008401 / 䠨 / ШинаSCSI

Шина SCSI

Системный интерфейс малых компьютеров SCSI (Small Computer System Interface, произносится «скази») предназначен для соединения устройств различных клас­сов: памяти прямого (жесткие диски) и последовательного доступа (стриммеры), CD-ROM, оптических дисков однократной и многократной записи, устройств автоматической смены носителей информации, принтеров, сканеров, коммуника­ционных устройств и процессоров. Устройством SCSI (SCSI Device) называется как хост-адаптер, связывающий шину SCSI с какой-либо внутренней шиной ком­пьютера, так и контроллер целевого устройства (target controller), с помощью кото­рого устройство подключается к шине SCSI. С точки зрения шины все устройства могут быть равноправными и являться как инициаторами обмена (инициализи­рующими устройствами, ИУ), так и целевыми устройствами (ЦУ), однако чаще всего в роли ИУ выступает хост-адаптер. Каждое ЦУ может содержать до 8 неза­висимо адресуемых логических устройств (ЛУ) со своими номерами LUN (Logical Unit Number), представляющих ПУ или их части.

Первая версия шины, позже названная SCSI-1, была стандартизована ANSI в 1986 году (ХЗ.131-1986). Это была 8-битная параллельная шина с максимальной час­тотой переключении' 5 МТ/с, допускающая подключение до 8 устройств. Ско­рость передачи данных достигала 5 Мбайт/с, режим передачи данных — асинхрон­ный. Впоследствии (1991 г.) появилась спецификация SCSI-2 (ХЗ.131-1994), расширяющая возможности шины. Частота переключении шины Fast SCSI-2 дости­гает 10 МТ/с, a Ultra SCSI-2 — 20 МТ/с. Разрядность данных может быть увеличена до 16 бит — эта версия называется Wide SCSI-2 (широкая), а 8-битную версию ста­ли называть Narrow (узкая), 16-битная шина допускает включение 16 устройств. Стандарт SCSI-2 определяет и 32-6iiTHyro версию интерфейса, которая не полу­чила практического применения. Появился синхронный режим передачи данных, введена дифференциальная версия интерфейса. Спецификация SCSI-2 определяет систему команд, которая включает набор базовых команд CCS (Common Command Set), обязательных для всех ПУ, и специфических команд для периферии различ­ных классов. Стандарт полностью описывает протокол взаимодействия устройств, включая структуры передаваемой информации. Поддержка устройствами испол­нения цепочек команд (до 256 команд) и независимость работы устройств друг от друга обусловливают высокую эффективность применения SCSI в многозадачных системах. Возможность присутствия на шине более одного контроллера (инициа­тора обмена) позволяет обеспечить разделение (совместное использование) пери-

МТ/с — миллионов передач в секунду (MT/s, Mega Transfer/sec). Называть это тактовой частотой не­корректно, поскольку тактового сигнала в шине нет.

ферии несколькими компьютерами, подключенными к одной шине. Эти свойства обеспечивают SCSI неоспоримые преимущества перед АТА в качестве интерфей­са для мощных систем хранения данных.

Спецификация SCSI-3 — дальнейшее развитие стандарта, направленное на увеличе­ние количества подключаемых устройств, расширение системы команд и поддерж­ку технологии РпР. В качестве альтернативы параллельному интерфейсу SPI (SCSI-3 Parallel Interface) появляется возможность применения последовательно­го, в том числе волоконно-оптического интерфейса со скоростью 100 Мбайт/с. Спецификация SCSI-3 существует в виде широкого спектра документов, определя­ющих отдельные аспекты интерфейса на уровне физических соединений, транспорт­ных протоколов и наборов команд. Транспортныйуровень может использовать раз­личные протоколы с соответствующей поддержкой физических соединений:

• SPI (SCSI Parallel Interface) — параллельный интерфейс (разъемы, сигналы);

• SIP (SCSI-3 Interlocked Protocol) — протокол обмена традиционного интер­фейса, физически реализуемый интерфейсом SPI;

• FCP (Fibre Channel Protocol) — протокол оптоволоконного канала с соответству­ющим физическим уровнем FC-PH со скоростью передачи данных 100 Мбайт/с;

• SBP (Serial Bus Protocol) — протокол последовательной шины, реализуемый интерфейсом 1394 (FireWire);

• GPP (Generic Packetized Protocol) — обобщенный пакетный протокол, реали­зуемый любым пакетным интерфейсом;

• SSP (Serial Storage Protocol) — последовательный протокол памяти, реализован­ный на архитектуре последовательной памяти SSA (Serial Storage Architecture).

