Энциклопедия PC

780 Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

ление адреса устройства. Тип интерфейса — XT или AT — определяется моделью накопителя. В изделиях фирмы Seagate, например, тип обозначается последней буквой в шифре модели: А — АТА (16 бит,) X — для XT (8 бит), а сочетание АХ означает возможность выбора AT/XT с помощью джампера.

Если на шине присутствует одно устройство, оно должно быть сконфигурировано как ведущее. Если на шине два устройства — одно должно быть ведущим, другое ведомым. Когда появились первые IDE-диски емкостью 1 Гбайт, для преодоления барьера в 504 Мбайт некоторые модели допускали конфигурирование в виде двух устройств (0 и 1) половинной емкости. В таком режиме на их ленточныйкабельIDE второе физическое устройство подключатьнельзя.

Существуют два способа задания адреса устройства — с помощью кабельной выборки или явно на каждом из устройств. Режим кабельной выборки включается перемычкой CS (Cable Select — кабельная выборка). В этом случае оба устройства на шине конфигурируются одинаково — в режим CS, а адрес устройства определяется его положением на специальном ленточном кабеле (см. рис. 13.2). Кабельная выборка будет работать, если она поддерживается и задана на всех устройствах канала, включая хост-адаптер, который обеспечивает заземление контакта 28. При этом способе задания адресов синхронизация шпинделей накопителей через тот же провод контакта 28 исключается (актуально в RAID-мас- сивах). Кабельная выборка применяется редко. Ее условное преимущество — унификация конфигурирования устройств, а недостатком является привязка физического положения устройств к кабелю — ведущее устройство должно быть ближе к адаптеру, чем ведомое. Возможно подключение адаптера к среднему разъему, аустройств— ккрайним, ноэтоневсегдаудобно.

Болеераспространенрежимявнойадресации, прикоторомиспользуетсяобычный «прямой» кабель (см. рис. 13.1). В этом случае перемычка CS не устанавливается, а адрес устройства задается перемычками, состав которых варьируется. В принципе достаточно лишь указать устройству его номер (0/1), но в устройствах, разработанных достандартаАТА, ведущемуустройству «подсказывали» оналичии ведомого (по интерфейсу АТА оно могло бы определить это само по сигналу DASP#). Возможные комбинации джамперов на устройствах IDE перечислены ниже.

ж M/S (Master/Slave — ведущее/ведомое) — переключатель адреса. Часто джампер обозначается как «C/D» (диск С:/диск D:), но для второго канала IDE такое название некорректно. Джампер устанавливается на ведущем устройстве.

® SP (Slave Present), DSP (Drive Slave Present), Master but Slave is not ATAcompatible, Master but Slave uses only PDIAG-signal — устанавливается на ведущем устройстве (вместе с «C/D») для указания на присутствие ведомого. Если переключатель установлен, а ведомое устройство не подключено, процедура POST даст сообщение об ошибке. Джампер применяется для дисков, неиспользующихсигналDASP#.

жSingle Drive — джамперустанавливаетсянаустройстве, еслионоединственное на шине (встречается на дисках Western Digital). Устройство будет ведущим.

13.2. ШинаSCSI 781

яACT (Drive Active) — джампер соединяет линию DASP# с формирователем сигнала активности устройства. Устанавливается на устройстве-0, встречается редко.

»HSP — джампер заземляет линию DASP# (положение, взаимоисключающее ACT). Устанавливается на устройстве-1 для сигнализации о его присутствии (встречается редко).

Для полностью АТА-совместимых дисков перемычка ставится только на ведомое устройство, а его присутствие ведущее определит автоматически.

Разобраться с джамперами старых устройств трудно, если нет документации, однако обширная база данных по разным моделям встроена в Help-файл утилиты Disk Manager. У современных устройств лишние джамперы упразднили, а существующие комментируются на наклеике-шильдике. Если джамперы устанавливаются рядом с интерфейсным разъемом, вероятно, они расположены в соответствии со стандартом АТА (см. рис. 13.4).

