Интерфейс SCSI был разработан в конце 1970-х гг. орга-^ “ низацией Shugart Associates. Первоначально известный
под названием SASI (Shugart Associates System Interface), после стандартизации в 1986 г. он уже под именем SCSI (читается «скази») стал одним из промышленных стандартов для подключения периферийных устройств - винчестеров, стримеров, сменных жестких и магнитооптических дисков, сканеров, CD-ROM и CD-R, DVD-ROM и т. п. К шине SCSI можно подключить до восьми устройств, включая основной контроллер
SCSI (или хост-адаптер). Контроллер SCSI является по сути самостоятельным процессором и имеет свою собственную BIOS (которая иногда может размещаться в BIOS системной платы). Он выполняет все операции по обслуживанию и управлению шиной SCSI, освобождая от этого центральный процессор. К шине Wide SCSI подключаются до 15 устройств. Преимущество SCSI проявляется тогда, когда несколько устройств работают одновременно с одной шиной, освобождая ее, когда она не требуется.
Командный протокол SCSI. В дополнение к различным аппаратурным реализациям, стандарт SCSI включает также совокупность команд, которые будучи первоначально разработанными для параллельного интерфейса SCSI, были затем перенесены с минимальными переработками на последовательный SCSI.
По терминологии командного языка SCSI, коммуникация осуществляется между источником-инициатором (initiator), посылающим команду, и целевым устройством-мишенью (target), исполняющим ее.
Команда SCSI помещается в блоке описания команды (Command Descriptor Block - CDB), который состоит из кода операции (1 байт) и параметров команды (5 байт или более). В ответ мишень возвращает код статуса, который обычно равен 00h («успешный прием») либо 02h («ошибка») либо 08h («занято»). Команды SCSI включают 4 категории - N (нет данных), W (передача данных от инициатора к мишени), R (чтение данных инициатором) и В (двунаправленная связь).
Протокол предусматривает около 60 команд, в том числе:
Каждое устройство на шине SCSI получает по меньшей мере один логический номер (Logical Unit Number - LUN). Простые устройства получают только один LUN, более сложные - множество LUN. Например, устройство прямого доступа (НЖМД) состоит из набора логических блоков, обычно имеющих адреса (Logical Block Address - LBA). Именно использование LBA требует применение 4-х модификаций команд чтения/записи данных, одни из которых используют адреса на 21 бит, а другие - на 32 бита.
Параллельный интерфейс 5С5/. Интерфейс 8С8І, как правило, является параллельным (рис. 4.24) и физически представляет собой плоский кабель с 25, 50, 68-контактными разъемами для подключения периферийных устройств. Шина 8С8І содержит восемь линий данных, сопровождаемых линией контроля четно-
интерфейс
Встроенные устройства
[Заглушка
Заглушка
Вынесенные (внешние) устройства
Рис. 4.24. Интерфейс 8С$1: а - общая архитектура; б - адаптер БСБ!
сти, и девять управляющих линий. Стандарт SCSI определяет два способа передачи сигналов: однополярный, или асимметричный (Single ended), и дифференциальный (Differential). В первом случае имеется один провод с нулевым потенциалом («земля»), относительно которого передаются сигналы по линиям данных с уровнями сигналов, соответствующими ТТЛ-логике. При дифференциальной передаче сигнала для каждой линии данных выделено два провода, и сигнал на этой линии получается вычитанием потенциалов на их выходах. При этом достигается лучшая помехозащищенность, что позволяет увеличить длину кабеля.
Для интерфейса SCSI необходимо наличие «терминаторов» согласующих сопротивлений, которые поглощают сигналы на концах кабеля и препятствуют образованию эха. Для SCSI вообще характерна высокая чувствительность к качеству изготовления кабелей и к их длине, которая может быть различной в зависимости от версии интерфейса.
Устройства SCSI также соединяются в виде цепочки (daisy chain), причем каждое устройство SCSI имеет свой адрес (SCSI ID) в диапазоне от 0 до 7 (или от 0 до 15). В качестве адреса платы контроллера, а обычно используется наибольшее значение SCSI ID - 7(15), адрес загрузочного диска (SCSI ID) равен «О», второго диска - «1». Обмен между устройствами на магистрали SCSI определяется нормированным списком команд (Common Command Set - CCS). Программное обеспечение для интерфейса SCSI не оперирует физическими характеристиками накопителя (т. е. числом цилиндров, головок и т. д.), а имеет дело только с логическими блоками данных, поэтому в одной SCSI-цепочке могут быть размещены, например, сканер, жесткий диск и накопитель CD ROM.
Опрос устройств производит контроллер SCSI сразу после включения питания. При этом для устройств SCSI реализовано автоконфигурирование устройств (Plug-n-play) по протоколу SCAM (SCSI Configured AutoMagically), в котором значения SCSI ID выделяются автоматически. Для стандартизированного управления SCSI-устройствами наиболее широко применяется программный интерфейс ASPI (Advanced SCSI Programming Interface).
Характеристики SCSI. Существует более десятка различных версий интерфейса SCSI (табл. 4.8). Основными характеристиками шины SCSI являются:
Ширина - 8 («narrow», узкий формат) или 16 бит («wide», широкий формат);
Рис. 4.25. Маркировка устройств SCSI с различными электрическими параметрами: / - Single-Ended; 2 - Low Voltage Differential; 3 - High Voltage Differential; 4 - интерфейс смешанного типа Low Voltage Differential/Single-Ended
Таблица 4.8. Версии (поколения) интерфейса SCSI
|
скорость |
Ширина шины (раз-рядность) |
Максимальная длина связи (в зависимости от типа сигналов), м |
Максимальное количество подключений |
|||
|
||||||
|
Не определено для скорости выше Ultra |
||||||
|
Ultra3 SCSI or Ultra 160 SCSI |
Не определено для скорости выше Ultra2 |
|||||
|
Не определено |
Не определено |
|||||
На скорость влияют в основном два первых параметра. Обычно они записываются в виде приставок к слову SCSI (табл. 4.8).
