Small Computer System Interface (SCSI)

Стандарты ANSI SCSI

Стандарт SCSI-1

Стандарт SCSI-2

Стандарт SCSI-3

Кабели и разъемы SCSI

Назначение выводов разъемов SCSI

Конфигурация дисков SCSI

Советы по конфигурации устройств SCSI

Сравнение интерфейсов SCSI и IDE

Small Computer System Interface (SCSI)

Интерфейс малых компьютерных систем, или SCSI, не дисковый, а системный. Это не оче редная разновидность контроллера, это шина, которая может обеспечить работу восьми или ше стнадцати устройств. Некоторые адаптеры позволяют подключить и больше устройств. Одно из устройств, называемое основным (host) адаптером, выполняет роль связующего звена между шиной SCSI и системной шиной персонального компьютера. Шина SCSI взаи модействует не с самими устройствами (например, с жесткими дисками), а со встроенными в них контроллерами.
Как уже упоминалось, шина SCSI может обеспечить работу 8 или 16 подключенных к ней модулей, каждому из которых присваивается идентификационный номер — SCSI ID. Один из модулей является платой адаптера, установленной в компьютере; остальные семь — перифе рийными устройствами. К одному и тому же основному адаптеру можно подключать жесткие диски, накопители на магнитной ленте, CD-ROM, сканеры и другие устройства (не больше семи или пятнадцати). Так как в большинстве компьютеров можно устанавливать до четырех основных адаптеров, а к каждой шине SCSI можно подключать до 15 периферийных уст ройств, то общее количество устройств может достигать 60! Более того, существуют также двухканальные адаптеры, позволяющие удвоить это число.
SCSI является быстрым интерфейсом, прекрасно подходящим для высокопроизводитель ных рабочих станций, серверов или каких-либо других систем, которым жизненно необходим эффективный интерфейс для устройств хранения данных. Последняя версия интерфейса Ultra4 (Ultra320) SCSI поддерживает скорость передачи данных до 320 Мбайт/с.
Покупая жесткий диск SCSI, вы на самом деле приобретаете сразу три устройства: собст венно жесткий диск, контроллер и адаптер SCSI. В сущности, большинство дисков SCSI представляют собой жесткие диски IDE со встроенным адаптером шины SCSI. Но вы можете совершенно не интересоваться типом контроллера, установленного в жестком диске. Непо средственно к нему компьютер обратиться не может, как это происходит при подключении обычного контроллера к системной шине. Взаимодействие с устройствами SCSI осуществля ется через основной адаптер, установленный в разъем системной шины, поэтому обратиться к жесткому диску можно только в соответствии с протоколом SCSI.
Компания Apple первой обратила внимание на интерфейс SCSI как на довольно дешевый способ выбраться из того тупика, в который она сама себя загнала. Работающие в Apple ин женеры поняли, что отказ от разъемов расширения привел к превращению компьютеров Macintosh в замкнутую систему. Тогда стало ясно, что оптимальным решением в такой ситуа ции станет введение в систему порта SCSI для подключения периферийных устройств. По скольку в компьютерах PC возможность расширения была предусмотрена изначально, особой необходимости во введении интерфейса SCSI долгое время не было. Всем казалось, что восьми разъемов расширения, к которым можно подключать самые разнообразные устройст ва и контроллеры, вполне достаточно.
Однако сейчас интерфейс SCSI становится все более популярным в мире PC-совместимых компьютеров благодаря широким возможностям для расширения системы и разработке мно жества устройств со встроенным интерфейсом SCSI. Одним из обстоятельств, сдерживающих внедрение этого интерфейса, было отсутствие стандарта. Каждая компания-изготовитель имела свое представление о том, как должен работать интерфейс SCSI, особенно относитель но основных адаптеров.
Интерфейс SCSI удовлетворяет стандарту в той же степени, что и общеизвестный USB. В нем, как и в USB, определяются разводки контактов, а не способы взаимодействия устройств. Подсис тема SCSI связывается с компьютером с помощью программ-драйверов, но, к сожалению, многие из них предназначены для работы только с конкретными устройствами и основными адаптерами. Поддержка большинства устройств SCSI встроена в операционную систему Windows 9x. Стандарты ANSI SCSI 507 Шина SCSI внесла большую сумятицу в мир PC-совместимых компьютеров именно из-за от сутствия стандартов на основные адаптеры, программные интерфейсы и способы поддержки в BIOS подключенных к шине жестких дисков SCSI. К счастью, существует несколько простых способов, с помощью которых можно избежать неприятностей, связанных с несовместимостью. Именно из-за отсутствия стандарта на интерфейс возникают ситуации, когда в обход ши ны SCSI невозможно использовать жесткие диски, выполнять с них загрузку компьютера или работать с несколькими операционными системами. Стандартные системные BIOS компью теров рассчитаны на взаимодействие с контроллерами жестких дисков ST-506/412, ESDI или ATA (IDE). Интерфейс SCSI настолько отличается от этих стандартных дисковых интерфей сов, что для того, чтобы загрузка компьютера с таких жестких дисков стала возможной, по требуется разработать принципиально иные процедуры для системной BIOS. Такие процеду ры либо записаны в ROM BIOS на системной плате, либо хранятся в качестве расширения в микросхемах ПЗУ на плате основного адаптера SCSI.
Замечание
Описание eонтроллеров жестeих дисeов ST-506/412 и ESDI можно найти в предыдoщих изданиях eниaи, eо торые находятся на прилаaаемом eомпаeт-дисeе. Поскольку Apple уже давно занимается разработкой системного программного обеспече ния для интерфейса SCSI, подключать периферийные устройства к этим компьютерам очень просто. До недавнего времени ситуация с PC-совместимыми системами была гораздо хуже. Она изменилась только с появлением операционной системы Windows 95, которая поддержи вала большинство имеющихся на рынке SCSI-адаптеров и устройств. Современные операци онные системы Windows 98/Me и Windows 2000 поддерживают множество SCSI-адаптеров и устройств, существующих в настоящее время.
Интерфейс SCSI принят в качестве стандарта и используется практически во всех высоко качественных PC-совместимых компьютерах. Основной адаптер SCSI либо устанавливается в один из разъемов, либо монтируется на системной плате. Такая конструкция на первый взгляд напоминает интерфейс IDE, поскольку диск SCSI подключается к системной плате с помо щью одного-единственного кабеля. Существенная разница заключается в том, что к интер фейсу SCSI можно подключить до семи устройств (причем не обязательно жестких дисков), а к IDE — два, и их выбор весьма ограничен. По мере роста популярности интерфейса SCSI со вершенствовались программы-драйверы и механизмы их взаимодействия с операционными системами, а следовательно, упрощались и процедуры подключения к системе новых пери ферийных устройств.

