"Отважно ступаем на неизведанную землю" - IDE диски на SCSI контроллерах
С каждым новым поколением дисков производители винчестеров достают новые тузы из своих рукавов: последние модели быстрее, тише и объемнее своих предшественников. Они уже достигли объема в 200 Гб - а вскоре мы увидим и 300 Гб диски. Но дисков такого размера с интерфейсом SCSI не выпускается, а SCSI является стандартом для серверного рынка.
Мощные серверные системы должны быть надежными, быстрыми и обладать ресурсами по мощности и емкости. Первые два параметра без проблем достигаются с помощью использования лучших SCSI контроллеров и лучших винчестеров. Но увеличение объема хранения может стать в копеечку.
Поэтому, почему бы нам ни попробовать использовать боле дешевые IDE решения - они выполняют ту же работу, что и их более дорогие SCSI собратья. Однако против использования IDE дисков говорят несколько аргументов: максимальное число устройств, надежность современных жестких дисков и недостаток функциональности контроллеров.
Тайваньский производитель Acard разработал адаптер, позволяющий IDE дискам работать на SCSI контроллерах.
На самом деле подобные проблемы не касаются домашних пользователей. Пусть даже системы на SCSI и быстрее работают, но в силу высокой стоимости они не так привлекательны. Помимо денег, которые вы заплатите за современный винчестер, вам необходимо будет купить и узловой контроллер. Если же вам нужен RAID контроллер, то будьте готовы выложить, по меньшей мере, стоимость Pentium 4.
Благодаря двум Ultra160 SCSI каналам, Adaptec 39160 обеспечивает уровень гибкости, который трудно превзойти.
Сегодня IDE диски отличаются высокой скоростью и объемом. А что касается цены, то SCSI им не конкурент.
Но серверный сегмент диктует совершенно иные правила игры. Дело там не в лишних гигабайтах - приоритетное значение отдается максимальной надежности и производительности, поскольку даже незначительный простой сервера будет стоить серьезных денег, а в худшем случае поставит под вопрос даже существование компании.
Именно поэтому SCSI решения так дороги: дорогая разработка, высококачественные компоненты, да и рынок сравнительно невелик.
Однако не так давно Maxtor объявила о входе на серверный сегмент рынка с новой линейкой приводов с IDE интерфейсом. С низкой минимальной производительностью и должной надежностью, цель заключается в достижении значительно повышенной емкости по сравнению со SCSI дисками (где максимум на сегодня 147 Гб). Теоретически план хорош, поскольку за цену пяти Ultra320 SCSI дисков, каждый по 147 Гб, вы можете купить 15 самых современных IDE дисков, каждый по 200 Гб.
Единственное, чего сегодня не хватает - это подходящих контроллеров. На то, что производители выпустят версии своих high-end контроллеров для IDE, шансов мало. Однако на рынке существует огромное количество узловых SCSI контроллеров.
Помимо IDE2SCSI адаптеров, представленных ниже, Acard главным образом известна своими SCSI и IDE контроллерами и связанными с ними продуктами, равно как и необычными решениями по работе с данными - типа CD или DVD станций копирования.
Тоже от Acard: двухканальный IDE RAID контроллер AEC-6880.
Необычная вещица: IDE2SCSI адаптер AEC7722, вид спереди.
Адаптер по ширине равняется 5,25" приводу и подключается напрямую к IDE винчестеру. Однако тока на шине IDE недостаточно для питания контроллера, поэтому требуется подключение внешнего питания.
Для тестов мы использовали жесткий диск IBM (Hitachi).
Как видим, подсоединенный адаптер чуть выступает слева. Перед покупкой адаптера не забудьте проверить наличие достаточного места в вашем компьютерном корпусе.
Будьте аккуратны при подключении адаптера, поскольку под давлением плата немного сгибается.
Сзади адаптера не размещено никаких компонентов. Только лишь IDE разъем.
Как утверждает Acard, максимальная скорость работы интерфейса адаптера составляет 80 Мбайт/с. Даже если пиковая скорость передачи современных дисков может быть и больше, подобной пропускной скорости будет вполне достаточно для большинства применений.
Чип, BIOS и перемычки (сверху). Последние две используются для установки SCSI-ID.
Сердце IDE2SCSI адаптера: контроллер, изготовленный Achip (ARC765-D).
Вид на адаптер спереди и сзади.
С ног на голову: узловой SCSI адаптер от Adaptec ищет доступные приводы. Был обнаружен 180 Гб IDE диск от IBM.
Разъем SCSI имеет 80 небольших контактов (сверху). В отличие от него у IDE всего 40 контактов.
Типичный Ultra160 SCSI кабель имеет от трех до пяти разъемов для подключения дисков. У более дорогих версий число разъемов может доходить до 15-ти.
Спецификация SCSI предусматривает терминирование обоих концов шины, то есть там должен находиться специальный резистор для предотвращения отражения сигналов.
Тестирование
| Тестовая система | |
| Процессор | Intel Pentium 4, 2.0 ГГц 256 KB L2-Cache (Willamette) |
| Motherboard | Intel D845EBT, 845E чипсет |
| Память | 256 Мб DDR/PC2100, CL2, Infineon |
| Контроллер | IDE: i845E UltraDMA/100-Controller (ICH4) SCSI: Adaptec AHA-39160 Ultra160-SCSI |
| Видеокарта | NVIDIA GeForce2 MX 400 |
| Сетевая карта | 3COM 905TX PCI 100 MBit |
| ОС | Windows XP Pro 5.10.2600, SP1 |
| Тесты | |
| High-End- приложения | ZD WinBench 99 - Highend Disk Winmark 1.2 |
| Производительность | HD Tach 2.61, PC Mark 2002 (HD Test) |
| Производительность ввода/вывода | Intel I/O-Meter |
| Драйверы и настройки | |
| Видео драйвер | NVIDIA reference driver 29.42 |
| IDE драйвер | Intel Application Accelerator 2.2.2 |
| Версия DirectX | 8.1 |
| Разрешения | 1024x768, 16 бит, 85 Гц обновление |
Чтобы посмотреть, как современный IDE жесткий диск будет работать на SCSI контроллере с обычной настройкой, мы протестировали тестовый диск IBM IC35L180 в обеих конфигурациях.
Заключение: полезно, но дорого
Результат тестов понятен: различие между жестким диском, работающим на IDE и на Adaptec 39160 SCSI контроллере, пренебрежимо мало во всех важных тестах.
Несколько пониженная производительность ввода/вывода связана с потребностью производить преобразование протоколов интерфейса, что довольно важно в серверном окружении. Каждая операция доступа к диску обрабатывается контроллером Achip. Таким образом, IDE жесткие диски с адаптером не стоит использовать в приложениях с интенсивным доступом к диску (то есть для баз данных или для веб-серверов). В данных областях SCSI приводы имеют явное преимущество перед IDE собратьями, поскольку они могут обеспечить большее количество операций ввода/вывода в секунду.
SCSI адаптеры и IDE жесткие диски с адаптерами интересны в тех применениях, где требуются винчестеры большого объема. Если вы установите объемные жесткие диски, вы можете оснастить ваше хранилище данных меньшим количеством дисков, и что более важно, оно обойдется вам намного дешевле SCSI варианта. Даже если вы установите несколько резервных дисков на случай отказа IDE винчестеров (в большом RAID кластере), вы все еще сэкономите ощутимое количество денег. Конечно, переход к такой конфигурации является, прежде всего, вопросом доверия производителю жестких дисков.
Если вы заинтересовались IDE2SCSI адаптером, то мы вас немного огорчим: он отнюдь не дешев. На сайте Acard цены начинаются с $69 - довольно существенная цена для контроллера, предназначенного для экономных решений.
Поэтому использовать Acard адаптер имеет смысл лишь в случаях, когда вы сэкономите большое количество денег, отказавшись от SCSI приводов и перейдя на объемные IDE диски, без учета дополнительных дорогих мер безопасности (избыточность, зеркалирование, отсеки для горячей замены).
Несмотря на кажущееся засилье устройств с интерфейсом IDE/EIDE, по объемам выпуска за SCSI жесткими дисками все-таки остается около 27% рынка. Обычно это объясняют тем, что эти интерфейсы рассчитаны на разные сегменты рынка — IDE для «популярных и дешевых систем», а SCSI для «высокопроизводительных рабочих станций». Однако многие могут возразить, что в последнее время жесткие диски IDE достигли производительности SCSI и стоят значительно дешевле. И IDE контроллер, причем уже самый быстрый, обычно находится на материнской плате и не требует дополнительных материальных затрат, тогда как на хороший SCSI контроллер нужно потратить минимум $100. Но находятся люди, настойчиво отдающие предпочтение этому интерфейсу со сложно читаемым названием. Кстати, SCSI читается и произносится как «скази ». Я тоже частично отношу себя к таким и попытаюсь привлечь на нашу сторону еще хоть немного пользователей, а также немного рассказать о собственно SCSI.
Спор «Что лучше: IDE или SCSI» входит в число самых распространенных во многих телеконференциях. Число сообщений и статей на эту тему очень велико. Однако этот вопрос, как и знаменитое «Windows NT or OS/2 or Unix», в такой постановке является неразрешимым. Наиболее частая и правильная реакция на них «А для чего?». Рассмотрев этот вопрос подробнее, Вы сможете принять для себя решение о необходимости SCSI для себя.