Максимальную скорость передачи устройство-контроллер можно вычислить, взяв частоту шины, а в случае наличия «Wide» умножить ее на 2 (например, FastSCSI - 10 Мбайт/с, Ultra2WideSCSI - 80 Мбайт/с).
Последовательные интерфейсы SCSI. Четыре недавние версии SCSI, а именно - SSA (Serial Storage Architecture), FC-AL и Serial Attached SCSI (SAS) отошли от традиционного параллельного стандарта SCSI и ориентированы на передачу данных по последовательным коммуникациям (см. табл. 4.8). Основные преимущества последовательного интерфейса - большие скорости передачи данных; «горячее» включение-выключение; лучшая помехозащищенность.
Терминаторы, разъемы. По типу сигналов различают линейные (Single Ended) и дифференциальные (Differential) версии SCSI, их кабели и разъемы идентичны, но электрической совместимости устройств между ними нет (табл. 4.9).
Дифференциальная версия для каждого сигнала использует витую пару проводников и специальные приемо-передатчики, при этом становится допустимой большая суммарная длина кабеля, сохраняя высокую частоту обмена. Дифференциальный интерфейс применяется в мощных дисковых системах серверов, но в обычных ПК не распространен.
В линейной версии сигнал должен идти по своему одному проводнику, скрученному (или, по крайней мере, отдельному от другого в плоском шлейфе) с нулевым (обратным) проводом.
SCSI-устройства соединяются кабелями в цепочку, на крайних устройствах подключаются терминаторы. Часто одним из крайних устройств является хост-адаптер. Он может иметь для каждого канала как внутренний разъем, так и внешний.
При одновременном использовании внешнего и внутреннего разъемов хост-адаптера его терминаторы отключают. Корректность использования терминаторов имеет существенное значение - отсутствие одного из терминаторов или, наоборот, лиш-
Таблица 4.9. Разъемы интерфейса SCSI
DB-25 - подключение внешних медленных устройств, в основном сканеров, lOmega Zip Plus, наиболее распространен для Macintosh (сходен с разъемом модема)
Low-Density 50-pin или Centronics 50-pin - внешнее подключение сканеров, стримеров, обычно SCSI-1
High-Density 50-pin или Micro DB50, Mini DB50 - стандартный внешний narrow-разъем
High-Density 68-pin или Micro DB68, Mini DB68 - стандартный внешний wide-разъем
High-Density 68-pin или Micro Centronics, применяется для внешнего подключения SCSI-устройств
Таблица 4.10. Разъемы А-кабеля SCSI
|
Контакт разъема |
Контакт разъема |
||
и 32-битовых версий 8С81 (в 8-битовом варианте контакты 1-5, 31-39, 65-68 не используются); разъемы для внешнего подключения выглядят как миниатюрный вариант Centronics с плоскими контактами, внутренние имеют штырьковые контакты;
Возможны различные вариации кабелей-переходников.
Шина. Как и в шине PCI, в шине SCSI предполагается возможность обмена информацией между любой парой устройств. Конечно, чаще всего обмен производится между хост-адаптером и периферийными устройствами. Копирование данных между устройствами может производиться без выхода на системную шину компьютера. Здесь большие возможности имеют интеллектуальные хост-адаптеры со встроенной кэш-памятью. В каждом обмене по шине принимает участие его инициатор (Initiator) и целевое устройство (Target). В табл. 4.11 приводится назначение сигналов шины.
Таблица 4.11. Назначение сигналов шины SCSI
|
(1 - Initiator, T - Target) |
Назначение |
|
|
Инверсная шина данных с битами паритета |
||
|
Питание терминаторов |
||
|
Внимание |
||
|
Шина занята |
||
|
Запрос на пересылку данных |
||
|
Ответ на REQ# |
||
|
Target передает сообщение |
||
|
Выбор (Select) целевого устройства инициатором или Reselect инициатора целевым устройством |
||
|
Управление (0) / данные (1) на шине |
||
|
Направление передачи относительно инициатора или фаза Selection (1) / Reselection (0) |
В этой статье речь пойдет о том, что позволяет подключить жесткий диск к компьютеру, а именно, об интерфейсе жесткого диска. Точнее говорить, об интерфейсах жестких дисков, потому что технологий для подключения этих устройств за все время их существования было изобретено великое множество, и обилие стандартов в данной области может привести в замешательство неискушенного пользователя. Впрочем, обо все по порядку.
Интерфейсы жестких дисков (или строго говоря, интерфейсы внешних накопителей, поскольку в их качестве могут выступать не только , но и другие типы накопителей, например, приводы для оптических дисков) предназначены для обмена информацией между этими устройствами внешней памяти и материнской платой. Интерфейсы жестких дисков, не в меньшей степени, чем физические параметры накопителей, влияют на многие рабочие характеристики накопителей и на их производительность. В частности, интерфейсы накопителей определяют такие их параметры, как скорость обмена данными между жестким диском и материнской платой, количество устройств, которые можно подключить к компьютеру, возможность создания дисковых массивов, возможность горячего подключения, поддержка технологий NCQ и AHCI, и.т.д. Также от интерфейса жесткого диска зависит, какой кабель, шнур или переходник для его подключения к материнской плате вам потребуется.
Интерфейс SCSI является одним из самых старых интерфейсов, разработанных для подключения накопителей в персональных компьютерах. Появился данный стандарт еще в начале 1980-х гг. Одним из его разработчиков был Алан Шугарт, также известный, как изобретатель дисководов для гибких дисков.