Стандарты ANSI SCSI

Стандартом SCSI определяются физические и электрические параметры параллельной шины ввода-вывода, соединяющей компьютер с периферийными устройствами по принципу последовательного подключения. Стандартом предусматривается подключение таких уст ройств, как жесткие диски, накопители на магнитной ленте и CD-ROM. Оригинальный стан дарт SCSI-1 (ANSI X3.131-1986) появился в 1986 году, стандарт SCSI-2 — в январе 1994 года, а в 1995 году определена первая часть стандарта SCSI-3. Обратите внимание, что стандарт SCSI-3 состоит из нескольких разделов, часть из которых находится в стадии разработки. Интерфейс SCSI был определен в качестве стандарта специальным комитетом ANSI, ко торый носит название T10. Это технический отдел Национального комитета по стандартам 508 Глава 8. Интерфейс SCSI
информационных технологий (National Committee on Information Technology Standards — NCITS), который работает под управлением ANSI и занимается разработкой стандартов для систем обработки информации. NCITS был ранее известен как группа X3, и стандарт SCSI впервые был опубликован под редакцией комитета T9. Первый стандарт SCSI-1 был опубли кован группой X3T9 в 1986 году и официально признан ANSI как стандарт X3.131-1986. Ко пии рабочей документации, относящейся ко всем стандартам SCSI, могут быть получены на Web-узле технического комитета Т10 по адресу: http://www.t10.org.
Одним из недостатков стандарта SCSI-1 было то, что многие команды и функции не были определены как обязательные, а это не гарантировало их наличия в том или ином периферий ном устройстве. В конечном счете компании-изготовители определили набор из 18 базовых команд SCSI, названный общей системой команд (Common Command Set — CCS). Эти ко манды должны были “приниматься к выполнению” всеми периферийными устройствами и в итоге были положены в основу стандарта SCSI-2. Помимо формального подтверждения системы CCS, в стандарте SCSI-2 были определены дополнительные команды для организации доступа к различным накопителям: CD-ROM (в ча стности, для использования их звуковых возможностей), на магнитной ленте, со сменными но сителями, оптическим, а также к некоторым другим периферийным устройствам. Кроме того, в качестве необязательных были определены параметры быстродействующего варианта интер фейса (Fast SCSI-2) и его 16-разрядной версии (WIDE SCSI-2). Еще одной особенностью интер фейса SCSI стал метод упорядочения команд. Суть его сводится к тому, что периферийное уст ройство может принять сразу несколько команд и выполнять их в том порядке, который сочтет наиболее эффективным. Такая возможность особенно важна при работе с многозадачной опера ционной системой, когда на шину SCSI может быть одновременно выдано несколько запросов. Группа X3T9 приняла стандарт SCSI-2 под шифром X3.131-1990 в августе 1990 года, а в декабре того же года документ был отозван для доработки перед окончательной публикаци ей. Окончательно стандарт SCSI-2 был принят только в январе 1994 года, хотя он мало изме нился по сравнению с первоначальным вариантом. В настоящее время стандарт SCSI-2 имеет шифр ANSI X3.131-1994.
По заявлениям большинства производителей, их основные адаптеры соответствуют одно временно стандартам X3.131-1986 (SCSI-1) и X3.131-1994 (SCSI-2). Заметим, что в SCSI-2 предусмотрены практически все возможности SCSI-1, поэтому любое устройство, соответст вующее стандарту SCSI-1, соответствует и требованиям SCSI-2. Многие изготовители рекла мируют свои устройства как соответствующие требованиям SCSI-2, но это отнюдь не означа ет, что в них предусмотрены все дополнительные (необязательные) функциональные воз можности, включенные в этот стандарт.
Например, в необязательную (рекомендуемую) часть включено описание быстрого синхрон ного режима, в котором синхронный обмен данными происходит с удвоенной (от 5 до 10 Мбайт/с) скоростью. Работая в “быстром” (Fast) режиме передачи с 16-разрядной шиной Wide SCSI, можно довести скорость обмена данными до 20 Мбайт/с. Стандартом SCSI-2 (в не обязательной части) предусмотрена и большая разрядность шины данных (32-разрядная), но на сегодняшний день производители воздерживаются от выпуска 32-разрядных устройств из-за их слишком высокой стоимости. Большинство устройств SCSI выпускаются в 8-разрядном или “ускоренно-расширенном” (Fast/Wide) варианте. Но даже те из них, в которых не предусмотрен быстрый режим и увеличенная разрядность шины, могут соответствовать обязательным требо ваниям стандарта SCSI-2.
Стандарт SCSI-3 состоит из нескольких стандартов. Стандарт SPI (SCSI Parallel Interface) определяет взаимодействие между параллельными устройствами SCSI. Существует несколько версий этого стандарта: SPI, SPI-2, SPI-3 и SPI-4. Первые три версии опубликованы, а четвер тая пока лишь определена как предварительная.