Расскажем подробнее, что может дать простой SCSI контроллер по сравнению с IDE и за что его нужно выбирать или не выбирать.
| предложение SCSI | возражения EIDE/ATAPI | ответ SCSI |
|---|---|---|
| возможность подключения 7 устройств к одному контроллеру (к Wide — 15) | нетрудно установить 4 контроллера IDE и всего будет 8 устройств | на каждый контроллер IDE нужно по прерыванию! И только 2 будут с UDMA/33. А 4 UWSCSI это 60 устройств:) |
| широкий спектр подключаемых устройств | на IDE есть СDD, ZIP, MO, CD-R, CD-RW | а драйвера и программы для всего этого у вас точно есть? и много? а вот для SCSI можно использовать любые, в том числе входящие в состав ОС |
| возможность подключать как внутренние, так и внешние устройства | ? removable rack или LPT-IDE | :) |
| общая длинна кабеля SCSI может достигать 25 метров. В обычных вариантах 3-6м * | если не разгонять шину PCI, можно и на метр | мало! |
| можно использовать кэширование и технологии RAID для кардинального повышения производительности и надежности | раньше были кэширующие Tekram"ы, а сейчас появились и RAID для IDE | это не работает и вообще не серьезно |
* Стоит заметить, что в случае использования интерфейса Ultra или Ultra Wide SCSI на какчество соединительных кабелей и их длину накладываются дополнительные ограничения, в результате чего максимальная длина соединения может быть существенно снижена.
Чтобы не складывалось впечатление, что IDE это очень плохо и за его использование Вам должно быть стыдно, отметим и положительные качества IDE интерфейса, частично в свете выше приведенной таблицы:
Теперь о цене. Самый простой SCSI на шину ISA стоит около $20, но сейчас такие просто никому не нужны, поэтому можно найти и дешевле. Следующий вариант это контроллер на шине PCI. Простейший вариант FastSCSI стоит около $40. Однако сейчас появилось множество материнских плат, на которых всего за +$70 может быть установлен Adaptec 7880 UltraWideSCSI. Даже у знаменитых ASUS P55T2P4 и P2L97 есть варианты со SCSI. Для UWSCSI карточки цена варьируется от $100 до $600. Также бывают двухканальные (как IDE на Intel Triton HX/VX/TX) контроллеры. Цена их естественно выше. Заметим, что в случае SCSI, в отличие от IDE, где что-то новое придумать сложно, за дополнительные деньги контроллеры могут быть расширены функциями кэш-контроллера, RAID-0..5, hotswap и т. д., поэтому говорить о верхней границе стоимости контроллера не совсем корректно.
И наконец о скорости. Как известно, сегодня максимальная скорость передачи информации по шине IDE составляет 33 Мб/с. Для UWSCSI аналогичный параметр достигает 40 Мб/с. Основные преимущества SCSI проявляются при работе в мультизадачных средах (ну и в Windows95 немного:). Многие тесты, приведенные под WindowsNT показывают несомненное преимущество SCSI. Пожалуй это самая популярная на сегодня ОС, для которой применение SCSI более чем оправдано. Также могут быть конкретные задачи (связанные, например, с обработкой видео) в которых просто невозможно использование IDE. Про отличия внутренних архитектур, также влияющих на производительность, в этой статье говорить не будем, поскольку там слишком много специальных терминов. Отметим только, что наблюдая за развитием IDE с удивлением замечаем, что он приобретает многие черты SCSI, но, будем надеяться, все-таки совсем они не сольются.
Вот Вам картинка самого простого FastSCSI контроллера на шине PCI.
Как видно, больше всего места занимают разъемы. Самый большой (и самый старый) это разъем для 8-битных внутренних устройств, часто называемый narrow , он аналогичен разъему IDE, только в нем не 40, а 50 контактов. На большинстве контроллеров есть и внешний разъем, как следует из названия, к нему можно и нужно подключать внешние SCSI устройства. На картинке изображен разъем типа mini-sub D на 50 контактов.
Для Wide устройств используется аналогичный, но на 68 контактов, также используется крепление не в виде защелок, а на винтах — как у COM мышек и принтеров. Он даже меньше, чем narrow, за счет более высокой плотности расположения контактов. (Кстати, несмотря на название, wide шлейф тоже уже, чем narrow). Иногда можно встретить и старый вариант внешнего разъема — просто centronix. Такой же (внешне, но не функционально:) Вы можете встретить на своем принтере. Некоторые устройства, например IOmega ZIP Plus, а также расчитанные на Mac, используют обычный 25 контактный Cannon (D-SUB), как на модеме. Для внешних высокоскоростных соединений применяется и mini-centronics. Вот полная таблица:
(размеры почти оригинальные)
| Внутренние | |
Low-Density 50-pin |
подключение внутренних narrow устройств — HDD, CD-ROM, CD-R, MO, ZIP. (как IDE, только на 50 контактов) |
High-Density 68-pin |
подключение внутренних wide устройств, в основном HDD |
| Внешние | |
 DB-25 |
подключение внешних медленных устройств, в основном сканеров, IOmega Zip Plus. наиболее распространен на Mac. (как у модема) |
 Low-Density 50-pin |
или Centronics 50-pin. внешнее подключение сканеров, стриммеров. 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. по некоторым источникам применяется для внешнего подключения SCSI устройств |
Для работы любого устройства, как известно, необходима программная поддержка. Для большинства IDE устройств минимальная встроена в BIOS материнской платы, для остальных необходимы драйвера под различные операционные системы. У SCSI устройств все немного сложнее. Для первичной загрузки со SCSI жесткого диска и работы в DOS необходим свой SCSI BIOS. Здесь есть 3 варианта.
Кроме поддержки загрузки со SCSI устройств, BIOS обычно имеет еще несколько функций: настройка конфигурации адаптера, проверка поверхности дисков, форматирование на низком уровне, настройка параметров инициализации SCSI устройств, задание номера загрузочного устройства и т. д.
Следующее замечание следует из первого. Как Вы знаете, обычно на материнских платах есть CMOS. В нем BIOS хранит настройки платы, в том числе конфигурацию жестких дисков. Для SCSI BIOS часто необходимо также хранить конфигурацию SCSI устройств. Эту роль обычно выполняет маленькая микросхема типа 93C46 (flash). Подключается она к основному SCSI чипу. У нее всего 8 ножек и несколько десятков байт памяти, однако ее содержимое сохраняется и при выключении питания. В этой микросхеме SCSI BIOS может сохранять как параметры SCSI устройств так и свои собственные. В общем случае ее присутствие не связано с наличием микросхемы со SCSI BIOS, но, как показывает практика, обычно их устанавливают вместе.
На следующей картинке Вы можете увидеть UltraWide SCSI контроллер фирмы ASUSTeK. На нем уже присутствует микросхема SCSI BIOS. Также можно разглядеть внутренний и внешний Wide разъемы.
На последней (больше мне не удалось быстро найти:) картинке представлен двухканальный Ultra Wide SCSI контроллер. Его спецификация включает следующие пункты: RAID уровней 0,1,3,5 ; Failure Drive Rebuilding ; Hot Swap и on-line Rebuilding; кеш память 2, 4, 8, 16, 32 Mb; Flash EEPROM для SCSI BIOS. Очень хорошо виден 486 процессор, который видимо и пытается всем этим добром управлять.
Еще на плате контроллера SCSI можно встретить
Часто к сканерам и другим небыстрым 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 BIOSа, eeprom, часто он работает без прерываний (polling mode), иногда поддерживает только одно (а не 7) устройство. В основном такой контроллер можно применять только со своим устройством, т.к. драйвера есть только для него. Однако при определенном навыке можно подключить к нему например жесткий диск или стример. Это оправдано только в случае отсутствия денег и наличия времени (или спортивного интереса:) , т. к. стандартный SCSI контроллер, как уже говорилось, можно приобрести за $20-40 и иметь на порядок меньше проблем и гораздо больше возможностей.
Основными характеристиками шины SCSI являются
на скорость влияют в основном первые два параметра. Обычно они записываются в виде приставок к слову SCSI.
Максимальную скорость передачи устройство-контроллер легко подсчитать. Для этого нужно просто взять частоту шины, а в случае наличия «Wide» умножить ее на 2. Например — FastSCSI — 10Мб/с, Ultra2WideSCSI — 80Мб/с. Заметим, что WideSCSI обычно обозначает все-таки WideFastSCSI, также как и Ultra2 мне известна только в Wide варианте и только с интерфейсом LVD.
На примере обозначений жестких дисков Seagate рассмотрим варианты интерфейсов SCSI. В названии модели последние 1-2 буквы обозначают интерфейс, т.е. один и тот же диск может выпускаться с различными интерфейсами, например Baracuda 9LP — ST34573N, ST34573W, ST34573WC, ST34573WD, ST34573DC, ST34573LW, ST34573LC.
| DC | 80-pin Differential |
| FC | Fibre Channel |
| N | 50-pin SCSI connector |
| ND | 50-pin Differential SCSI connector |
| W | 68-pin Wide SCSI connector |
| WC | 80-pin Single connector SCSI |
| WD | 68-pin Wide Differential SCSI connector |
| LW | 68-pin Wide SCSI connector, low-voltage Differential |
| LC | 80-pin Single connector SCSI connector, low-voltage Differential |
В обычной жизни встречаются в основном интерфейсы, обозначенные N и W. Их «Differential» варианты обеспечивают повышенную помехозащищенность и увеличенную допустимую длину шины SCSI. «Low-voltage» применяется с новым протоколом Ultra2. «Single connector» используются в основном в hot-swap конфигурациях, т.к. объединяют сигналы SCSI питания и заземления в одном разъеме. «Fibre Channel» скорее похож на интерфейс локальной сети, чем на SCSI, т. к. является последовательным интерфейсом. Скорость в 100Mb/s для него вполне обычна. Применяется в Hi-End конфигурациях.