ВНИМАНИЕ———————————————————————————————————————————

Следует учитывать, что перестановка джамперов часто воспринимается устройством только по включении питания, но не по нажатию кнопки Reset. Кроме того, установка на один ленточный кабельдвухразнотипныхнеАТА-устройств(старых) можетоказатьсяневозможной.

13.2. ШинаSCSI

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 доступа (стримеры), CD-ROM, оптических дисков однократной и многократной записи, устройств автоматической сменыносителей информации, принтеров, сканеров, коммуникационныхустройств и процессоров. Устройством SCSI (SCSI Device) называется как хост-адаптер, связывающий шину SCSI с какой-либо внутренней шиной компьютера, так и

контроллерцелевогоустройства(target controller), спомощьюкоторогоустройство 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 ИУвыступаетхост-адаптер. Кодномуконтроллеруможетподключатьсянесколько 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, стримеры. Каждое ЦУ может содержать до 8 независимо адресуемых логических устройств (ЛУ) со своими номерами LUN (Logical Unit Number), представляющихПУилиихчасти.

Пофизическойреализацииинтерфейсявляется8-битнойпараллельнойшиной с тактовой частотой 5 МГц. Шина допускает подключение до 8 устройств, скорость передачи данных в первоначальной версии достигала 5 Мбайт/с. Впоследствии(1991 г.) появиласьспецификация— SCSI-2 (ХЗ.131-1994), расширя-

782 Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

ющая возможности шины. Тактовая частота шины Fast SCSI-2 достигает 10 МГц, a Ultra SCSI-2 — 20 МГц. Разрядность данных может быть увеличена до 16 бит — эта версия называется Wide SCSI-2 (широкий), а 8-битную версию стали называть Narrow (узкий). 16-битная шина допускает 16 устройств. Стандарт SCSI-2 определяет и 32-битную версию интерфейса, но стоимость интерфейса стала бы неоправданно высокой. 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 SCSI в многозадачных системах. Возможность присутствия на шине более одного контроллера (инициатора обмена) позволяет обеспечить разделяемое использование периферии несколькими компьютерами, подключеннымикоднойшине.

SCSI-3 — дальнейшее развитие стандарта, направленное на увеличение количества подключаемых устройств, расширение системы команд и поддержку технологии Plug and Play. В качестве альтернативы параллельному интерфейсу SPI (SCSI-3 Parallel Interface) появляется возможность применения последовательного, в томчислеволоконно-оптическогоинтерфейсасоскоростью100 Мбайт/с.

Современные устройства с интерфейсом SCSI выпускаются в соответствии со стандартом SCSI-2 или SCSI-3. В отличие от стандарта SCSI-2, который явно подразумевал более высокую производительность шины и устройств, чем SCSI-1, заявка о поддержке устройством стандарта SCSI-3 непосредственно на повышение производительности не указывает. Эта заявка прямо означает лишь соответствие новому поколению документов. Однако в связи с общей тенденцией к росту производительности устройства SCSI-3 в большинстве случаев показывают более высокую производительность, чем SCSI-2. Стандарт SCSI-3 предполагает различные варианты протокольного и физического уровня интерфейса, включающие какпараллельные, такипоследовательныешины.

Для параллельных шин скорость передачи данных определяется частотой передач, измеряемой в миллионах передач в секунду — MT/s (Mega Transfer/sec), и разрядностью. Изначально разрядность шины SCSI была «узкой» (Narrow) и составляла 8 бит, «широкий» (Wide) вариант шины, появившийся с SCSI-2, имеет разрядность 16 бит (32-битные расширения не распространены). Комбинации частоты и разрядности обеспечивают широкий диапазон пропускной способности (табл. 13.9), достигающей уже 320 Мбайт/с. В обозначениях пропускной способности интерфейсов встречаются разночтения, здесь приводятся названия, использованные фирмой Western Digital в 2000 году. Fast SCSI означает частоту передач 10 MT/s, 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 MT/s, 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 указывает на частотупередач 40 MT/s, краткое название Fast-80 соответствует полно-