Внешний вид интерфейса SCSI на плате и кабеля подключения к нему
Стандарт SCSI (традиционно данная аббревиатура читается в русской транскрипции как «скази») первоначально предназначался для использования в персональных компьютерах, о чем свидетельствует даже само название формата – Small Computer System Interface, или системный интерфейс для небольших компьютеров. Однако так получилось, что накопители данного типа применялись в основном в персональных компьютерах топ-класса, а впоследствии и в серверах. Связано это было с тем, что, несмотря на удачную архитектуру и широкий набор команд, техническая реализация интерфейса была довольно сложна, и не подходила по стоимости для массовых ПК.
Тем не менее, данный стандарт обладал рядом возможностей, недоступных для прочих типов интерфейсов. Например, шнур для подключения устройств Small Computer System Interface может иметь максимальную длину в 12 м, а скорость передачи данных – 640 МБ/c.
Как и появившийся несколько позже интерфейс IDE, интерфейс SCSI является параллельным. Это означает, что в интерфейсе применяются шины, передающие информацию по нескольким проводникам. Данная особенность являлась одним из сдерживающих факторов для развития стандарта, и поэтому в качестве его замены был разработан более совершенный, последовательный стандарт SAS (от Serial Attached SCSI).
Так выглядит интерфейс SAS серверного диска
Serial Attached SCSI разрабатывался в усовершенствования достаточно старого интерфейса подключения жестких дисков Small Computers System Interface. Несмотря на то, что Serial Attached SCSI использует основные достоинства своего предшественника, тем не менее, у него есть немало преимуществ. Среди них стоит отметить следующие:
Как правило, системы Serial Attached SCSI строятся на основе нескольких компонентов. В число основных компонентов входят:
Разъемы Serial Attached SCSI могут иметь различную форму и размер, в зависимости от типа (внешний или внутренний) и от версий SAS. Ниже представлены внутренний разъем SFF-8482 и внешний разъем SFF-8644, разработанный для SAS-3:
Слева - внутренний разъём SAS SFF-8482; Справа - внешний разъём SAS SFF-8644 с кабелем.
Несколько примеров внешнего вида шнуров и переходников SAS: шнур HD-Mini SAS и шнур-переходник SAS-Serial ATA.
Слева - шнур HD Mini SAS; Справа - переходной шнур с SAS на Serial ATA
Сегодня достаточно часто можно встретить жесткие диски с интерфейсом Firewire. Хотя через интерфейс Firewire к компьютеру можно подключить любые типы периферийных устройств, и его нельзя назвать специализированным интерфейсом, предназначенным для подключения исключительно жестких дисков, тем не менее, Firewire имеет ряд особенностей, которые делают его чрезвычайно удобным для этой цели.
FireWire - IEEE 1394 - вид на ноутбуке
Интерфейс Firewire был разработан в середине 1990-х гг. Начало разработке положила небезызвестная фирма Apple, нуждавшаяся в собственной, отличной от USB, шине для подключения периферийного оборудования, прежде всего мультимедийного. Спецификация, описывающая работу шины Firewire, получила название IEEE 1394.
На сегодняшний день Firewire представляет собой один из наиболее часто используемых форматов высокоскоростной последовательной внешней шины. К основным особенностям стандарта можно отнести:
Для подключения винчестеров (обычно посредством внешних корпусов для жестких дисков) через шину Firewire, как правило, используется специальный стандарт SBP-2, использующий набор команд протокола Small Computers System Interface. Существует возможность подключения устройств Firewire к обычному разъему USB, но для этого требуется специальный переходник.
Аббревиатура IDE, несомненно, известна большинству пользователей персональных компьютеров. Стандарт интерфейса для подключения жестких дисков IDE был разработан известной фирмой, производящей жесткие диски – Western Digital. Преимуществом IDE по сравнению с другими существовавшими в то время интерфейсами, в частности, интерфейсом Small Computers System Interface, а также стандартом ST-506, было отсутствие необходимости устанавливать контроллер жесткого диска на материнскую плату. Стандарт IDE подразумевал установку контроллера привода на корпус самого накопителя, а на материнской плате оставался лишь хост-адаптер интерфейса для подключения приводов IDE.
Интерфейс IDE на материнской плате
Данное нововведение позволило улучшить параметры работы накопителя IDE благодаря тому, что сократилось расстояние между контроллером и самим накопителем. Кроме того, установка контроллера IDE внутрь корпуса жесткого диска позволила несколько упростить как материнские платы, так и производство самих винчестеров, поскольку технология давала свободу производителям в плане оптимальной организации логики работы накопителя.
Новая технология первоначально получила название Integrated Drive Electronics (Встроенная в накопитель электроника). Впоследствии был разработан описывающий ее стандарт, названный ATA. Это название происходит от последней части названия семейства компьютеров PC/AT посредством добавления слова Attachment.
Для подключения жесткого диска или другого устройства, например, накопителя для оптических дисков, поддерживающего технологию Integrated Drive Electronics, к материнской плате, используется специальный кабель IDE. Поскольку ATA относится к параллельным интерфейсам (поэтому его также называют Parallel ATA или PATA), то есть, интерфейсам, предусматривающим одновременную передачу данных по нескольким линиям, то его кабель данных имеет большое количество проводников (обычно 40, а в последних версиях протокола имелась возможность использовать 80-жильный кабель). Обычный кабель данных для данного стандарта имеет плоский и широкий вид, но встречаются и кабели круглого сечения. Кабель питания для накопителей Parallel ATA имеет 4-контактный разъем и подсоединен к блоку питания компьютера.