Перечислить все SCSI устройства не представляется возможным, приведем только несколько их типов: жесткий диск, CD-ROM, CD-R, CD-RW, Tape (стример), MO (магнитооптический драйв), ZIP, Jaz, SyQuest, сканер. Среди более экзотических отметим Solid State disks (SSD) — очень быстрое устройство массовой памяти на микросхемах и IDE RAID — коробка с n IDE дисками, которая притворяется одним большим SCSI диском. В общем случае можно считать, что все устройства на шине SCSI одинаковы и для работы с ними используется один набор команд. Конечно по мере развития физического уровня SCSI изменялся и программный интерфейс. Один из наиболее распространенных сегодня — ASPI. Поверх этого интерфейса можно применять драйвера сканеров, CD-ROMов, MO. Например правильный драйвер CD-ROMа может работать с любым устройством на любом контроллере, если у контроллера есть ASPI драйвер. Кстати, Windows95 эмулирует ASPI даже для IDE/ATAPI устройств. Это можно посмотреть например в программах типа EZ-SCSI и Corel SCSI. Каждое устройство на SCSI шине имеет свой номер. Этот номер называется SCSI ID. Для устройств на narrow SCSI шине он может быть от 0 до 7, на wide соответственно от 0 до 15. У SCSI контроллера, являющегося равноправным SCSI устройством, тоже есть свой номер, обычно это 7. Заметим, что если у Вас один контроллер, но есть разъемы и narrow и wide, то SCSI шина все-таки одна, и все устройства на ней должны иметь уникальные номера. Для некоторых целей, например у библиотек устройств CD-ROM, применяется еще LUN — логический номер устройства. Если в библиотеке 8 CD-ROM, то она имеет SCSI ID, например, 6, а логически CD-ROMы различаются по LUN. Для контроллера все это выглядит в виде пар SCSI ID — LUN, в нашем примере 6-0, 6-1, ..., 6-7 . Поддержку LUN при необходимости нужно включать в SCSI BIOS. Номер SCSI ID обычно устанавливается с помощью перемычек (хотя в SCSI существуют и новые стандарты, аналогичные Plug&Play, не требующие перемычек). Также ими можно установить параметры: проверка четности, включение терминатора, питание терминатора, включение диска по команде контроллера,
Для установки SCSI контроллера и устройства минимально необходимо иметь — их самих и еще SCSI шлейф:). Также могут пригодиться свободный слот расширения в Вашем ПК, свободное прерывание для этого слота, 1-5 правильных винта или шурупа, от 2 до 8 различных перемычек, дисковод или CD-ROM (уже подключенный:) для носителя драйверов. Более сложные конфигурации могут включать внешние SCSI кабели, внешние терминаторы (см. ниже), переходники Wide-Narrow и т.д. Часто возникают вопросы о возможности подключения Fast/ Ultra/ Narrow/ Wide устройств в различных комбинациях. Для наиболее распространенных устройств общее правило в этом случае таково: если разъемы совпадают, то подключить можно. Другими словами, в этом случае важно отличать Narrow/ Wide и не обращать внимания на Fast/ Ultra. (В стороне остается Ultra2, т. к. она существует только в варианте разъема / интерфейса LVD). Однако скорость и надежность могут сильно упасть. Более подробно см. выше в разделе «Характеристики SCSI / интерфейсы». Кроме того существуют различные переходники типа narrow-wide, но их применение очень не рекомендуется.
Как уже говорилось, обычно контроллер имеет SCSI ID=7. Если Вы можете придумать причину, по которой этот номер необходимо поменять, сделайте это через SCSI BIOS. Также можно настроить: поддержку скоростей ultra, поддержку более двух дисков, поддержку removable как диск во время загрузки и т.д. Для каждого из устройств на SCSI шине можно настроить: проверку четности, задержку при включении (чтобы не одновременно все 7 дисков включались), максимальную скорость устройства. Для не PnP контроллеров на шине ISA не забудьте установить используемое им прерывание в BIOS SETUP в «Legal ISA». Для PCI контроллера проверьте, что ему тоже досталось прерывание, и он его ни с кем не делит, хотя для последних моделей это часто не важно.
Возможно кто-то и помнит такой интерфейс жестких дисков, как ST506 (MFM/RLL), там как раз применялась терминация кабеля данных на последнем диске. Также терминаторы применялись и в дисководах гибких дисков, но очень давно. Цель применения терминаторов — обеспечить согласование уровней сигналов, уменьшить затухание и помехи. Говорят, что проблемы с терминаторами являются наиболее распространенными, однако если внимательно все делать, их не возникнет. Каждое SCSI устройство имеет возможность включения или выключения терминаторов. Исключение составляют некоторые сканеры, у которых терминация шины включена навсегда и внешние устройства со сквозной шиной. Варианты терминаторов:
Кроме того терминаторы могут быть пассивными или активными. Сегодня большинство активные, которые обеспечивают большую помехоустойчивость и надежность на высоких скоростях. Определить, какой используется на SCSI устройстве обычно можно по способу его включения. Если это одна перемычка, или он автомстический, то скорее всего активный. А если для его выключения необходимо вытащить из устройства 1-2 резисторных сборки, то пассивный. В принципе терминация шины с разных концов разными по типу терминаторами возможна, но только на низких скоростях. Кстати, это еще один аргуметн в пользу разделения медленнх и быстрых устройств на разные конттроллеры или каналы.
Более подробно про терминаторы написано в описании каждого устройства. Правила терминирования часто нарисованы в руководстве к адаптеру. Главное звучит так: шина SCSI должна быть затерминирована на обоих своих концах. Здесь рассмотрим наиболее распространенные варианты устройств на одной SCSI шине (wide или narrow)
Простейший вариант: контроллер и одно устройство (внешнее или внутреннее — не важно). Терминаторы необходимо включить и на контроллере и на устройстве (или в устройство)
Вариант с несколькими внутренними устройствами. Терминатор включен только на последнем и на контроллере.
Есть как внутренние, так и внешние устройства. Терминаторы включены на крайних внутреннем и внешнем устройствах.
Есть внутренне и несколько внешних устройств. Терминаторы на внутреннем и в последнем внешнем устройстве
Немного сложнее ситуация, когда на одном контроллере (шине) используются narrow и wide устройства одновременно. Представим, что у нас две 8 бит шины, которые на самом деле есть просто старший и младший байты wide шины (в описаниях и SCSI BIOS это так и называется — High byte/Low byte) . Теперь, следуя вышеприведенным правилам, необходимо затерминировать обе эти шины. Обычно в таких случаях на контроллере можно независимо терминировать старший и младший байты wide шины. В этой ситуации narrow шина есть продолжение младшего байта wide шины. Приведем один пример:
В принципе это возможно, только обратите внимание на терминацию. Однако все-таки лучше так не делать. Поскольку всегда сосуществование на одной шине быстрых (wide это обычно UltraWide SCSI) и медленных устройств (narrow это обычно только Fast SCSI или даже SCSI-1) не есть хорошо.
Домашнее задание: На Wide контроллере есть 3 разъема: внешний и внутренний wide и внутренний narrow. К ним можно подключить три кабеля с устройствами. Вопрос: на каких устройствах необходимо включить терминаторы?
Такой вариант вполне работоспособен. Нужно только использовать переходник wide-narrow или это может быть внешний SCSI кабель с narrow разъемом на одном конце и wide на другом. Чаще всего такая необходимость возникает при подключении внешних narrow устройств к wide контроллеру, т. к. он обычно имеет wide внешний разъем. Если все-таки используете переходники, обратите внимание на терминацию! При подключении внешнего narrow устройствак wide разъему переходник должен терминировать high byte. Если же подключается narrow устройство к внутреннему разъему wide, то переходник просто преобразовывает разъемы (т. е. сокращает количество проводов с 68 до 50).
Подключение жестких дисков очень просто, нужно только позаботиться о двух вещах — о терминаторе и SCSI ID. Обычно у нового диска терминация включена, а номер поставлен на 6 или 2. Поэтому если Вы ставите первый диск, то заботиться не о чем, а если нет, то нужно проверить эти установки. Еще одно замечание о SCSI ID — старые контроллеры Adaptec могут загружаться только с номера 0 или 1.
Следующий этап установки — форматирование диска. Считается хорошим тоном перед использованием диска на новом контроллере отформатировать его именно на нем. Это связано с тем, что у разных производителей SCSI адаптеров используются разные схемы трансляции секторов (можно сравнить с LBA, CHS, LARGE у IDE дисков) и при переносе диск может работать плохо или вообще никак. Если диск на новом контроллере не заработал, попробуйте его отформатировать командой format, а если не поможет, то из SCSI BIOSа (я лично таких вариантов не встречал).
