Исторические сведения о развитии и видоизменениях интерфейса SCSI

Основные реализации SCSI (в хронологическом порядке) приведены в таблице 1:

Таблица 1 - Обзор эволюции стандартов на интерфейс SCSI в хронологическом порядке

Наименование	Разрядность шины	Частота шины	Пропускная способность	Максимальная длина кабеля	Максимальное количество устройств
SCSI	8 бит	5 МГц	5 МБайт/сек	6 м (25 м с HVD)
Fast SCSI	8 бит	10 МГц	10 МБайт/сек	3 м (25 м с HVD)
Wide SCSI	16 бит	10 МГц	20 МБайт/сек	3 м (25 м с HVD)
Ultra SCSI	8 бит	20 МГц	20 МБайт/сек	1,5—3 м (25 м с HVD)	4—8
Ultra Wide SCSI	16 бит	20 МГц	40 МБайт/сек	1,5—3 м (25 м с HVD)	4—16
Ultra2 SCSI	8 бит	40 МГц	40 МБайт/сек	12 м (25 м с HVD)
Ultra2 Wide SCSI	16 бит	40 МГц	80 МБайт/сек	12 м (25 м с HVD)
Ultra3 SCSI	16 бит	40 МГц DDR	160 МБайт/сек	12 м
Ultra-320 SCSI	16 бит	80 МГц DDR	320 МБайт/сек	12 м
Ultra-640 SCSI	16 бит	160 МГц DDR	640 МБайт/сек

Опишем подробнее основные стандарты интерфейса SCSI в порядке хронологии их появления:

SCSI-1

Был стандартизован ANSI в 1986 г. В данном типе интерфейса SCSI использовалась параллельная восьмибитная шина с пропускной способностью 1,5 МБайт/сек в асинхронном режиме и 5 МБайт/сек в синхронном режиме. Максимальная длина кабеля могла достигать 6 метров (при большей длине кабеля передача данных без ошибок интерфейсом не гарантировалась).

SCSI-2

Этот стандарт был предложен в 1989 году и существовал в 1991-1994гг в двух вариантах — Fast SCSI и Wide SCSI.

· Fast SCSI получил удвоенную пропускную способность (до 10 МБайт/сек).

· Wide SCSI в дополнение к этому получил удвоенную разрядность шины (16 бит), что позволило достичь скорости передачи данных до 20 МБ/сек.

Максимальная длина кабеля все так же ограничивалась тремя метрами.

Также в этом стандарте была предусмотрена 32-х битная версия Wide SCSI, которая позволяла использовать два шестнадцатибитных кабеля на одной шине, но эта версия не получила широкого распространения.

SCSI-3

Известен под названием Ultra SCSI. Был предложен в 1992 году, но широко известным стал в 1994г. Пропускная способность шины - 20 МБайт/сек для восьмибитной шины и 40 МБайт/сек - для шестнадцатибитной. Максимальная длина кабеля так и осталась равной трём метрам. Впервые в истории развития интерфейса была осуществлена практическая возможность «горячего подключения» устройств. Имел стандартный протокол для работы с SCSI-1,2 как в синхронном, так и асинхронном режиме. Использовал семиуровневая модель, где транспортный уровень был представлен физическими соединениями, линиями, разъемами и сигналами, а также протоколом оптоволоконного канала. Устройства, отвечающие этому стандарту, известны своей чувствительностью к качеству элементов системы (кабель, терминаторы).

Ultra-2 SCSI

Был предложен в 1997 году. Использовал LVDS. Максимальная длина кабеля увеличена до 12 метров, пропускная способность — до 80 МБайт/сек.

Ultra-3 SCSI

Также известен под названием Ultra-160 SCSI. Был предложен в конце 1999 года. Имел удвоенную пропускную способность по сравнению с Ultra-2 SCSI (160 МБайт/сек). Увеличения пропускной способности удалось достичь за счёт одновременного использования фронтов и срезов импульсов. В этот стандарт были добавлены использование CRC[1] и предупреждение ошибок.

Ultra-320 SCSI

Также известен под названием Fast Ultra-320. Ultra320 LVD SCSI диск Fujitsu MAP3735NC из состава RAID-массива подключается при помощи разъёма SCA-2. Разновидность интерфейса Ultra-3 с удвоенной скоростью передачи данных (до 320 МБайт/сек).