Ниже приведены примеры кабеля IDE и круглого шнура данных PATA:
Внешний вид интерфейсного кабеля: cлева - плоский, справа в круглой оплетке - PATA или IDE.
Благодаря сравнительной дешевизне накопителей Parallel ATA, простоте реализации интерфейса на материнской плате, а также простоте установки и конфигурации устройств PATA для пользователя, накопители типа Integrated Drive Electronics на длительное время вытеснили с рынка винчестеров для персональных компьютеров бюджетного уровня устройства других типов интерфейса.
Однако стандарт PATA имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это ограничение по длине, которую может иметь кабель данных Parallel ATA – не более 0,5 м. Кроме того, параллельная организация интерфейса накладывает ряд ограничений на максимальную скорость передачи данных. Не поддерживает стандарт PATA и многие расширенные возможности, которые имеются у других типов интерфейсов, например, горячее подключение устройств.
Вид интерфейса SATA на материнской плате
Интерфейс SATA (Serial ATA), как можно догадаться из названия, является усовершенствованием ATA. Заключается это усовершенствование, прежде всего, в переделке традиционного параллельного ATA (Parallel ATA) в последовательный интерфейс. Однако этим отличия стандарта Serial ATA от традиционного не ограничиваются. Помимо изменения типа передачи данных с параллельного на последовательный, изменились также разъемы для передачи данных и электропитания.
Ниже приведен шнур данных SATA:
Шнур передачи данных для SATA интерфейса
Это позволило использовать шнур значительно большей длины и увеличить скорость передачи данных. Однако минусом стало то обстоятельство, что устройства PATA, которые до появления SATA присутствовали на рынке в огромных количествах, стало невозможно напрямую подключить в новые разъемы. Правда, большинство новых материнских плат все же имеют старые разъемы и поддерживают подключение старых устройств. Однако обратная операция – подключение накопителя нового типа к старой материнской плате обычно вызывает куда больше проблем. Для этой операции пользователю обычно требуется переходник Serial ATA to PATA. Переходник для кабеля питания обычно имеет сравнительно простую конструкцию.
Переходник питания Serial ATA to PATA:
Слева общий вид кабеля; Cправа укрупнено внешний вид коннекторов PATA и Serial ATA
Сложнее, однако, дело обстоит с таким устройством, как переходник для подключения устройства последовательного интерфейса в разъем для параллельного интерфейса. Обычно переходник такого типа выполнен в виде небольшой микросхемы.
Внешний вид универсального двунаправленного переходника между интерфейсами SATA - IDE
В настоящее время интерфейс Serial ATA практически вытеснил Parallel ATA, и накопители PATA можно встретить теперь в основном лишь в достаточно старых компьютерах. Еще одной особенностью нового стандарта, обеспечившей его широкую популярность, стала поддержка .
Вид переходника с IDE на SATA
О технологии NCQ можно рассказать чуть подробнее. Основное преимущество NCQ состоит в том, что она позволяет использовать идеи, которые давно были реализованы в протоколе SCSI. В частности, NCQ поддерживает систему упорядочивания операций чтения/записи, поступающих к нескольким накопителям, установленным в системе. Таким образом, NCQ способна значительно повысить производительность работы накопителей, в особенности массивов жестких дисков.
Вид переходника с SATA на IDE
Для использования NCQ необходима поддержка технологии со стороны жесткого диска, а также хост-адаптера материнской платы. Практически все адаптеры, поддерживающие AHCI, поддерживают и NCQ. Кроме того, NCQ поддерживают и некоторые старые проприетарные адаптеры. Также для работы NCQ требуется ее поддержка со стороны операционной системы.
Отдельно стоит упомянуть о казавшемся многообещающим в свое время, но так и не получившем широкого распространения формате eSATA (External SATA). Как можно догадаться из названия, eSATA представляет собой разновидность Serial ATA, предназначенную для подключения исключительно внешних накопителей. Стандарт eSATA предлагает для внешних устройств большую часть возможностей стандартного, т.е. внутреннего Serial ATA, в частности, одинаковую систему сигналов и команд и столь же высокую скорость.
Разъем eSATA на ноутбуке
Тем не менее, у eSATA есть и некоторые отличия от породившего его стандарта внутренней шины. В частности, eSATA поддерживает более длинный кабель данных (до 2 м), а также имеет более высокие требования к питанию накопителей. Кроме того, разъемы eSATA несколько отличаются от стандартных разъемов Serial ATA.
По сравнению с другими внешними шинами, такими, как USB и Firewire, eSATA, однако, имеет один существенный недостаток. Если эти шины позволяют осуществлять электропитание устройства через сам кабель шины, то накопитель eSATA требует специальные разъемы для питания. Поэтому, несмотря на сравнительно высокую скорость передачи данных, eSATA в настоящее время не пользуется большой популярностью в качестве интерфейса для подключения внешних накопителей.
Информация, хранящаяся на жестком диске, не может стать полезной для пользователя и доступной для прикладных программ до тех пор, пока к ней не получит доступ центральный процессор компьютера. Интерфейсы жестких дисков представляют собой средство для связи между этими накопителями и материнской платой. На сегодняшний день существует немало различных типов интерфейсов жестких дисков, каждый из которых имеет свои достоинства, недостатки и характерные особенности. Надеемся, что приведенная в данной статье информация во многом окажется полезной для читателя, ведь выбор современного жесткого диска во многом определяются не только его внутренними характеристиками, такими, как емкость, объем кэш-памяти, скорость доступа и вращения, но и тем интерфейсом, для которого он был разработан.