Если Вы подключаете больше двух жестких дисков или диски объемом более 2Г, может потребоваться изменить установки SCSI BIOS. При подключении removable устройств, например IOmega Jaz, для загрузки с них нужно установить опции SCSI BIOS. Описание возможных вариантов слишком велико, может быть оно и будет приведено здесь потом, а пока — читайте описания, ничего страшного там нет:).
Для этих устройств под DOS необходим драйвер. Обычно он устанавливается поверх ASPI драйвера. При работе не под DOS обычно никаких драйверов не требуется. При желании можно установить параметр контроллера на загрузку с CD диска. Для работы с CD-R/CD-RW устройствами в режиме записи Вам потребуется специальное ПО (например Adaptec EZ-CD Pro).
Аналогично CD-ROM SCSI стримеры могут работать с большинством операционных систем со стандартными драйверами. Очень удачно, что можно, например под WindowsNT, использовать стандартную программу backup, а не специализированное ПО.
Обычно в комплект сканеров входит своя карточка. Иногда она совсем «своя», как, например, у Mustek Paragon 600N, а иногда просто максимально упрощенный вариант стандартного SCSI. В принципе использование сканера с ней не должно вызывать проблем, но иногда подключение сканера к другому контроллеру (если у сканера есть такая возможность) может принести пользу. Сканирование A4 с 32 бит цветом на 600dpi это картинка около 90 Mb и передача этого количества информации через 8 бит шину ISA не только занимает много времени, но и сильно замедляет ПК, т.к. драйвера к этой стандартной карточке обычно 16 битные (пример — Mustek Paragon 800IISP). В качестве дополнительного обычно выступает дешевый FastSCSI PCI контроллер. Менее или более производительный не дадут ничего нового. В таком варианте тоже есть замечание — нужно убедиться, что сканер (или более важно — его драйвера) может работать с Вашим новым контроллером в Вашей конфигурации. Например драйвера Mustek Paragon 800IISP рассчитаны на свою карточку или любую ASPI совместимую.
При выборе SCSI контроллера нужно обращать внимание на несколько параметров (в случайном порядке и с большой избыточностью)
FastSCSI PCI
контроллер — Tekram DC-390. Этот
контроллер построен на базе известного чипа AMD,
что гарантирует работоспособность под
большинством операционных систем с встроенными
драйверами, однако можно использовать и от Tekram.
Присутствует маленький и хорошенький SCSI BIOS.
Контроллеры на чипе Symbios Logic SYM53C810, хорошо
известны большинству ОС. SCSI BIOS именно для него
входит почти в любой AWARD BIOS для материнских плат.
Очень дешевый и тем не менее работоспособный.
UltraWideSCSI PCI
контроллер — Adaptec AHA2940UW. Один
из самых популярных сегодня, хотя уже сдает свои
позиции. Однако он все-таки работоспособен. Ну
немного медленный и дорогой, зато работает под
всеми распространенными ОС.
Контроллеры на чипе Symbios Logic 53C875. Многие отмечают
его скорость и надежность.
HDD — ну конечно Seagate Cheetah — с RPM 10000 сложно поспорить. Но без дополнительных вентиляторов охлаждения этот диск долго не проживет:(. Так же отличаются надежностью и другие серии дисков Seagate — Barracuda и Hawk.
Остальные (CD-ROM, Tape, CD-R и другие) — здесь все по вкусу. SCSI устройства производят многие известные компании. Например HP, Sony, Plextor, Yamaha.
При подготовке статьи были
использованы материалы
компаний IBM, Seagate, ASUSTeK, Tekram
В этой статье мы заглянем в будущее интерфейса SCSI и рассмотрим некоторые преимущества и недостатки интерфейсов SCSI, SAS и SATA.
На самом деле, вопрос является немного более сложным, чем простая замена SCSI на SATA и SAS. Традиционный параллельный SCSI является испытанным и проверенным интерфейсом, используемым давно. В настоящее время, SCSI предлагает очень быструю скорость передачи данных в 320 Мегабайт в секунду (Mб/сек), используя современный интерфейс Ultra320 SCSI. Кроме того, SCSI предлагает большой выбор возможностей, среди которых Command-Tag Queuing (метод оптимизирования I/O команд для увеличения производительности). Жесткие диски SCSI отличаются надежностью; на коротком расстоянии можно создать последовательную цепь из 15 устройств, подключенную к каналу SCSI. Эти особенности делают SCSI замечательным выбором для производительных десктопов и рабочих станций, вплоть до серверов предприятий, по настоящее время.
Жесткие диски SAS используют набор команд SCSI и обладают схожей надежностью и производительностью, как и SCSI диски, однако используют последовательную версию интерфейса SCSI, со скоростью 300 Mб/сек. И хотя это немного медленнее, чем SCSI с 320 Mб/сек, интерфейс SAS способен поддерживать до 128 устройств на бОльших расстояниях, чем Ultra320, и может расширяться до 16000 устройств на канал. Жесткие диски SAS предлагают такую же надежность и скорости вращения (10000-15000), как и диски SCSI.
Диски SATA являются немного другими. Там, где SCSI и SAS диски уделяют внимание производительности и надежности, диски SATA жертвуют ими в пользу существенного увеличения емкости и снижения стоимости. К примеру, диск SATA в настоящий момент достиг емкости в 1 терабайт (ТБ). SATA используется там, где нужна максимальная емкость, например, для резервного копирования данных или архивирования. Сейчас SATA предлагает соединения точка-точка со скоростью до 300 Mб/сек, и легко опережает традиционный параллельный интерфейс АТА, со скоростью 150 Mб/сек.
Итак, что же случится с SCSI? Работает он прекрасно. Проблема с традиционным SCSI заключается в том, что просто подходит к окончанию его срок эксплуатации. Параллельный интерфейс SCSI, обладающий скоростью в 320 Mб/сек, не сможет работать значительно быстрее на существующих в настоящий момент длинах SCSI кабелей. Для сравнения, диски SАТА достигнут скорости в 600 Mб/сек в ближайшем будущем, SAS имеют планы для достижению 1200 Mб/сек. Диски SАТА могут, кроме того, работать с интерфейсом SAS, таким образом эти диски могут использоваться одновременно в некоторых системах хранения. Потенциал к увеличению расширяемости и производительности передачи данных гораздо превышает имеющийся у SCSI. Но SCSI не уйдет со сцены в ближайшее время. Мы будем видеть SCSI в малых и средних серверах еще несколько лет. Так как аппаратные средства обновляются, SCSI будет систематически заменяться дисками SAS/SATA, для получения большей скорости и удобства соединения.
| Общие сведения об интерфейсах………………………………………. | ||
| Классификация интерфейсов…………………………………………… | ||
| История создания интерфейса SCSI…………………………………… | ||
| Эволюция стандартов SCSI…………………………………………….. | ||
| Как выглядит и из чего состоит SCSI контроллер……………………. | ||
| Концепция SCSI…………………………………………………………. | ||
| Фазы работы шины SCSI……………………………………………….. | ||
| Команды SCSI…………………………………………………………… | ||
| Хост – адаптеры…………………………………………………………. | ||
| Кабели SCSI……………………………………………………………... | ||
| Программная поддержка SCSI устройств……………………………... | ||
| Программирование аппаратных средств периферийных устройств… | ||
| SCSI против IDE………………………………………………………… | ||
| | |
|
| Список литературы……………………………………………………… | ||
| | |
1. Общие сведения об интерфейсах
Создание современных средств вычислительной техники связано с задачей объединения в один комплекс различных блоков ЭВМ, устройств хранения и отображения информации, аппаратуры данных и непосредственно ЭВМ. Эта задача возлагается на унифицированные системы сопряжения – интерфейсы. Под интерфейсом понимают совокупность схемотехнических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие составных элементов вычислительной системы. Интерфейс обеспечивает взаимосвязь между составными функциональными блоками или устройствами системы.
Основным назначением интерфейса является унификация внутрисистемных и межсистемных связей и устройств сопряжения с целью эффективной реализации прогрессивных методов проектирования функциональных элементов вычислительной системы.
2. Классификация интерфейсов
1) Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ, т.е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой.
2) Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных.
3) Интерфейсы мультипроцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве.
4) Интерфейсы распределенных ВС предназначены для интеграции средств обработки информации, размещенные на значительном расстоянии.
Развитие интерфейсов осуществляется в направлении повышении уровня унификации интерфейсного оборудования и стандартизации условий совместимости, модернизации существующих интерфейсов, создания принципиально новых интерфейсов.
3. История создания интерфейса SCSI
Фамилия Shugart знакома многим: она принадлежит одному из ярчайших первопроходцев и идеологов «накопительной» индустрии - легендарному кремниевому олимпийцу (в смысле обитателю Олимпа Кремниевой Долины) Алану Ф. Шугарту, который в IBM руководил разработками флоппи и RIGID, потом работал в Memorex. В 1973 году Шугарт привлек капитал со стороны и создал компанию по производству 5,25-дюймовых FDD-приводов - Shugart Associates. Эта фирма проработала под его управлением год, после чего Шугарта выгнали те самые люди, которые инвестировали начинание. Шугарт оправлялся от удара шесть лет - в этот период он даже купил рыбацкую лодку и стал профессиональным рыбаком. Но тяга к хайтеку не прошла: в 1979 году он совместно с Финисом Коннером основал Seagate Technologies (первоначально - Shugart Technologies), после чего оставался ее руководителем в течение почти двух десятков лет, за которые компания стала крупнейшим независимым производителем жестких дисков (правда, и из Seagate в 1998-м Шугарта «поперли», но это уже совершенно другая история).