Ниже описана история развития параллельных интерфейсов в спецификации SCSI-3.

• В стандарте SPI (1995 г.) определен Р-кабель и коннекторы для широкой шины на одном кабеле с 68-контактными разъемами, называемый «кабелем SCSI-3». SPI определяет скорость Fast SCSI (Fast Wide SCSI со скоростью 20 Мбайт/с). Позже появилось дополнительная спецификация Fast-20, более известная как Ultra SCSI (Ultra Wide SCSI со скоростью 40 Мбайт/с).

• В стандарте SPI-2 (1999 г.) снова удвоена частота переключении благодаря использованию интерфейса LVD. Интерфейс Fast-40 SCSI более известен как Ultra2 SCSI (Wide Ultra2 SCSI со скоростью передачи 80 Мбайт/с). Введен разъем SCA-2 (Single Connector Attachment) с возможностью «горячей замены» (hot swap) и 68-контактный разъем с «очень большой» плотностью контактов VHDCI (Very High Density Connector). В стандарт SPI-2 включен и А-кабель SCSI-2, и Р-кабель SPI. Это законченный документ, не ссылающийся на предыду­щий и описывающий все параллельные интерфейсы SCSI, вплоть до Fast-40.

• В стандарте SPI-3 (2000 г.) удвоена частота передачи, но уже за счет двойной синхронизации — интерфейс Fast-80 DT (DT — Double Transition), известный как Ultra3 SCSI или Ultral60. Для данного режима рассматривается только широкий (16 бит) вариант. Традиционный (высоковольтный) дифференциаль­ный вариант, а также 32-битная шина с Q-кабелем упразднены. Рассматривается только LVD-интерфейс, синхронизация по фронтам и спадам сигналов REQ#/

АСК#, вводится CRC-контроль передач, пакетированные команды и сообщения (Packetized Commands and Messaging) и быстрый арбитраж (Quick Arbitration). Это тоже законченный документ, описывающий все параллельные интерфейсы SCSI вплоть до Fast-SODT и отменяющий HVD, SCAM (SCSI Configured Auto-Matically — автоматическое конфигурирование устройств) и 32-битную шину.

• В стандарте SPI-4 (2001 г.) снова удваивается частота переключении и полу­чается интерфейс Fast-160DT, уже известный как Ultra320 SCSI (только ши­рокая шина, 320 Мбайт/с).

5.1. Параллельные интерфейсы SCSI

Параллельный интерфейс SCSI существует в нескольких версиях, различающих­ся разрядностью шины, способами передачи сигналов и синхронизации. Физи­чески «узкий» интерфейс SCSI представляет собой шину, состоящую из 18 сиг­нальных и нескольких питающих цепей. В «широком» варианте число сигнальных цепей увеличено. Для защиты от помех каждая сигнальная цепь имеет собствен­ный обратный провод. На применяемых двухрядных разъемах контакты сигналь­ных и обратных цепей располагаются друг против друга. Это позволяет приме­нять в качестве кабелей как витые пары проводов, так и плоские ленточные кабели, где сигнальные и обратные провода чередуются.

По типу сигналов различают линейные (single ended) и дифференциальные (dif­ferential) версии SCSI. Их кабели и разъемы идентичны, но электрической совме­стимости устройств нет.