SCSI жёсткий диск — это накопитель, который использует другую систему, чем можно найти в большинстве домашних компьютеров. Его главное преимущество заключается в том, что несколько дисков можно подключать последовательно к одному соединению. Он также предлагает более высокую скорость передачи данных, хотя разница часто больше в теории, чем на практике. SCSI особенно хорошо подходит для серверов и других компьютерных систем предназначенных для использования 24/7. SCSI расшифровывается как Интерфейс малых компьютерных систем . Обычно это акроним, а не аббревиатура, и произносится как “скази — scuzzy.” Система может использоваться для подключения различных устройств, хотя большинство потребителей обычно могут столкнуться с этим в терминах SCSI и жесткий диск.
Самая большая разница между SCSI и жестким диском — конкурирующая система, такие как SATA или ATA, которые имеют интерфейс SCSI , и есть процессор на самом диске. Это означает, что производительность диска не зависит от спецификации компьютера. Хотя это не всегда перевешивает SCSI недостатки для домашнего пользователя, это может быть важным преимуществом для корпоративных пользователей, которые работают на нескольких компьютерах и им необходимо использовать спец машины по экономическим соображениям.
Можно использовать специальный адаптер для подключения более чем одного SCSI жесткому диску к одному слоту на системной плате компьютера. Каждый адаптер поддерживает до 15 дисководов. Каждый диск имеет перемычку переключателя, который можно установить в диапазоне от 0 до 15, и каждый диск должен быть установлен в другой ряд, чтобы избежать конфликтов. Возможность использования нескольких жестких дисков, особенно полезно для систем, которые нуждаются в продолжительном резервном оборудовании.
SCSI жесткий диск обычно значительно дороже, чем SATA или ATA диски той же емкости. Потому что часть расходов состоит из компонентов, которые контролируют диск с интерфейсом SCSI . Это может привести к еще большему ценовому разрыву. Например, SCSI диск может стоить в четыре или больше раза больше, чем накопитель с интерфейсом SATA, который имеет двойную емкость.
SCSI диски исторически имели более высокую скорость передачи данных, чем другие типы жестких дисков, хотя этот разрыв сокращается с течением времени. SCSI жесткий диск будет также нормально вращаться на быстрой скорости, которая может сократить время, необходимое для чтения, записи и доступа к данным. SCSI диски тоже лучше подходят для постоянно работающего компьютера, и они не соперники для типов жёстких дисков, которые рассчитаны и оценены для использования на домашнем компьютере для нескольких часов каждый день. Эти преимущества, и высокая цена, означают, что SCSI дисков, как правило, наиболее подходящие для систем, которые постоянно включены и активно используются, такие как сервера.
(Пока оценок нет)В последнее время на нашем рынке появилось большое количество разнообразных приборов, существенно расширяющих возможности компьютера. Это в первую очередь накопители Zip, Jaz и магнитооптика, это различного типа накопители на магнитной ленте, а также устройства однократной и многократной записи на компакт-диски. Большой популярностью стали пользоваться сканеры. Цены на жесткие диски снизились до такой степени, что компьютер с двумя-тремя дисками уже не редкость, а сервер обязательно содержит отказоустойчивый дисковый массив. В связи с этим довольно часто возникает задача подключения к компьютеру новых устройств. Наиболее просто данная задача решается, если в компьютере установлен SCSI-контроллер.
В отличие от IDE, поддерживающего ограниченный набор внутренних периферийных устройств, интерфейс SCSI был разработан, чтобы поддерживать много видов как внутренних, так и внешних устройств.
Базовый SCSI (Small Computer System Interface – интерфейс малых компьютерных систем, иногда называемый SCSI-1) – это универсальный интерфейс для подключения различных устройств. В базовом стандарте можно было к одной шине подключить до восьми устройств, включая контроллер. Интерфейс содержит развитые средства управления и в то же время не ориентирован на какой-либо конкретный тип устройств. Имеет 8-pазpядную шину данных, максимальная скорость передачи – до 1,5 Мб/с в асинхронном режиме (по методу «запрос-подтверждение»), и до 5 Мб/с в синхронном режиме (метод «несколько запросов – несколько подтверждений»). Может использоваться контроль четности для обнаружения ошибок. Электрически реализован в виде 24 линий (однополярных или дифференциальных), хотя в подавляющем большинстве устройств применяются однополярные сигналы.
В процессе развития был принят стандарт SCSI-2 – существенное развитие базового SCSI. Увеличена скорость передачи (до 3 Мб/с в асинхронном и до 10 Мб/с в синхронном режиме) – Fast SCSI. Добавлены новые команды и сообщения, поддержка контроля четности сделана обязательной. Введена возможность расширения шины данных до 16 разрядов (Wide SCSI), что обеспечило скорость до 20 Мб/с. Введен новый 68-контактный соединительный разъем.
Последующая спецификация, SCSI-3, уже не только ввела новые скорости передачи, но и значительно расширила систему команд. Кроме того, в качестве среды передачи допускается использование, наряду с традиционным параллельным шинным интерфейсом, и других параллельных и последовательных протоколов: Fibre Channel, IEEE 1394 Firewire и Serial Storage Protocol (SSP).
В настоящее время наиболее широко применяется интерфейс Ultra SCSI, использующий частоту шины 20 МГц. Интерфейс Ultra/Wide SCSI поддерживает 16 устройств и обеспечивает скорость передачи данных до 40 Мб/с. Но он постепенно вытесняется более скоростным Ultra-2 Wide SCSI, обеспечивающим скорость передачи до 80 Мб/с.