Нас больше интересует Shugart Associates, поскольку именно она в 1979 году разработала интерфейс SASI - самый ранний вариант шины SCSI. Развернуть аббревиатуру SASI в настоящее время сложно, первые две буквы достоверно означают Shugart Associates, четвертая - Interface, а третья в разных источниках расшифровывается по-разному - System, Systems или Standard (думаю, правильной версией является все-таки последняя). Возможности SASI были весьма скромными даже по сравнению с первым вариантом SCSI - скорость передачи составляла лишь 1,5 Мбайт/с, интерфейс имел очень ограниченный набор команд. Однако заложенные в SASI идеи несли в себе много прогрессивного: вместо повсеместно распространенной тогда аналоговой последовательной передачи использовалась 8-разрядная параллельная цифровая, вместо связки линий управления интерфейс предоставлял набор команд, да и работал он на логическом уровне, позволяя адресовать блоки, а не физические головки, цилиндры и секторы.
Через два года, в конце 1981-го, чтобы подстегнуть принятие интерфейса индустрией, Shugart Associates, скооперировавшись с NCR (National Cash Register), подала заявку в ANSI на создание технического комитета для доработки и стандартизации интерфейса. Такой комитет - X3T9.2 - был образован в 1982 году, а имя интерфейса сменилось на безличное описательное SCSI. В течение нескольких последующих лет стандарт дорабатывался и улучшался: расширилась полоса пропускания, добавились наборы команд - для принтеров, стримеров, процессоров, WORM- и ROM-устройств. (Необходимо заметить, что SCSI в отличие от SASI стал уже не просто дисковым интерфейсом, а родом системной шины: теоретически на «голом» SCSI можно собрать полноценную систему, подключив процессор, память, накопители и периферию.) После представления чернового варианта SCSI в 1984 году на утверждение ANSI многие фирмы стали выпускать продукты, более или менее совместимые с этим протостандартом. Первый официальный стандарт - X3.131-1986 - был принят в 1986 году (с появлением следующих версий его стали называть SCSI-1).
Последующие дополнения и усовершенствования привели к созданию спецификации SCSI-2.
4. Эволюция стандартов SCSI
Спецификации SCSI строго определяют физические и электрические параметры интерфейса и минимум команд. Применение этих команд и стало основным достоинством интерфейса SCSI, так как сделало его управляемым. Разработанная в декабре 1985 года спецификация SCSI-1 предусматривала передачу данных по шине с разрядностью 8 бит и частотой 5 МГц. Скорость передачи данных по шине SCSI в стандартном асинхронном режиме (или режиме handshake, т. е. когда после каждой отправки данных требуется подтверждение) составляет около 3 Мб/с. При передаче в синхронном режиме шина SCSI способна развить пропускную способность около 5 Мб/с.
Устройства подключались в цепочку друг за другом. Первое устройство подключалось к интерфейсу SCSI на главном компьютере, второе - к первому и т. д. (см. Рисунок 1). Первое и последнее устройства в цепочке должны были быть терминированы. На всех остальных устройствах терминирование необходимо было отключить. Устройства идентифицировались посредством задаваемого с помощью перемычек (jumper) или переключателей ID (от 0 до 7), при этом адаптеру шины на хосте присваивался, как правило, ID=7 как дающий наивысший приоритет при доступе к шине.
Рисунок 1. Типовая схема подключения SCSI-устройств в виде цепочки.
Стандарт не обязывал использовать какой-то определенный тип соединителей (коннекторов), а лишь описывал назначение контактов. Наибольшее распространение получили соединители D-Ribbon типа Centronics для ПК, а также DB-25 для Macintosh. Терминирование было преимущественно пассивное, активное же или регулируемое терминирование применялось лишь отдельными производителями.
В марте 1990 года была разработана, а в 1992-м официально одобрена спецификация SCSI-2 (Fast SCSI), определяющая 18 базовых SCSI-команд (Common Command Set, CCS), обязательных для всех периферийных устройств, а также дополнительные команды для CD-ROM и другой периферии. Стало возможно обмениваться данными без участия центрального процессора. Появились "очереди" - способность принимать цепочки до 256 команд и обрабатывать их автономно в оптимизированном порядке. А если контроллер исполнительного устройства-адресата получил команду, не требующую никаких внешних взаимодействий, то этот контроллер не будет занимать шину до появления необходимости в передаче каких-нибудь данных. Здесь можно увидеть серьезное преимущество SCSI перед IDE,особенно в мультизадачных средах: шина IDE работает как пассивный канал передачи сигналов от центрального процессора - она должна выполнить сначала одну команду перед инициацией другой.
Также появились расширения спецификации, обозначения которых часто можно видеть в прайс-листах. Базовая 8-разрядная версия - Fast SCSI (SCSI-2) -!имеет пропускную способность 10 Мб/с. Модификация Wide SCSI-2 является 16-разрядным вариантом Fast SCSI (SCSI-2) и соответственно имеет удвоенную скорость передачи данных, а также позволяет подключать до 15 периферийных устройств. Приставка Ultra обозначает повышенную до 20 МГц рабочую частоту, а контроллеры Ultra2 способны передавать данные на частоте 40 МГц. Очень часто встречаются обозначения Ultra Wide или Ultra2 Wide. Это означает, что используется комбинации вариантов. Так, например, Ultra2 Wide устройства могут обмениваться информацией с максимальной скоростью 80 Мб/с.
Спецификация Ultra160/m SCSI была принята 14 сентября 1998 года. Основными компонентами Ultra160/m SCSI явились: двойная синхронизация при передаче данных (Double Transition Clocking), контроль целостности данных за счет использования циклического кода с избыточностью (CRC), контроль окружения (Domain Validation). Скорость передачи данных в 160 Мб/с достигается за счет использования обоих фронтов сигнала запрос/подтверждение для синхронизации данных. Соответственно, это позволяет разработчикам увеличить быстродействие или надежность, так как становится возможным использовать полосу пропускания шины до 160 Мб/с с существующими Ultra2 SCSI соединительными кабелями либо повысить надежность интерфейса Ultra2 SCSI (80 Мб/с) благодаря снижению частоты, на которой происходит синхронизация.
Что касается контроля целостности данных за счет использования циклического кода с избыточностью (CRC), то в Ultra160/m используется тот же самый метод, который применяется в FDDI, в локальных сетях на основе протокола CSMA-CD и в волоконно-оптических каналах передачи данных. Контроль окружения представляет собой интеллектуальную технологию, заключающуюся в проверке подсистемы хранения данных, включая соединительные кабели, терминаторы и т.д. Эта технология контролирует функционирование системы в требуемых спецификациях, а в случае возникновения опасности потери данных даже понижает скорость передачи.
По способу связи с контроллером SCSI-устройства делятся на два типа: использующие single-ended и дифференциальный (differential, D) электрические интерфейсы. В интерфейсе single-ended используется один проводник для каждого разряда передаваемых данных или управляющих сигналов и соответствующий проводник для "земли", причем информация передается только по одному сигнальному проводнику. В дифференциальном интерфейсе сигнал разделяется на положительную и отрицательную составляющую и передается по паре проводников, что дает возможность передавать сигнал на большие дистанции без помех. Выбор типа SCSI-трансивера определяет максимальную длину шины и число подключаемых устройств. Большинство существующих SCSI-устройств используют single-ended-трансиверы, что приводит к уменьшению длины кабеля при увеличение скорости передачи Дифференциальные трансиверы преодолевают это ограничение, но стоимость их намного выше. Решить эту проблему призвана технология Low-Voltage Differential (LVD), представляющая гибрид двух вышеуказанных технологий. Большинство новых устройств поддерживают универсальные трансиверы, которые могут работать как single-ended и как LVD трансиверы.
Разрядность,
Максимальная скорость передачи, Мб/с
Максимальная длина кабеля/количество устройств, м/штук
Количество контактов в разъеме
6/7,25/6(0), 12/6 (LVD)
3/7,25/6(0), 12/6 (LVD)
Fast SCSI-2, Fast SCSI
3/15,25/15(0), 12/15 (LVD)
3/3,1,5/7,25/6 (D),12/6 (LVD)
Wide Ultra SCSI-2
3/3,1,5/7,25/15 (D), 12/15 (LVD)
Fast-20 Wide SCSI
Wide Ultra2 SCSI-2
Fast-40 Wide SCSI
Ultra3 Wide SCSI
Еще существует 80-контактный разъем для подключения устройств в режиме "горячей замены" (Hot Swap). Особенность такого разъема - присутствие контактов питания наряду с контактами для передачи данных и управляющих сигналов.
5. Как выглядит и из чего состоит SCSI контроллер
Вот картинка самого простого FastSCSI контроллера на шине PCI.
Как видно, больше всего места занимают разъемы. Самый большой (и самый старый) это разъем для 8-и битных внутренних устройств, часто называемый narrow , он аналогичен разъему IDE, только в нем не 40, а 50 контактов. На большинстве контроллеров есть и внешний разъем, как следует из названия, к нему можно и нужно подключать внешние SCSI устройства. На картинке изображен разъем типа mini-sub D на 50 контактов.