Ultra-640 SCSI

Был предложен в начале 2003 года. Удвоенная пропускная способность (640 МБайт/сек). В связи с резким сокращением максимальной длины кабеля был неудобен для использования с более чем двумя устройствами, поэтому не получил широкого распространения.

Организация интерфейса SCSI

Рис. 1 - Логотип SCSI

Контроллер SCSI может работать с любым устройством, на котором присутствует данный интерфейс (жесткий диск, сканер). Все типы SCSI (по крайней мере, теоретически) вполне 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 о терминаторах почему-то вообще забывают).

Параллельные шины SCSI для обеспечения нормального функционирования всегда должны терминироваться с обеих сторон. Подавляющее большинство контроллеров и многие устройства имеют возможность автотерминирования — использования встроенного терминатора. Терминаторы шины SCSI должны выполнять две задачи:

• избавить линии шины от отражений сигналов с ее концов;
• обеспечить требуемый уровень сигнала пассивных линий.

Первая задача вытекает из того, что шлейф SCSI может иметь довольно большую протяженность, и в терминах теоретических основ электротехники каждая сигнальная линия является «длинной линией». Чтобы сигналы не отражались от концов этой линии, оба конца должны быть нагружены согласованной нагрузкой. Согласованность означает совпадение волнового сопротивления линии с динамическим сопротивлением (импедансом) нагрузки. Волновое сопротивление линий кабельных шлейфов, применяемых в SCSI, обычно лежит в диапазоне 85-110 Ом. Если терминаторов не будет (или импеданс терминатора не совпадает с линией), «звон» отраженных сигналов будет приводить к помехам на шине.

Вторая задача обусловлена спецификой интерфейса SCSI, где каждой сигнальной линией может управлять любое из нескольких устройств, подключенных к шине. Причем устройство, посылающее сигнал, формирует только активный уровень (низкий в недифференциальных версиях SCSI), а возвратить линию в пассивное состояние должны терминаторы. Если нет ни одного терминатора, то уровень на линиях, «отпущенных» устройством, за счет входных токов приемников сигнала тоже будет возвращаться в пассивное состояние, но гораздо медленнее. Если шина достаточно длинная и устройств много, то это возвращение будет слишком запоздалым и может вызвать сбои в протоколе. У высокоскоростных устройств применяется активное возвращение сигналов в пассивное состояние (active negation), отчего возникает иллюзия возможности работы шины без терминаторов. Однако устойчивая работа при большом количестве устройств (более двух на шине, включая контроллер) проблематична.

Терминаторы шины SCSI

Все терминаторы (не только «активные») нуждаются в питании, которое на них поступает по специальным линиям TERMPWR (+5 В).

• Пассивные терминаторы SE имеют импеданс 132 Ом, что плохо согласуется с ленточным кабелем шины. Эти терминаторы пригодны лишь для «обычного» интерфейса SCSI (скорость передачи до 5/10 Мбайт/с в «узком»/ «широком» вариантах). Для Fast SCSI, Ultra SCSI и далее они непригодны.

• Активные терминаторы SE имеют импеданс 110 Ом, что позволяет их использовать на более высоких скоростях в Fast SCSI. Их «активность» заключается лишь в наличии внутреннего источника опорного напряжения (ИОН) +2,85 В, питающегося от тех же линий TermPWR. Микросхемы активных терминаторов имеют и электронные ключи, включенные последовательно в каждую линию. Ключи управляются общим сигналом, позволяющим включать-отключать терминатор.

• Терминаторы FPTSE (Forced Perfect Terminator) — улучшенный вариант активных терминаторов с диодными ограничителями выбросов, применяемые в высокоскоростных версиях SE-интерфейса.

• Терминаторы для LVD имеют дифференциальный импеданс 105 Ом (линейный — 150 Ом). Здесь два источника опорных напряжений обеспечивают между прямым и обратным проводами смещение 112 мВ (в их пассивном состоянии).

• Универсальные терминаторы LVD/SE сочетают в себе активные SE-терминаторы, дифференциальные терминаторы LVD, схему определения режима и цепи коммутации каждого провода (прямого и обратного) шины SCSI на соответствующие терминирующие цепи.