики установленныхв них блоков HDA.

Для сравнения лучше всего выбрать диски IDE и SCSI одного и того же производителя с идентичными блоками HDA. Как уже отмечалось, очень часто одна и та же компания выпускает практически одинаковые жесткие диски с разными интерфейсами (IDE и SCSI). Например, в большинстве одинаковых моделей с разными интерфейсами установлен один и тот же блок HDA, и различаются они только конструкцией платы управления. На плате управления диска IDE встроен контроллер диска и “прямой” интерфейс шины AT. В диске SCSI установлены те же самые контроллер диска и интерфейс шины, но к ним еще добавлена микросхема SBIC контроллера шины SCSI, т.е. дополнительный адаптер SCSI, который связывает жесткий диск с шиной SCSI. По существу, все жесткие диски SCSI являются IDE-устройствами с дополнительно установленной микросхемой SBIC.

Поскольку при использовании устройства SCSI возникают дополнительные задержки, связанные с прохождением сигналов и команд по шине SCSI, становится ясно, что диск IDE с прямым выходом на системную шину работает быстрее.

538	Глава 8. Интерфейс SCSI