Для Wide устройств используется аналогичный, но на 68 контактов, также используется крепление не в виде защелок, а на винтах - как у COM мышек и принтеров. Он даже меньше, чем narrow, за счет более высокой плотности расположения контактов. (Кстати, несмотря на название, wide шлейф тоже уже, чем narrow). Иногда можно встретить и старый вариант внешнего разъема - просто centronix. Такой же (внешне, но не функционально:) Вы можете встретить на своем принтере. Некоторые устройства, например IOmega ZIP Plus, а также расчитанные на Mac, используют обычный 25 контактный Cannon (D-SUB), как на модеме. Для внешних высокоскоростных соединений применяется и mini-centronics. Вот полная таблица:
(размеры почти оригинальные)
Внутренние
Low-Density 50-pin
подключение внутренних narrow устройств - HDD, CD-ROM, CD-R, MO, ZIP. (как IDE, только на 50 контактов)
High-Density 68-pin
подключение внутренних wide устройств, в основном HDD
Внешние
подключение внешних медленных устройств, в основном сканеров, IOmega Zip Plus. наиболее распространен на Mac. (как у модема)
Low-Density 50-pin
или Centronics 50-pin. внешнее подключение сканеров, стриммеров. 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. по некоторым источникам применяется для внешнего подключения SCSI устройств.
Для работы любого устройства, как известно, необходима программная поддержка. Для большинства IDE устройств минимальная встроена в BIOS материнской платы, для остальных необходимы драйвера под различные операционные системы. У SCSI устройств все немного сложнее. Для первичной загрузки со SCSI жесткого диска и работы в DOS необходим свой SCSI BIOS. Здесь есть 3 варианта.
1. микросхема со SCSI BIOS есть на самом контроллере (как на VGA картах). При загрузке компьютера он активизируется и позволяет загрузиться со SCSI жесткого диска или, например, CDROM, MO. При использовании нетривиальной операционной системы (Windows NT, OS/2, *nix) для работы с устройствами SCSI всегда используются драйвера. Также они необходимы для работы устройств, не являющихся жесткими дисками, под DOS.
2. образ SCSI BIOS прошит в flash BIOS материнской платы. Далее по п.1. Обычно в BIOS платы добавляют SCSI BIOS для контроллере на основе чипа NCR 810, Symbios Logic SYM53C810 (на первой картинке именно он) или Adaptec 78xx. Этим процессом при желании можно управлять и изменять версию SCSI BIOS на более новую. При наличии на материнской плате SCSI контроллера используется именно такой подход. Этот вариант также более выгоден экономически:) - контроллер без микросхемы BIOS стоит дешевле.
3. SCSI BIOSа нет вообще. Работа всех SCSI устройств обеспечивается только драйверами операционной системы.
Кроме поддержки загрузки со SCSI устройств, BIOS обычно имеет еще несколько функций: настройка онфигурации адаптера, проверка поверхности дисков, форматирование на низком уровне, настройка параметров инициализации SCSI устройств, задание номера загрузочного устройства и т.д.
Следующее замечание следует из первого. Как Вы знаете, обычно на материнских платах есть CMOS. В нем BIOS хранит настройки платы, в том числе конфигурацию жестких дисков. Для SCSI BIOS часто необходимо также хранить конфигурацию SCSI устройств. Эту роль обычно выполняет маленькая микросхема типа 93C46 (flash). Подключается она к основному SCSI чипу. У нее всего 8 ножек и несколько десятков байт памяти, однако ее содержимое сохраняется и при выключении питания. В этой микросхеме SCSI BIOS может сохранять как параметры SCSI устройств так и свои собственные. В общем случае ее присутствие не связано с наличием микросхемы со SCSI BIOS, но, как показывает практика, обычно их устанавливают вместе.
Здесь Вы можете увидеть UltraWide SCSI контроллер фирмы ASUSTeK. На нем уже присутствует микросхема SCSI BIOS. Также можно разглядеть внутренний и внешний Wide разъемы.
На последней (больше мне не удалось быстро найти:) картинке представлен двухканальный Ultra Wide SCSI контроллер. Его спецификация включает следующие пункты: RAID уровней 0,1,3,5 ; Failure Drive Rebuilding ; Hot Swap и on-line Rebuilding; кеш память 2, 4, 8, 16, 32 Mb; Flash EEPROM для SCSI BIOS. Очень хорошо виден 486 процессор, который видимо и пытается всем этим добром управлять.
Еще на плате контроллера SCSI можно встретить
Другие карты SCSI
Часто к сканерам и другим небыстрым 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 BIOSа, eeprom, часто он работает без прерываний (polling mode), иногда поддерживает только одно (а не 7) устройство. В основном такой контроллер можно применять только со своим устройством, т.к. драйвера есть только для него. Однако при определенном навыке можно подключить к нему например жесткий диск или стример. Это оправдано только в случае отсутствия денег и наличия времени (или спортивного интереса:) , т.к. стандартный SCSI контроллер, как уже говорилось, можно приобрести за $20-40 и иметь на порядок меньше проблем и гораздо больше возможностей.
6. Концепция SCSI
Шина SCSI – это шина ввода-вывода, а не системная шина и не интерфейс приборного уровня. Интерфейсные средства типа шины SCSI особенно эффективны для машин, которые требуют подключения нескольких дисковых накопителей или других ПУ. Интерфейс SCSI повышает гибкость и вычислительную мощность системы, поскольку он позволяет подключить к одной шине несколько различных ПУ, которые могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Скорость передачи данных по шине безусловно не будет ограничивающим фактором, поскольку этот показатель для шины SCSI в настоящее время достигает 40Мбайт/с.
Шина SCSI предусматривает возможность подключения до восьми устройств. На первый взгляд это может показаться довольно серьезным ограничением, однако, если учесть, что каждое устройство может представлять восемь логических блоков, а каждый логический блок – 256 логических подблоков, то очевидно, что возможности расширения здесь более чем предостаточные.
Каждому из устройств шины SCSI должен быть назначен индивидуальный идентификатор ID, значение которого обычно задается при помощи коммутационных перемычек непосредственно в устройстве. Идентификатор ID выполняет две функции: он идентифицирует устройство на шине и определяет его приоритет в арбитраже за доступ к шине (чем больше номер устройства, тем выше его приоритет).
Каждое из восьми возможных устройств шины может играть роль инициатора(initiator), исполнителя(target), либо совмещать обе эти роли. Инициатор – это часть хост(главного) адаптера SCSI, который служит для подключения главного компьютера к шине SCSI. В типичной системе к одному инициатору подключается один или несколько исполнителей. Система повышенной сложности может содержать более одного хост- адаптера SCSI(много инициаторов). В таких системах могут устанавливаться взаимодействие не только любого процессора с любым ПУ, но также хост - адаптеров друг с другом, поскольку хост – адаптер сам является устройством шины SCSI и может играть роль как инициатора, так и исполнителя. Два ПУ(оба исполнителя), однако, не могут взаимодействовать друг с другом, поскольку только пара инициатор – исполнитель может вести обмен даннами по шине в каждый конкретный момент времени.
Хост – адаптер содержит аппаратные и программные средства для сопряжения с ЦП.
Интерфейс контроллера SCSI и системной шины может быть как совсем простым (строится по принципу программного опроса канала В/В), так и более сложным (предусматривающим высокоскоростные обмены данными в режиме прямого доступа к памяти, ПДП). Такие контроллеры воспринимают высокоуровневые команды и освобождают ЦП от необходимости обработки и контроля сигналов шины SCSI.
Программное обеспечение главного компьютера упрощается, поскольку ему не приходится учитывать физические характеристики конкретного устройства. Интерфейс SCSI предусматривает использование логических, а не физических адресов для всех блоков данных.
7. Фазы работы шины SCSI
Протокол шины SCSI предусматривает восемь отдельных фаз:
Bus Free – «Шина свободна»
Arbitration – «Арбитраж»
Selection – «Выборка»
Reselection – «Обратная выборка»
Command – «Команда»
Data – «Данные»
Status – «Состояние »
Message – «Сообщение»
Последние четыре фазы называются фазами передачи информации. Шина SCSI в каждый конкретный момент времени может находится только в одной из этих восьми фаз.
Фаза «Шина свободна» означает, что ни одно устройство в данный момент не работает с шиной SCSI в активном режиме, и шина свободна для обращения. Эта фаза обычно возникает после системного сброса или после сброса шины сигналом RST. Признаком фазы «Шина свободна» является отсутствие сигналов занятости BSY и выборки SEL.
Шина переключается в фазу – «Арбитраж», когда какое – либо SCSI- устройство хочет взять на себя управление шиной, т.е стать инициатором на шине. Это происходит в случаях, когда инициатор хочет выбрать исполнителя или исполнитель хочет произвести перевыборку запрашивавшего его ранее инициатора. В фазу «Арбитраж» шина может переключится только из фазы «Шина свободна». После того, как устройство определяет, что шина свободна, начинается фаза «Арбитраж». Для этого формируется сигнал BSY, на соответствующую линию данных
выдается идентификатор ID SCSI – устройства(ID – бит). При этом каждое
из восьми возможных устройств шины SCSI может выдавать свой ID - бит
только на закрепленную за ним линию данных как признак своего участия
в арбитраже. Устройство с максимальным значением идентификатора ID выигрывает арбитраж и берет на себя управление шиной.