Непрерывное повышение тактовой частоты шины привело к необходимости ограничить максимальную длину соединительного кабеля в интерфейсе Ultra SCSI до полутора метров. Поэтому при дальнейшем увеличении тактовой частоты, в соответствии с рекомендациями SCSI-3, изменилось количество проводов шины, технология исполнения самой шины и уровни передаваемых по ней сигналов. Соединительный разъем остался таким же, как и в интерфейсе Ultra SCSI. Однако сама шина теперь выполняется витыми проводами (на рис. 1а, слева, приведена фотография кабеля Ultra Wide, а на рис. 2б, справа, кабеля Ultra-2 Wide).
Каждый сигнал шины Ultra-2 Wide передается по двум проводам в противофазе (дифференциально). Это – так называемая LVD (Low Voltage Differential), низковольтная дифференциальная передача сигналов. Благодаря дифференциальной передаче сигналов допустимую длину соединительного кабеля удалось увеличить до 12 м.
Сравнение различных интерфейсов SCSI приведено в таблице:
| Стандарт | Длина кабеля, м | Скорость, Мб/с | Количество приборов |
| SCSI-1 | 6 | 5 | 8 |
| SCSI-2 | 6 | 5...10 | 8 или16 |
| Fast SCSI-2 | 3 | 10...20 | 8 |
| Wide SCSI-2 | 3 | 20 | 16 |
| Fast Wide SCSI-2 | 3 | 20 | 16 |
| Ultra SCSI-3, 8-bit | 1,5 | 20 | 8 |
| Ultra SCSI-3, 16-bit | 1,5 | 40 | 16 |
| Ultra-2 SCSI | 12 | 40 | 8 |
| Wide Ultra-2 SCSI | 12 | 80 | 16 |
Ultra SCSI устройства могут работать и с более медленной SCSI-шиной. Возможно также применение медленных устройств на быстрой шине. В обоих случаях шина работает со скоростью наиболее медленного устройства. Наибольшей скорости передачи данных можно достичь лишь в случае использования устройств с одинаковым интерфейсом.
Дальнейшее развитие технологии привело к появлению стандарта Ultra160/m SCSI. Скорость передачи увеличена с 80 до 160 Мб в секунду за счет использования обоих фронтов сигнала «запрос/подтверждение» для синхронизации данных. В стандарте Ultra160/m SCSI используется низкоуровневый дифференциальный интерфейс (LVD), допускается использование кабелей длиной до 12 метров. Новый компонент интерфейса Ultra160/m SCSI – контроль окружения. Эта интеллектуальная технология заключается в проверке подсистемы хранения данных, включая соединительные кабели, объединительные платы, терминаторы и т.д. Если возникает опасность потери данных, передача происходит на более низких скоростях – метод, широко использующийся модемами и факсимильными аппаратами.
Такое обилие одновременно используемых стандартов создает определенную путаницу. К тому же не совсем понятно, для чего непрерывно увеличивается скорость передачи. Какие приборы могут обеспечить такую скорость?
Этот вопрос требует особого внимания. Действительно, испытания даже самых современных жестких дисков показывают, что их скоростные характеристики далеки от характеристик скорости передачи в шине. Тем не менее скорость передачи в шине крайне важна. Ведь протокол SCSI разработан для поддержки одновременной работы нескольких приборов, подключенных к одной шине. Данные для одного прибора (для определенности будем подразумевать жесткий диск) пересылаются по общей шине в буферную память диска. Пока продолжается медленный процесс записи на диск, пересылаются данные для другого прибора, и т.д. С точки зрения пользователя запись осуществляется как бы одновременно на несколько дисков. Поэтому шина должна обеспечивать суммарную скорость передачи для всех приборов, подключенных к шине, а с учетом необходимости передачи служебной информации – и значительно большую. Чтобы оценить преимущества, которые дает переход от интерфейса Ultra Wide SCSI к интерфейсу Ultra-2 Wide SCSI, проведены измерения скорости передачи данных для программного RAID уровня 0 на четырех дисках IBM DDRS-39130. Эксперимент проводился на компьютере с платой TYAN, NMC-6BCD+ с интегрированным контроллером Adaptec AIC-7890, процессором P-II 450 МГц. Операционная система Windows NT 4 WS. Программный RAID создан средствами операционной системы. Выбранные для эксперимента диски имеют переключатель интерфейса LVD или SE. Измерена скорость передачи данных в системе из четырех дисков для интерфейса Ultra-2 Wide SCSI (80 Мб/с) и Ultra Wide SCSI (40 Мб/с). Кроме того, измерена скорость передачи для одиночного диска. Измерения проводились с помощью WinBench99. Результаты эксперимента приведены на диаграмме (рис. 2).
Рис. 2. Результаты тестирования интерфейсов Ultra и Ultra2 Wide SCSI
Скорость передачи для одиночного диска оказалась одинаковой, как в режиме Ultra, так и в режиме Ultra-2 (на диаграмме 1 SE). Программный RAID уровня 0 в режиме Ultra повысил производительность дисковой системы примерно в 2 раза (4 SE). Те же самые диски, переключенные в режим Ultra-2, позволили повысить производительность более чем в 3 раза (4 LVD).
Для сравнения эффективности одновременной работы нескольких устройств с интерфейсом SCSI и интерфейсом IDE был собран также программный RAID уровня 0 на четырех IDE дисках. Несмотря на то, что производительность одиночного IDE диска была соизмерима с производительностью SCSI дисков (1 IDE), применение RAID на четырех IDE дисках практически не увеличило производительность дисковой системы (4 IDE).
Из результатов эксперимента понятно, что если необходимо подключение только одного прибора, то любой интерфейс обеспечит примерно одинаковую эффективность. Производительность будет определяться только механическими характеристиками самого прибора. При подключении нескольких приборов (например, нескольких дисков в сервере) интерфейс SCSI и особенно Ultra-2 обеспечивает намного большую производительность, чем, например, IDE или более ранние стандарты SCSI.
