5. Шина scsi

Системный интерфейс малых компьютеров SCSI (Small Computer System Interface, произносится "скази") был стандартизован ANSI в 1986 году (ХЗ. 131-1986). Интерфейс предназначен для соединения устройств различных классов - памяти прямого (жесткие диски) и последовательного (стриммеры) доступа, 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 оно подключается к шине SCSI. С точки зрения шины все устройства могут быть равноправными и яв- ляться как инициаторами обмена (инициализирующими устройствами, ИУ), так и целевыми устройствами (ЦУ), однако чаще всего в роли И У выступает хост-адаптер. К одному контроллеру может подключаться несколько ПУ, по отношению к которым контроллер может быть как внутренним, так и внешним. Широкое распространение получили ПУ со встроенным контроллером SCSI (embeded SCSI controller), к которым относятся накопители на жестких магнитных дисках, CD-ROM, стриммеры. Каждое ЦУ может содержать до 8 независимо адресуемых логических устройств (ЛУ) со своими номерами LUN (Logical Unit Number), представляющими ПУ или их части.

По физической реализации интерфейс является 8-битной параллельной шиной с тактовой частотой 5 МГц. Скорость передачи данных достигает 5 Мбайт/с. Впоследствии появилась спецификация - SCSI-2 (ХЗ. 131-1994), расширяющая возможности шины. Тактовая частота шины Fast (быстрый) SCSI-2достигает 10 МГц, a Ultra SCSI-2 - 20 МГц. Разрядность данных может быть увеличена до 16 бит – эта версия называется Wide (широкий) SCSI-2, а 8-битную версию стали называть Narrow (узкий), 16-битная шина допускает 16 устройств. Стандарт SCSI-2 определяет 32-битную версию интерфейса, но такие устройства обладают неоправданно высокой стоимостью 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 их работы друг от друга обусловливают высокую эффективность применения SCSI в многозадачных системах. Возможность присутствия на шине более одного контроллера (инициатора обмена) позволяет обеспечить разделяемое использование периферии несколькими компьютерами, подключенными к одной шине.

SCSI-3 - дальнейшее развитие стандарта, направленное на увеличение количества подключаемых устройств, расширение системы команд и поддержку Plug and Play. 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. SCSI-3 существует в виде широкого спектра документов, определяющих отдельные аспекты интерфейса. Архитектурная модель SAM (SCSI-3 Architecture Model) изображена на рис. 5.1. Первичный набор общих команд SCP (SCSI-3 Primary Commands) для устройств различных классов дополняется набором команд соответствующего класса устройств'.

^ SBC (SCSI-3 Block Commands) - для устройств памяти прямого доступа,

it SSC (SCSI-3 Stream Commands) - для устройств памяти последовательного доступа,

§s SGC (SCSI-3 Graphic Commands) - для принтеров и сканеров,

^ SMC (SCSI-3 Medium Changer Commands) - для устоойств смены носителей,

sa SCC (SCSI-3 Controller Commands) - для хост-контроллеров.

Транспортный уровень может использовать различные протоколы с соответствующей поддержкой физических соединений:

^ SIP (SCSI-3 Interlocked Protocol) - протокол обмена традиционного интерфейса, физически реализуемый интерфейсом SPL

^ FCP (Fibre Channel Protocol) - протокол оптоволоконного канала с соответствующим физическим уровнем FC-PH.

^ SBP (Serial Bus Protocol) - протокол последовательной шины, реализуемый интерфейсом 1394 (FireWire).

т 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).

К примеру, дисковый накопитель SCSI-3 с параллельным интерфейсом описывает набор стандартов SPI+SIP+SAM+SPC+SBC, а для того же устройства, но с последовательным интерфейсом вместо SPC+SBC будет связка FCP+FC-PH. Заявка о поддержке устройством стандарта SCSI-3 непосредственно на повышение производительности по сравнению со SCSI-2 не указывает. Однако устройства SCSI-3 в большинстве случаев показывают более высокую производительность.

Рис. 5.1. Архитектурная модель SCSI-3

Для параллельных шин скорость передачи данных определяется частотой передач, измеряемой в миллионах передач в секунду - МТ/с (Mega Transfer/sec), и разрядностью. Комбинации частоты и разрядности обеспечивают широкий диапазон пропускной способности (табл. 5.1), достигающей 80 Мбайт/с для версии Ultrd2 Wide SCSI. SCSI Fast означает частоту передач 10 МТ/с, временные диаграммы для такого режима определены в SCSI-2. Название SCSI Fast-20 указывает на частоту передач 20 МТ/с. Этот режим, более известный как SCSI Ultra, определен для параллельного интерфейса в SCSI-3. SCST Fast-40 указывает на частоту передач 40 МТ/с. Этот режим, определенный в SCSI-3 и называемый Ultra2 SCSI, в настоящее время является самым быстрым для параллельной шины. Он реализован только в низковольтной дифференциальной версии интерфейса - LVD. В SCSI-3 предусмотрен режим SCSI Fast-80.

Для Narrow SCSI использовался разъем, изображенный на рис. 5.2. Wide SCSI использует разъем, изображенный на рис. 5.3. Для устройств с "горячей" заменой применяют миниатюрный D-образный разъем SCA-2, общий для питания и сигнальных цепей (рис. 5.4).

Рис. 5.2. Разъем 8-битного устройства SCSI

Рис. 5.3. Разъем 16-битного устройства SCSI 80-Pin SCSI SCA Connector

Рис. 5.4. Разъем устройства SCSI с "горячей" заменой

Разрядность шины, бит	Разновидность
	Обычный	Fast	Fast-20 (Ultra)	Fast-40 (Ultra2)
8 (Narrow)	5	10	20	40
16 (Wide)	10	20	40	80
32 (Wide)*	20	40	80	160

Реализации не встречаются.

Последовательный интерфейс FCAL (Fibre Channel Arbitrated Loop - кольцо волоконного канала с арбитражем) по реализации ближе к интерфейсам локальных сетей. Этот интерфейс, известный также как Fibre Channel SCSI, может иметь как электрическую (коаксиальный кабель), так и оптоволоконную реализацию. В обоих случаях частота 1 ГГц обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбайт/с. Медный кабель допускает длину шины до 30 м, оптический - до 10 км. Здесь используются иные протокольный и физический уровни интерфейса и имеется возможность подключения 126 устройств.

В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства SCSI-2, которые сохраняют совместимость с исходной версией, теперь называемой SCSI-1. Однако смешивать устройства SCSI-1 и SCSI-2 неэффективно, да и не всегда возможно из-за проблем, о которых речь пойдет далее. Для крат- кости номер версии SCSI будем опускать, по умолчанию подразумевая Narrow SCSI-2. На ее примере разберем работу интерфейса, а особенности версии Wide отметим отдельно.