13.2. Шина SCSI 783

му «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 UltraS SCSI довольно широкое. Ultra 160 SCSI означаетскорость160 Мбайт/с, применяется тольков«широком» (16 бит) варианте. Здесь имеет место синхронизация по обоим фронтам сигнала, а также контрольдостоверности передач поCRC-кодам, чтопозволяет«выжать» изкабеля максимальную скорость передачи (как и в Ultra DMA интерфейса АТА). В 2001 году ожидается выход в свет интерфейса Ultra320 SCSI со скоростью 320 Мбайт/с. Эту спецификацию (SPI-4) разрабатывают фирмы Adaptec, LSI Logic и Seagate, они ужепродемонстрировали образецконтроллера ивинчестерасэтиминтерфейсом.

Наиболее популярный интерфейс Ultra2 SCSI обеспечивает прекрасное сочетание пропускной способности шины при ее большей длине, цены устройств и совместимости с традиционными устройствами SCSI. Здесь используется дифференциальная передача сигналов, но с низким уровнем напряжения. В настоящее время традиционный дифференциальный интерфейс получил название «вы-

соковольтный» — HVD (High Voltage Differential), поскольку в SCSI-3 ему по-

явилась низковольтная альтернатива — LVD (Low Voltage Differential). Низковольтный вариант позволяет достичь частоты передачи 40 MT/s при длине шины до 25 м (до 8 устройств) или до 12 м (до 16 устройств). Новые устройства с интерфейсом LVD могут иметь возможность работы на шине вместе с устройствами с линейным SE (Single Ended) интерфейсом — для этого их буферные схемы содержат автоматический определитель типа интерфейса. Однако эта совместимость относится только к LVD — традиционные устройства с HVD могут работатьтолькоссебеподобными.

Таблица 13.9. СкоростьпередачиданныхпопараллельнойшинеSCSI

' Реализацииневстречаются.

Кроме параллельного интерфейса SCSI-3 может использовать и последова-

тельныйинтерфейсFibre (Fiber) Channel, илиFCAL (см. п. 14.3).

В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства SCSI-2 и SCSI-3 с параллельным интерфейсом, 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 ниже. Для краткости номер версии SCSI будем опускать, по умолчанию подразумевая Narrow SCSI-2/3. На примере этой версии разберем работу интерфейса, а особенности версии Wide отметим отдельно.

784Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

13.2.1.ПараллельныйинтерфейсSCSI

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 отдельный 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, гдесигнальные 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. Символические обозначения для разных версий приведены на рис. 13.5.

Рис. 13.5. УниверсальныесимволическиеобозначенияверсийSCSI

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 снижаетперекрестныепомехи.

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 частоту обмена (табл. 13.10). 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 от 1999 года) он уже упразднен, поскольку скорость Ultra2 и выше он уже не выдерживает.

Таблица 13.10. Максимальнаядлинакабелей SCSI

13.2. ШинаSCSI 785

Низковольтный дифференциальный интерфейс LVD позволяет работать на ча-

стотах 40, 80 и 160 MT/s 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.

В качестве шины используется плоский или круглый гибкий кабель. Плоский кабель используют для соединения устройств, расположенных в одном корпусе. На нем может быть наколото несколько разъемов. При необходимости кабели могут сращиваться через специальные переходные разъемы-адаптеры. Кабели сращиваются только через концевые разъемы, Т-образные ответвления недопустимы (допускается длина отвода до 10 см, сюда входит длина проводника от ответвления до входа микросхемы приемопередатчика). Круглый кабель, состоящий из витых пар, используют для соединения вне корпусов устройств. ПУ внешнего исполнения обычно имеют два разъема, что позволяет соединить их в цепочку. Длина кабеля зависит от версии интерфейса и частоты (см. табл. 13.10). При подсчете суммарной длины кабеля следует учитывать возможность использования одного порта хост-адаптера одновременно для внешних и внутренних подключений и в случае такого подключения суммировать длины внутренних и внешних кабелей. У всех разъемов кабеля контакты одноименных цепей соединяются «один-в-один» (назначение контактов см. ниже).