Все типы SCSI (по крайней мере, теоретически) совместимы между собой. Устройства самостоятельно устанавливают приемлемый протокол обмена. Поэтому установка приборов сводится к установке правильного значения номера устройства (SCSI ID), физическому подключению прибора к шине и включению терминаторов. Тем не менее, довольно часто владельцы компьютеров, самостоятельно подключающие устройства SCSI к своему компьютеру, жалуются на их неустойчивую работу. В большинстве случаев это связано с неправильным подключением приборов и, чаще всего, терминаторов (иногда об этих терминаторах почему-то вообще забывают).
При высоких тактовых частотах шины передачи данных, если не предпринять специальных мер по согласованию нагрузок, возникают переотражения сигналов (как эхо в Карпатах), в результате чего реальная скорость обмена информацией значительно снижается. Для согласования нагрузок ОБА конца каждой линии шины SCSI должны быть нагружены активным сопротивлением, равным волновому сопротивлению линии. В простейшем случае для этого на обоих концах линии включают нагрузочные сопротивления. Это – так называемое пассивное согласование. В настоящее время такой способ согласования практически не применяется, особенно в режиме Ultra. Тем более это недопустимо в режиме Ultra-2. Это связано с трудностью подбора нагрузочных сопротивлений, удовлетворительно обеспечивающих согласование при большом (и изменяющемся в процессе эксплуатации) количестве приборов, подключенных к шине. Практически все современные SCSI-устройства сейчас применяют активное согласование. При активном согласовании вместо резистивных делителей напряжения используются источники вспомогательного напряжения (один или несколько). Эти напряжения автоматически подстраиваются таким образом, чтобы обеспечить оптимальные условия приема передаваемых по шине сигналов. Разновидностью описанного метода является согласование с принудительным ограничением сигнала. Для реализации данного метода в активном терминаторе устанавливаются фиксирующие диоды, которые ограничивают максимальные и минимальные напряжения входных сигналов на определенных уровнях. Уровни сигналов, в свою очередь, можно задавать, изменяя опорные напряжения.
В большинстве случаев как контроллер, так и все приборы SCSI имеют встроенные активные терминаторы, которые можно включить или отключить. Однако, как правило, лучше не полагаться на встроенный терминатор, а подключить внешний. Желательно, конечно, не использовать пассивный терминатор. Современные терминаторы обязательно имеют в своем обозначении соответствующую надпись (рис. 3).
Рис. 3. Пассивный терминатор
Наиболее же употребительными являются активные терминаторы для Ultra Wide SCSI шины (рис. 4).
Рис. 4. Активный Ultra Wide SCSI терминатор
Терминаторы для Ultra-2 Wide SCSI шины должны иметь в своем обозначении аббревиатуру LVD (рис. 5). В настоящее время выпускаются также универсальные SE/LVD терминаторы, которые автоматически определяют тип интерфейса и выполняют согласование для этого типа интерфейса (рис. 6).
Рис. 5. Маркировка терминаторов для Ultra2 Wide SCSI
При подключении к SCSI-контроллеру только одного прибора (например, жесткого диска), и на контроллере, и на приборе терминаторы необходимо включить. Если это внешний прибор, имеющий дополнительный разъем для подключения других внешних SCSI-приборов (например, внешний SCSI CD-ROM), то можно воспользоваться внешним терминатором (желательно активным). В этом случае внутренний терминатор прибора обязательно должен быть выключен.
Если к контроллеру SCSI подключается несколько приборов, то терминаторы должны быть установлены только на концах шины SCSI. Так, если все подключаемые приборы внутренние, то терминаторы должны быть включены на контроллере SCSI и на одном (и только одном) приборе, который физически подключен к последнему разъему шины SCSI. Лучшие результаты получаются, если к последнему разъему подключен активный внешний терминатор, а внутренние терминаторы на всех приборах (кроме контроллера) выключены. Кстати, в последнее время многие приборы (например, жесткие диски SE/LVD) вообще не имеют встроенного терминатора.
Если все подключаемые приборы внешние, то терминаторы должны быть включены на контроллере и последнем подключенном внешнем приборе. Следует заметить, что внешние SCSI-приборы в подавляющем большинстве имеют два разъема, к одному из которых подключается шина SCSI от компьютера, а к другому могут подключаться другие SCSI-устройства. В этом случае целесообразно отключить внутренние терминаторы всех приборов и использовать активный внешний терминатор.
Если необходимо к одному SCSI-контроллеру подключить как внутренние, так и внешние приборы, то контроллер подключается к промежуточному разъему шины SCSI. Часть шины SCSI используется для подключения внутренних устройств, а другая часть заканчивается разъемом для подключения внешних устройств. В этом случае внутренний терминатор контроллера должен быть выключен. На внутреннем приборе, подключенном к последнему разъему шины SCSI, терминатор должен быть включен, а на остальных внутренних приборах – выключен. На разъеме для подключения внешних приборов всегда должен быть установлен активный внешний терминатор. При подключении внешнего SCSI-устройства внешний терминатор снимается, к разъему SCSI подключается внешний прибор, а к дополнительному разъему внешнего прибора подключается снятый ранее внешний терминатор (не забудьте правильно установить номер внешнего устройства, а то компьютер просто «зависнет»).
Все сказанное выше справедливо, если все подключаемые приборы имеют одинаковый интерфейс (все приборы Wide SCSI-2 или все приборы SCSI-2). Если же часть приборов имеет интерфейс Wide SCSI-2, а по крайней мере один (обычно CD-ROM) имеет интерфейс SCSI-2 (Narrow), то в ряде случаев возникают проблемы с правильным подключением терминаторов. Проблемы вызваны тем, что интерфейсы Wide и Narrow отличаются количеством линий передачи данных в составе шины.