Фаза «Выборка» дает возможность инициатору выбрать исполнителя, чтобы инициировать выполнение им соответствующей функции, например команды чтения READ или записи READ. Согласно протоколу спецификации SCSI-2 фаза «Выборка» всегда наступает после фазы «Арбитраж». В спецификации SCSI-1 предусматривается вариант системы с одним инициатором, где необходимость арбитража отсутствует, и в фазу выборки можно входить сразу же после фазы «Шина свободна». В обоих случаях для выборки исполнителя инициатор выдает его ID-бит на соответствующую линию данных шины SCSI и формирует сигнал выборки SEL.
Необязательная фаза перевыборка возможна, когда исполнитель хочет восстановить связь с тем инициатором, который ранее послал ему команду. Эта фаза в принципе напоминает фазу «Выборка», с тем исключением, что вместе с сигналом выборки SEL переходит в активное состояние линия I/O, что позволяет различать эти две фазы.
Фазы «Команда», «Данные», «Состояние » и «Сообщение» образуют группу фаз передачи информации, поскольку все они используются для передачи данных или управляющей информации по шине данных. Чтобы их различать, используются сигналы C/D – управление, I/O – ввод-вывод и MSG – сообщение, вырабатываемые исполнителями, который тем самым управляет всеми переходами из одной фазы в другую. Для управления передачей данных между исполнителем и инициатором в фазах передачи информации используются сигналы линий REQ/ACK – запрос/подтверждение (в версии SCSI-2 дополнительно применяются линии REQB/ACKB).
Реальный обмен данными может осуществляться синхронным и асинхронным способом. В обоих случаях для выполнения квитирования используются сигнальные линии ACK и REQ. Для исполнителя режим синхронной передачи является необязательным. Инициатор может потребовать, чтобы исполнитель осуществлял синхронную передачу, однако если последний отвергнет этот запрос, то будет использоваться асинхронный режим.
Чтобы передать данные инициатору в асинхронном режиме, исполнитель выдает их на линии данных шины SCSI вместе с сигналом REQ. Данные должны удерживаться на шине до тех пор, пока от инициатора не будет принят сигнал подтверждения ACK. После этого на шину выдаются следующие данные, и процесс повторяется. Если передача данных должна происходить в противоположном направлении, исполнитель выдает сигнал запроса REQ, говорящий о том, что он готов к приему данных. Инициатор выдает данные на линию данных шины SCSI, а за тем формирует сигнал ACK. Инициатор продолжает удерживать данные на шине до тех пор, пока линия REQ, не переключится в пассивное состояние. Затем исполнитель сбрасывает сигнал REQ, инициатор выдает новые данные, и процесс повторяется.
Если в фазе «Сообщения» устройства согласились использовать синхронный режим обмена, то исполнитель не будет ждать поступления сигнала подтверждения ACK перед выдачей сигнала REQ для приема следующих данных. Он может генерировать один или более импульсов REQ без ожидания соответствующих импульсов ACK(до заранее оговоренного максимума, называемого смещением REQ/ACK).
При выдаче всех запланированных импульсов REQ исполнитель сравнивает число запросов REQ и подтверждений ACK, чтобы удостовериться в том, что каждая группа данных принята успешно. При подготовке синхронного режима обмена устройства задают смещение REQ/ACK и период передачи. Период передачи определяет интервал времени между окончанием передачи очередного байта и началом передачи следующего.
8. Команды SCSI
Предшествующие спецификации интерфейсов для жестких дисков (как уже упомянутый ESDI) предусматривали последовательную передачу по одному биту за один раз, при этом управление диском осуществлялось по отдельным проводам (линиям), каждый из которых выполнял определенную функцию. Например, одна конкретная сигнальная линия задавала смещение головки чтения/записи жесткого диска, другая - направление смещения, третья - тип операции (чтение или запись), четвертая служила для передачи данных в требуемом формате. Таким образом, используемый контроллер зависел от типа жесткого диска.
SCSI же способен выполнять высокоуровневые команды, например запрашивать тип подключенного к шине устройства с помощью команды Inquiry. Таким образом, помимо спецификации физических характеристик шины (тип соединителя, уровни напряжения, назначение контактов и т. д.) стандарт для каждого типа периферии (жесткий диск, CD-ROM и т. д.) определяет поддерживаемые команды и соответствующие им ответы (порядка 12 для каждого вида периферии). Стандартные команды SCSI-1 сгруппированы в соответствии с шестью типами устройств, как показано в Таблице 1.
Таблица 1. Группы команд в соответствии с типами поддерживаемых устройств.
Тип устройства
Название
Типичная функция
Случайный доступ для чтения/записи (жесткий диск)
Адреса логических блоков, длина записываемого блока
Последовательный доступ (ленточный накопитель)
Чтение следующей записи
Контроль компоновки страницы
Процессор
Отправка и прием
WORM (записывающий CD-ROM)
Большой размер, съемный
Случайный доступ только для чтения
Адреса логических блоков, длина считываемого блока
При запросе целевым устройством команды, как в примере с обращением ПК к диску, инициатор отвечает отправкой 6 байт командной информации. Эти байты служат для задания команды и идентификации устройства. Все вместе они называются блоком описания команды (Command Descriptor Block, CDB). Первый байт (точнее, байт за номером 0) определяет тип команды или операционный код (opcode). Некоторые наиболее распространенные коды имеют следующие значения (в шестнадцатеричном представлении):
00 Тестовое устройство готово;
03 Форматирование;
08 Чтение;
0А Запись;
0B Поиск.
Значение оставшихся байт зависит от конкретного операционного кода. Например, в случае команды Write (код 0A) они имеют следующий смысл:
Байт 0 Операционный код 0А;
Байт 1 Номер логического устройства в битах 5 и 6,
биты с 1 по 4 задают адрес логического блока;
Байт 2 Адрес логического блока;
Байт 3 Адрес логического блока;
Байт 4 Биты со 2 по 5 задают длину передачи;
Байт 5 Бит 1 - флаг; биты 6 и 7 назначаются производителем.
Передача команд осуществляется в асинхронном режиме. Однако если ответ содержит данные, то они могут передаваться в синхронном режиме, как в случае команды Inquiry, в ответ на которую целевое устройство передает идентифицирующую его тип строку ASCII (этот ответ часто отображается на мониторе ПК при загрузке драйверов SCSI).
9. Хост - адаптеры
Хост-адаптер реализует функции сопряжения шины SCSI с системными ресурсами, прежде всего с системной шиной и операционной системой компьютера. Он, как правило выполняет роль инициатора на шине SCSI , хотя в сложных (например, в мультипроцессорных и мультимашинных) SCSI-системах может динамически изменяться (инициатор/исполнитель).
К числу основных функций хост - адаптера, определяющих его структуру и характеристики, относятся:
Реализация протокола шины SCSI, а также физических и электрических спецификаций стандарта;
Сопряжение с аппаратными и программными системными ресурсами
Реализация протокола шины SCSI, как правило, осуществляется специализированной БИС контроллера шины SCSI. Обычно эта схема обеспечивает и реализацию электрических спецификаций стандарта.
Сопряжение с аппаратными системными средствами предполагает прежде всего согласование разрядности и пропускной способности шины SCSI и системной шины хост-системы, а также реализацию развитых средств доступа к системной памяти. Структура узла согласования разрядности шин зависит от назначения хост-адаптера и используемой версии стандарта SCSI(8 разрядов для SCSI-1;16 или 32 разряда для SCSI-2). Основным средством согласования пропускной способности системной и SCSI-шин является буферная память, реализуемая обычно в виде буфера FIFO, либо двухпортового ОЗУ. Наиболее распространенный алгоритм доступа к системной памяти – прямой доступ, реализуемый чаще всего с помощью контроллера ПДП хост-системы.
Сопряжение с программными системами предполагает наличие SCSI- драйвера для конкретной ОС.
Характеристики современных хост - адаптеров
Среди используемых БИС SCSI-контроллеров для шины AT доминирует модели фирмы NCR. Следом идут известные WD33C93 фирмы Western Digital и ALC 6250/60 фирмы Adaptec(США). Хост-адаптером чаще всего поддерживают как синхронный, так и асинхронный режимы обмена по шине SCSI. Скорость обмена существенно зависит от типа используемого контроллера. В простых хост-адаптерах она колеблется от 0,25 до 1 Мбайт/с в асинхронном режиме и синхронном режимах соответственно.
Размер буфера данных также варьируется в достаточно широких пределах: от использования внутренних буферов БИC SCSI-контроллера небольшой емкости, до ОЗУ значительной емкости (1Мбайт). Наличие большого буфера существенно увеличивает стоимость хост-адаптера.
10. Кабели SCSI
Для обеспечения нечувствительности к помехам внешние кабели SCSI не только используют витые пары, но и организованы в виде трех концентрических слоев (см. Рисунок 2). Центральный, внутренний, слой содержит три пары: Request («Запрос»), Acknowledge («Подтверждение») и Ground («Земля»). Средний - промежуточный - слой служит для передачи управляющих сигналов. Третий - внешний - слой предназначен для передачи данных и информации о четности. В среднем слое пары скручены в противоположном направлении по сравнению с прилежащими к нему внешним и внутренним слоями для уменьшения емкостной связи между слоями. Размещение жил для передачи управляющих сигналов в среднем слое обеспечивает отсутствие интерференции между данными и сигналами Request/Acknowledge.