В настоящее время ассортимент разъемов, применяемых в устройствах SCSI, довольно широк, что иногда заставляет использовать переходные адаптеры. Разъемы различаются как по числу, так и по форме и размеру контактов. Практически все разъемы двухрядные, и раскладка цепей рассчитана на чередование сигнальных и обратных проводов. Исключения составляют разъемы DB-25, у которых число «земляных» контактов меньше, чем сигнальных, иэкзотические трехрядныеDB-50. Нижеописаныприменяемые типыразъемов.

т IDC-50 — разъемы для соединения внутренних устройств (аналогичны разъемам АТА, где применяются 40-контактные IDC-40). Разъемы имеют квадратные штырьковые контакты с шагом ОД" (2,54 мм), пластмассовый корпус, без кожуха и дополнительных фиксаторов (рис. 13.6, а). На уст ройствах устанавливают вилки (IDC-50M), на ленточных кабелях — ро зетки(IDC-50F). «••*•

«СХ-50 — разъемы типа Centronics, аналогичные применяемым впринтерах (но50-контактные). Разъемыимеютпластинчатыеконтактысшагом

786 Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

0,085" (2,16 мм) и внешний металлический кожух (рис. 13.6, б). Применяются для соединения внешних устройств. На корпусе устройства (и SCSI-адаптера) устанавливают розетки (CX-50F), на кабелях — вилки (СХ50М). Разъемы фиксируются проволочными скобами, установленными на розетке и входящими в выемки на корпусе вилки. Часто называются

«внешними SCSI-1» (SCSI-1 External).

шDB-25 — разъемы с круглыми штырьковыми контактами в металлическом кожухе D-образной формы (как на LPT-порте компьютера). На устройстве устанавливается розетка (DB-25F), на кабеле — вилка (DB-25M); фиксация с помощью винтов (рис. 13.6, в). Применяются на некоторых внешнихустройствах(например, Zip).

жHD-50, они же MiniDSO, — разъемы со штырьковыми контактами в металлическом кожухе D-образной формы (рис. 13.6, г), с высокой плотностью контактов (High Density) — с шагом 0,05" (1,27 мм). На устройстве устанавливается розетка (HD-50F), на кабеле — вилка (HD-50M); фиксация с помощью защелок-клипсов. Часто называются «внешними SCSI-2» (SCSI-2 External).

шHD-68, они же MiniD68, — аналогичные разъемы, но с 68 контактами. На устройстве устанавливается розетка (HD-68F или MiniD68F), на кабеле — вилка (HD-68M или MiniD68M). Внешние разъемы фиксируются с помощью клипсов или винтов, внутренние — только на трении. Часто называются разъемами SCSI-3, в настоящее время в основном используются для «широкого» интерфейса. На рис. 13.7 показан внешний разъем (слева — клипса, справа— резьбоваябукса).

жVHDCI-68 — внешние разъемы с особо высокой плотностью (Very High Density Connector), контакты в стиле Centronics с шагом 0,8 мм. Приме-

няются нечасто, иногда их ошибочно называют разъемами SCSI-4 или

SCSI-5.

шМСХ (Micro-centronics) — разъемы в стиле Centronics, но в миниатюрном варианте. Наиболее распространены разъемы МСХ-68 и МСХ-80, более известныекакSCA.

® SCA (Single Connector Attachment) — разъем для подключения устройства однимразъемом. Предназначен для подключения дисков, устанавливаемых в шасси с возможностью «горячей» замены (или, по крайней мере, легкой, через лицевую панель). В настоящее время распространена спецификация SCA-2 на разъемах МСХ-80 (рис. 13.8). На устройстве устанавливается вилка (MCX-80F), на шасси — розетка (МСХ-80М). Кроме интерфейсных сигналов на разъем выводятся шины питания, а также сигналы конфигурирования устройства (идентификатор, режимы и т. п.). На боковых направляющих имеются дополнительные контакты заземления. Конфигурационные джамперы устанавливаются не на устройстве, а на шасси(илиплатеадаптера).

