|
|
|
|
Шина SCSI. Основные характеристики.
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. Возможность
присутствия на шине более одного
контроллера (инициатора обмена) позволяет
обеспечить разделение (совместное
использование) периферии несколькими
компьютерами, подключенными к одной шине.
Эти свойства обеспечивают SCSI
неоспоримые преимущества перед АТА/АТАPI
в
качестве интерфейса для мощных систем
хранения данных.
Первая
версия шины, позже названная SCSI-1, была
стандартизована ANSI
в 1986 году. Это была 8-битная параллельная
шина с максимальной частотой переключения 5
МТ/с (миллионов передач в секунду - MegaTransfer/sec.
Называть это тактовой частотой некорректно,
поскольку тактового сигнала в шине нет.).
Скорость передачи данных достигала 5 Мбайт/с,
режим передачи данных — асинхронный. В
настоящее время интерфейс развивается в
рамках спецификации SCSI-3
в направлении увеличения
пропускной способности, количества
подключаемых устройств, расширения системы
команд и поддержки технологии РпР.
В качестве альтернативы параллельному
интерфейсу SPI (SCSI-3
Parallel
Interface)
появилась 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
Наибольшее распространение
получил параллельный интерфейс
SCSI,
который 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.
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. 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 синхронизаций (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.
1), достигающей уже 320 Мбайт/с. 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, определен для
параллельного интерфейса в SCSI-3.
Краткое название Fast-40
сод^ ветствует
полному «Wide
Ultra
SCSI»
(16 бит, 20 MT/s). Режим Ultra2 SCSI
указывает
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 SCSI-3
понятие Ultra3
SCSI
довольно широкое. Ultra160
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.
Таблица
1. Скорость передачи данных (Мбайт/с) по
параллельной шине SCSI
Разрядность
шины,
бит
|
Разновидность
|
Обычная
|
Fast
|
Fast-20
(Ultra)
|
Fast-40
(Ultra2)
|
Ultral60
(Ultra3)
|
Ultra320
|
8 (Narrow)
|
5
|
10
|
20
|
40
|
-
|
-
|
16 (Wide)
|
10
|
20
|
40
|
80
|
160
|
320
|
Система
команд SCSI
включает общие команды, применимые для
устройств всех классов, и специфические для
каждого класса. Любое SCSI-устройство должно
поддерживать обязательные команды общего
набора и своего класса, чем обеспечивается
высокий уровень совместимости. Поддержка
устройствами исполнения цепочек команд (до
256 команд) и независимость работы устройств
друг от друга обусловливают высокую
эффективность применения SCSI
в многозадачных системах.
Хост-адаптер
является важнейшим узлом интерфейса,
определяющим производительность системы SCSI.
В его задачу входит передача данных между
хостом (программой, исполняемой
центральным процессором) и другими
устройствами, подключенными к шине, по
протоколам физических интерфейсов. Однако
архитектуры и программные модели
адаптеров не стандартизованы (в отличие,
например, от адаптеров АТА). Существует
широкий спектр адаптеров, к простейшим
можно подключать только устройства,
некритичные к производительности. Такие
адаптеры могут входить, например, в
комплект поставки сканеров, а подключение к
ним диска может оказаться невозможным.
Высокопроизводительные адаптеры имеют собственный
специализированный процессор, большой
объем буферной памяти и используют
высокоэффективные режимы прямого
управления шиной для доступа к памяти
компьютера. Адаптеры SCSI
существуют для всех шин расширения (PCI,
PCMCIA,
CardBus),
шин USB
и FireWire
и для LPT-порта.
Ряд системных плат имеют встроенный SCSI-адаптер,
подключенный к одной из локальных шин. При
выборе интерфейса, к которому подключается
хост-адаптер, следует учитывать
производительность — интерфейс не должен
стать узким местом при обмене с
высокопроизводительными устройствами SCSI.
Наибольшую эффективность имеют хост-адаптеры
для шины PCI. Конечно, за мощный адаптер для
сервера приходится платить — его цена
может превышать цену рядового настольного
компьютера. Еще дороже хост-адаптеры с
встроенными контроллерами RAID-массивов,
которые содержат мощный RISC-процессор и
большой объем локальной памяти.
Конфигурирование хост-адаптеров с точки
зрения шины SCSI
не отличается от конфигурирования других
устройств. Утилита конфигурирования обычно
входит в расширение BIOS,
установленное на плате адаптера, и приглашение
к ее вызову выводится на экран во время
теста POST.
Как и всякая карта расширения, хост-адаптер
должен быть сконфигурирован с точки зрения
шины расширения, к которой он подключается.
Системные ресурсы для шинного SCSI-адаптера
включают:
|
область
памяти для расширения ROM
BIOS,
необходимого для поддержки
конфигурирования устройств и дисковых
функций;
|
|
область
разделяемой буферной памяти;
|
|
область
портов ввода-вывода (I/O
port);
|
|
IRQ
— запрос прерывания;
|
Всем
устройствам SCSI,
в том числе и хост-адаптеру, требуются
специальные драйверы. Базовый драйвер
дисковых устройств входит в BIOS
хост-адаптера. Расширения, например ASPI
(Advanced
SCSI
Programming
Interface),
загружаются отдельно. От драйверов
существенно зависит производительность
устройств SCSI.
Грамотно написанное ПО
способно эффективно загружать работой
устройства, максимально использовать
возможности интерфейса - например,
выполнять копирование данных между
устройствами без выхода на системную шину
компьютера. Наиболее предпочтительны
драйверы, работающие в режиме прямого
управления шиной (bus
mastering);
их применение позволяет реализовать все
преимущества SCSI
в многозадачных системах.
|
|
|