Рисунок 2. Внешний кабель SCSI в разрезе.
Хотя весь кабель в целом изолируется с помощью полихлорвинилового покрытия, для отдельных пар такая изоляция не годится, так как ее электрические характеристики сильно зависят от температуры, а кроме того, она имеет очень большую емкость. Такая конструкция кабеля сказываются в конечном итоге на его цене. Однако мы не так богаты, чтобы покупать дешевые вещи.
11. Програмная поддержка SCSI устройств
Задача программирования SCSI систем и устройств является многоуровневой и может быть разделена следующие относительно независимые подзадачи:
Программирование аппаратных средств периферийных устройств.
Реализация протоколов SCSI шины.
Реализация SCSI команд.
Доступ к SCSI устройствам ОС и прикладных задач.
К сожалению на всех перечисленных уровнях используемые на практике решения слабо унифицированы.Многие солидные фирмы предлагают свои оригинальные, однако часто не стыкуемые друг с другом подходы. Учитывая, что в настоящее время в области программирования SCSI устройств стандарт фактически пока не сложился, целесообразно рассмотреть наиболее интересные решения на каждом из уровней.
12. Программирование аппаратных средств периферийных устройств
Конечным звеном средств программной поддержки ПУ в силу специфичности физических принципов их реализации неизбежно являются узкоспециализированные программы низкого уровня. Из-за того, что программирование на таком уровне сложно даже для общесистемных, не говоря уже о прикладных программистах, имеется тенденция к повышению уровня средств программирования ПУ за счет маскирования специфики ПУ на уровне так называемого firmware (внутреннего программного обеспечения –ВПО). Примером может служить маскирование функций непосредственного управления дисковыми накопителями на уровне внутренних команд дисковых контроллеров WD2010,8272 и др.
Однако на уровень регистров контроллеров выходят только специализированные программы. В настоящее время ПУ как правило, программируются на уровне функций системной BIOS, а программы более высокого уровня вообще используют стандартные функции ОС.
Использование интерфейса SCSI еще более повышает уровень программирования ПУ за счет использования определенного стандартом набора команд общего вида. Для прикладного программиста использование стандартных функций BIOS становится при этом практически невозможным.
Однако как элемент управления устройствами, естественно,
сохраняются на уровне ВПО контроллера ПУ и реализуется либо локальным микропроцессором (МП) контроллера, либо микроконтроллером, встроенным в базовую БИС контроллера ПУ.
В целях сохранения наработанных программных средств управления электроникой ПУ, в настоящее время широко используется эмуляция стандартных интерфейсов ПУ, предполагающая преобразование логических адресов SCSI в физические адреса конкретного устройства. Примером может служить контроллер SmartConnex/ISA фирмы Distributed Proccessing Е Technology. Он использует интерфейс известного дискового контроллера WD1003 фирмы Western Digital, в результате чего компьютер “видит” контроллер как обычное устройство, совместимое с интерфейсом ST-506.
Реально эмуляцию интерфейса выполняет невидимый для пользователя драйвер, запоминаемый при форматировании в последнем блоке НМД. Соответствующие драйверы имеются для наиболее распространенных ОС
(MS-DOS,OS/2,Xenix/Unix,Novell NetWare). Установка контроллера SmartConnex в систему осуществляется с помощью специальной утилиты поставляемой фирмой.
В известных контроллерах WD 33C92/93 фирмы Western Digital имеется даже встроенная команда преобразования форматов логических адресов в физические.
Таким образом, для реализации различных ПУ в стандарте SCSI могут
использоваться фрагменты готовых программ, поддерживающие такие стандартные функции управления ПУ в MS-DOS, как INT 13, INT 11 и др.
Следует отметить, что такой подход, видимо не в полной мере соответствует идеологии SCSI, и в перспективе будут использоваться специальные программы непосредственного управления SCSI устройством на базе SCSI-команд.
13. SCSI против IDE
Спор "Что лучше: IDE или SCSI" входит в число самых распространенных во многих телеконференциях. Число сообщений и статей на эту тему очень велико. Однако этот вопрос, как и знаменитое "Windows NT or OS/2 or Unix", в такой постановке является неразрешимым. Наиболее частая и правильная реакция на них "А для чего?". Рассмотрев этот вопрос подробнее, Вы сможете принять для себя решение о необходимости SCSI для себя.
Расскажем подробнее, что может дать простой SCSI контроллер по сравнению с IDE и за что его нужно выбирать или не выбирать.
предложение SCSI
возражения EIDE/ATAPI
ответ SCSI
возможность подключения 7 устройств к одному контроллеру (к Wide - 15)
нетрудно установить 4 контроллера IDE и всего будет 8 устройств
на каждый контроллер IDE нужно по прерыванию! И только 2 будут с UDMA/33. А 4 UWSCSI это 60 устройств:)
широкий спектр подключаемых устройств
на IDE есть СDD, ZIP, MO, CD-R, CD-RW
а драйвера и программы для всего этого у вас точно есть? и много? а вот для SCSI можно использовать любые, в том числе входящие в состав ОС
возможность подключать как внутренние, так и внешние устройства
Removable rack или LPT-IDE
общая длинна кабеля SCSI может достигать 25 метров. В обычных вариантах 3-6м *
если не разгонять шину PCI, можно и на метр
можно использовать кэширование и технологии RAID для кардинального повышения производительности и надежности
раньше были кэширующие Tekram"ы, а сейчас появились и RAID для IDE
это не работает и вообще не серьезно
* Стоит заметить, что в случае использования интерфейса Ultra или Ultra Wide SCSI на какчество соединительных кабелей и их длину накладываются дополнительные ограничения, в результате чего максимальная длина соединения может быть существенно снижена.
Чтобы не складывалось впечатление, что IDE это очень плохо и за его использование Вам должно быть стыдно, отметим и положительные качества IDE интерфейса, частично в свете выше приведенной таблицы:
1. Цена. Бесспорно иногда это очень важно.
2. Не всем нужно подключать 4 HDD и 3 CDD. Часто двух каналов IDE более чем достаточно, а всякие там сканеры идут со своими карточками.
3. В корпусе minitower сложно использовать шлейф, длиннее 80см:)
4. IDE HD установить гораздо проще, там всего один jumper, а не 4-16 как на SCSI:)
5. IDE контроллер уже есть у большинства материнских плат
6. У IDE устройств шина всегда 16 бит и для моделей, сравнимых по цене, IDE выигрывает по скорости.
Теперь о цене. Самый простой SCSI на шину ISA стоит около $20, но сейчас такие просто никому не нужны, поэтому можно найти и дешевле. Следующий вариант это контроллер на шине PCI. Простейший вариант FastSCSI стоит около $40. Однако сейчас появилось множество материнских плат, на которых всего за +$70 может быть установлен Adaptec 7880 UltraWideSCSI. Даже у знаменитых ASUS P55T2P4 и P2L97 есть варианты со SCSI. Для UWSCSI карточки цена варьируется от $100 до $600. Также бывают двухканальные (как IDE на Intel Triton HX/VX/TX) контроллеры. Цена их естественно выше. Заметим, что в случае SCSI, в отличие от IDE, где что-то новое придумать сложно, за дополнительные деньги контроллеры могут быть расширены функциями кэш-контроллера, RAID-0..5, hotswap и т.д., поэтому говорить о верхней границе стоимости контроллера не совсем корректно.
И наконец о скорости. Как известно, сегодня максимальная скорость передачи информации по шине IDE составляет 33Мб/с. Для UWSCSI аналогичный параметр достигает 40Мб/с. Основные преимущества SCSI проявляются при работе в мультизадачных средах (ну и в Windows95 немного:). Многие тесты, приведенные под WindowsNT показывают несомненное преимущество SCSI. Пожалуй это самая популярная на сегодня ОС, для которой применение SCSI более чем оправдано. Также могут быть конкретные задачи (связанные, например, с обработкой видео) в которых просто невозможно использование IDE. Про отличия внутренних архитектур, также влияющих на производительность, в этой статье говорить не будем, поскольку там слишком много специальных терминов. Отметим только, что наблюдая за развитием IDE с удивлением замечаем, что он приобретает многие черты SCSI, но, будем надеяться, все-таки совсем они не сольются.
Список литературы
1. Михаил Гук: «Интерфейсы ПК. Справочник» "Питер",1999.
2. А.П. Пятибратов:
«Вычислительные машины, системы и сети»
3. А.А. Мячев, В.Н. Степанов:
«Персональные ЭВМ и микроЭВМ»
М.: «Радио и связь», 1998.
4. А.А. Мячев:
«Интерфейсы IBM PC», 1992.
5. Стефан Фойц: «Windows 98 для пользователя»
К.: Торгово-издательское бюро BHV, 1998;
6. «PC Computing»: «IDE vs SCSI»
7. «PC Magazine»: «Interface IDE»
Нужна помощь по изучению какой-либы темы?
Наши специалисты проконсультируют или окажут репетиторские услуги по интересующей вас тематике.
Отправь заявку
с указанием темы прямо сейчас, чтобы узнать о возможности получения консультации.
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.