Наиболее распространенной ошибкой является подключение к шине Wide SCSI-2 нескольких жестких дисков с интерфейсом Wide SCSI-2 (или Ultra Wide SCSI-2), а к последнему разъему подключается через переходник CD-ROM с интерфейсом SCSI-2. Несмотря на то, что на CD-ROM будет включен терминатор, этот терминатор осуществит согласование только 8 линий шины, тогда как остальные 8 линий, используемые в интерфейсе Wide SCSI, окажутся «висящими в воздухе».
Более правильным решением будет подключение приборов с 8-разрядным SCSI-интерфейсом к промежуточным разъемам шины (терминаторы 8-разрядных приборов выключены). К последнему разъему подключить прибор Wide SCSI с включенным терминатором (или активный внешний терминатор). Конечно, наличие переходника все равно ухудшает показатели системы. Такого варианта по возможности следует избегать (так же, впрочем, как и вообще использования на одной шине высокоскоростных и медленных устройств). Однако в данной ситуации это все-таки правильный вариант подключения. Контроллеры Ultra-2 SCSI имеют в своем составе встроенный преобразователь интерфейсов, что позволяет подключить все приборы стандарта Ultra-2 к отдельной шине, не смешивая их с менее скоростными устройствами.
Многие SCSI-контроллеры имеют 2 разъема: один для интерфейса SCSI, второй для интерфейса Wide SCSI. Это только физически разные разъемы, канал SCSI – один и тот же. Эти различные разъемы позволяют избежать применения каких-либо переходников, но не устраняют проблем с подключением терминаторов. Такие контроллеры имеют переключатели "High On/Off" и "Low On/Off". Это раздельные выключатели активных терминаторов для старшего и младшего байтов шины соответственно. Причем младший байт ("Low") – это и есть линии интерфейса SCSI (Narrow), а старший байт – линии расширения интерфейса до стандарта Wide.
Если к такому контроллеру подключаются устройства только одного стандарта, то оба переключателя устанавливаются в положение "On". Шина SCSI (или Wide SCSI) подключается одним конечным разъемом к контроллеру, к другому конечному разъему подключается прибор с включенным терминатором. Остальные приборы с выключенными терминаторами подключаются к промежуточным разъемам.
При необходимости подключения нескольких устройств с различными интерфейсами используется две шины: SCSI и Wide SCSI. Обе шины своими конечными разъемами подключаются к соответствующим разъемам контроллера. Приборы подключаются к шинам в соответствии с поддерживаемым ими стандартом. Терминаторы включаются только на приборе, подключенном к конечному разъему шины SCSI, и на приборе, подключенном к конечному разъему шины Wide SCSI. На контроллере переключатели терминаторов устанавливаются в положения "High On" и "Low Off".
В последнее время контроллеры, в том числе и установленные на материнской плате, не имеют такого переключателя (или соответствующего пункта в меню BIOS). Есть только "Terminator On/Off". В этом случае речь идет только о младших 8 разрядах шины. Старшие разряды всегда затерминированы.
Активные терминаторы, используемые в настоящее время, требуют для своей работы наличия напряжения питания. Это напряжение на активный терминатор может подаваться как с любого SCSI-устройства, так и с контроллера. На современных SCSI-устройствах есть специальный переключатель для выбора источника питающего напряжения встроенного в эти устройства активного терминатора. Обычно на заводе устанавливается режим питания терминатора от самого устройства ("Power from Drive"). Если к контроллеру подключается только один или несколько внутренних SCSI-устройств с одинаковым интерфейсом, то проблем не возникает.
Если по условиям нормального согласования шины необходимо применение активного внешнего терминатора, то нужно позаботиться о подаче на него питающего напряжения. Для этого на одном из устройств, подключенных к данной шине, должен быть включен режим подачи напряжения в шину ("Power to SCSI Bus"). Если этого не сделать, то внешний терминатор просто не будет нормально работать.
Во всех рассмотренных выше случаях наилучшие результаты обычно достигаются при питании всех терминаторов от одного источника. Чтобы подать напряжение питания на все терминаторы от одного источника на одном (любом) приборе, включается режим питания встроенного в данный прибор терминатора от внутреннего источника питания и одновременно режим подачи напряжения питания терминаторов в шину. Для этого на данном приборе перемычки (переключатели) устанавливаются в положение "Power to SCSI Bus and Drive". На остальных приборах, на которых необходимо включить терминирование, устанавливается режим питания терминатора от шины SCSI (перемычки или переключатели устанавливаются в положение "Power from SCSI Bus").
В подавляющем большинстве случаев система будет нормально работать и в случае, если каждый терминатор питается от своего источника. Главное, чтобы на каждый терминатор подавалось напряжение хотя бы от одного источника. Более того, ничего страшного не произойдет, если несколько приборов будут установлены в режим подачи напряжения питания терминаторов в линию. Цепи питания терминаторов всех приборов имеют защиту от встречно поданного напряжения.
Часто к сканерам и некоторым другим медленным SCSI-устройствам в комплекте прилагается простой SCSI-контроллер. Обычно это SCSI-1 контроллер на шине ISA 16 или даже 8 бит, с одним (внешним или внутренним) разъемом. На нем нет BIOS, часто он работает без прерываний (polling mode), иногда поддерживает только одно устройство (а не 7). В основном такой контроллер можно применять только со своим устройством. Другие приборы на таком контроллере чаще всего работать не будут. Более того, многие устройства (чаще всего сканеры) не смогут работать со стандартным контроллером. Поэтому лучше не рассчитывать на совместимость, а подключать стандартные SCSI-устройства к отдельному стандартному контроллеру.