В широко используемой линейной версии SE (Single Ended) каждый сигнал пере­дается потенциалом с ТТЛ-уровнями относительно общего провода. Здесь общий (обратный) провод для каждого сигнала тоже должен быть отдельным, что сни­жает перекрестные помехи. В SCSI-1 применяются передатчики с открытым кол­лектором, приемники на биполярных транзисторах. Высокий уровень при пассив­ном состоянии передатчиков обеспечивают пассивные терминаторы (см. п. 5.1.2). В SCSI-2 стали применять и передатчики с активным снятием сигнала (active negation). Схема с открытым коллектором для снятия сигнала просто «отпуска­ет» линию, и ее потенциал возвращается в исходное состояние только под действи­ем терминаторов. При активном снятии выходная схема передатчика кратковре­менно форсирует переход линии к потенциалу пассивного состояния, после чего «отпускает» линию; при этом создается иллюзия возможности работы без терми­наторов. В SCSI-3 стандарт SPI предписывает использование интерфейсных схем КМОП (CMOS).

Дифференциальная версия Diff, или HVD, для каждой цепи задействует пару про­водников, по которым передается парафазный сигнал. Здесь используются спе­циальные дифференциальные приемопередатчики, применяемые и в интерфей­се RS-485, что позволяет значительно увеличить длину кабеля, сохраняя скорость обмена. Дифференциальный интерфейс применяется в дисковых системах серве­ров, но в обычных PC не распространен. Интерфейс HVD (но еще с названием Diff) появился в SCSI-2, а в стандарте SPI-3 (SCSI-3 1999 года) он уже упразднен, поскольку скорость Ultra2 и выше он не выдерживает.

Низковольтный дифференциальный интерфейс LVD позволяет работать на часто­тах 40, 80 и 160 МТ/с в устройствах Ultra2, Ultral60 и Ultra320 SCSI при длине шины 25 м (8 устройств) или 12 м (16 устройств). Устройства LVD совместимы с устройствами SE благодаря возможности их автоматического переконфигури­рования (Multimode LVD). Устройства LVD распознают напряжение на линии DIFFSENS и по низкому уровню напряжения на ней способны переключаться из режима LVD (дифференциальный) в SE (линейный). Контакт разъема, на кото­рый выводится эта цепь, в устройствах SE заземлен, что и обеспечивает автомати­ческое «понижение» режима всех устройств шины до SE, если имеется хотя бы одно устройство SE.

Скорость передачи данных определяется частотой переключении сигналов, изме­ряемой в МТ/с, разрядностью, а в последних версиях и способом синхронизации (одиночная или двойная). Изначально разрядность шины SCSI составляла 8 бит (Narrow), а частота — до 5 МТ/с. Широкий (wide) вариант шины имеет разряд­ность 16 бит. Комбинации этих параметров обеспечивают широкий диапазон про­пускной способности (табл. 5.1), достигающей уже 320 Мбайт/с. В обозначениях пропускной способности интерфейсов встречаются разночтения, здесь приводят­ся названия, используемые фирмой Western Digital в 2000 году. Fast SCSI означа­ет частоту передач 10 МТ/с, временные диаграммы для такого режима определе­ны в SCSI-2. Краткое название Fast-20 соответствует полному «Fast Wide SCSI» (16 бит, 10 MT/s). Режим Ultra SCSI указывает на частоту передач 20 МТ/с, он определен для параллельного интерфейса в SCSI-3. Краткое название Fast-40 соот­ветствует полному «Wide Ultra SCSI» (16 бит, 20 MT/s). Режим Ultra2 SCSI ука-зывает на частоту передач 40 МТ/с, краткое название Fast-80 соответствует пол­ному «Wide Ultra2 SCSI» (16 бит, 40 MT/s). Этот режим, определенный в SCSI-3, в настоящее время является самым распространенным для новых устройств с па­раллельной шиной. Он реализован только в низковольтной дифференциальной версии интерфейса — LVD. В SCSL-3 понятие Ultra3 SCSI довольно широкое. Ultral60 SCSI означает скорость 160 Мбайт/с и существует только в «широком» (16 бит) варианте. Здесь применяется синхронизация по обоим фронтам сигнала, а также контроль достоверности передач по CRC-кодам, что позволяет «выжать» из кабеля максимальную скорость передачи (как и в Ultra DMA интерфейса АТА). В 2001 году появился интерфейс Ultra320 SCSI со скоростью 320 Мбайт/с.

Наиболее популярный интерфейс Ultra2 SCSI обеспечивает хорошее сочетание пропускной способности шины при ее большей длине, цены устройств и совмес­тимости с традиционными устройствами SCSI.