Для интерфейса Narrow SCSI использовались разъемы, изображенные на рис. 13.6, дляинтерфейсаWide SCSI — разъемы, изображенныенарис. 13.7. Для

13.2. Шина SCSI 787

устройствс«горячей» заменойприменяютминиатюрныйD-образныйразъем SCA-2, общийдляпитания.исигнальныхцепей(рис. 13.8).

ЬоопапP P D P P P P P P D O P P P P P P D P

р р р р р р р р р р р п р а а п р р р р д р а р р ^

\

Рис. 13.6. Разъемы8-битногоустройстваSCSI: a— IDC-50F; 6—

CX-50F; в- DB-25F; г— HD-50F

Рис. 13.7. Разъемы16-битногоустройстваSCSI HD-68F

Рис. 13.8. РазъемустройстваSCSI с«горячей» заменойSCA-80

АссортименткабелейSCSI довольноширок.

*А-кабель — стандартный для 8-битного интерфейса, 25 пар проводов. Для внутреннихустройствиспользуетсяплоскийленточныйкабель, длявнешних

— круглыйкабель, состоящийиз25 витыхпарвобщемэкране:

авнутреннийА-кабельSCSI-1 иSCSI-2 (см. рис. 13.6, а) имеетразъемы

снизкойплотностьюконтактовIDC-50 (розетки); п внешнийА-кабель

SCSI-1 (см. рис. 13.6, 6) имеетразъемыCentronics-50

(СХ-50М);

788Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

авнешний А-кабель SCSI-2 (см. рис. 13.6, в) имеет разъемы MiniDSOM (HD-50M).

тВ-кабелъ— малораспространенный16/32-битныйрасширительSCSI-2.

»Р-кабелъ — 8/16-битный кабель с 34 парами проводов, снабжен улучшенными миниатюрными экранированными разъемами. Применяется в интерфейсах SCSI-2/3, в 8-битном варианте контакты 1-5, 31-39, 65-68 не используются:

авнутреннийР-кабельSCSI-3 имеетразъемыHD-68M безфиксаторов;

п внешнийР-кабельSCSI-3 имеетразъемыMiniD68M сфиксаторами;

авнешний Р-кабель SCSI SPI-2 имеет разъемы с особо высокой плотностью VHDCI-68M (иногда такой кабель ошибочно называют кабелем

SCSI-4 илиSCSI-5).

»Q-кабелъ — 68-проводное расширение до 32 бит, используется в паре с Р-кабелем и имеет аналогичную конструкцию. Реально Q-кабель так и неиспользовался, вспецификацииSCSI SPI-3 уженерассматривается.

»«Mac SCSI» — кабель с разъемами DB-25P (см. рис. 13.6, г) — 8-битный, стандартный для Macintosh (табл. 13.14), используется на некоторых внешних устройствах (Iomega ZIP Drive). Встречается иная раскладка цепей, если25-контактныйразъемустановленнахост-адаптере.

Существуют также различные варианты кабелей-переходников (с разнотипными разъемами) и адаптеров. Адаптер представляет собой печатную плату или монолитнуюконструкциюсразнотипнымиразъемами. Уадаптеров, соединяющих шины разной ширины, может присутствовать терминатор (должен быть отключаемым!) старшегобайта(см. п. 13.2.5). АдаптерподключенияSCA кобычной шине имеет стандартный разъем подключения питания, а также набор джам-перов, задающихконфигурациюустройства.

Назначение контактов разъемов кабелей приведено в табл. 13.11-13.14. Неудобство вызывает система нумерации контактов, которая различна для внешних и внутренних разъемов. Однако физическая раскладка проводов на разъеме и в плоском кабеле одинакова, сигнальные линии (прямые) перемежаются обратными проводами(заземленнымивSE-устройствах).

Таблица13.11. РазъемыА-кабеляSCSI

продолжение^>