Стандарт SCSI-1

Этот стандарт является первой реализацией SCSI. Официальным документом стандарта SCSI-1 является ANSI X3.131-1986. Основные свойства стандарта SCSI-1 следующие:
-- параллельная 8-разрядная шина;
-- асинхронный или синхронный режим на частоте 5 МГц;
-- скорость передачи данных 4 Мбайт/с (асинхронный режим) или 5 Мбайт/с (синхронный режим);
-- 50-контактный кабель;
-- несбалансированная передача по однопроводной шине;
-- пассивная оконечная нагрузка;
-- необязательный контроль четности.

Стандарт SCSI-2

Официальный документ стандарта SCSI-2 называется ANSI X3.131-1994. Этот стандарт представляет собой улучшенную версию предыдущего стандарта SCSI-1. В нем ужесточены требования к некоторым параметрам и добавлены новые функции и возможности. Устройст Стандарт SCSI-2 511
ва, выполненные в соответствии со стандартами SCSI-1 и SCSI-2, обычно совместимы между собой, но новые возможности SCSI-2 на уровне SCSI-1 не реализуются. Внесенные в SCSI-2 изменения в большинстве случаев не играют решающей роли. На пример, в шине SCSI-1 контроль четности необязателен, а в SCSI-2 он введен в качестве не пременного условия. Еще одно требование заключается в том, что на интерфейсные разъемы ведущих устройств, например основных адаптеров, должно быть выведено опорное напряже ние для подстройки нагрузки линий связи, и в большинстве случаев это условие соблюдается. Стандартом SCSI-2 предусмотрены некоторые дополнительные (необязательные) воз можности:
-- быстрая передача данных (Fast) на частоте 10 МГц;
-- расширение шины SCSI (Wide) до 16-разрядов;
-- очередность команд;
-- использование кабельных разъемов с уменьшенным шагом выводов;
-- активная нагрузка линий связи.
Расширенная шина SCSI отличается от стандартной тем, что является 16-разрядной; это по зволяет осуществлять параллельную передачу данных. Естественно, что для подключения по добных устройств нужны кабели нового типа. Стандартный 50-контактный (8-разрядный) ка бель называется кабелем типа A. В стандарте SCSI-2 сначала был предусмотрен специальный 68-контактный кабель типа B, который вместе с кабелем типа A предназначался для организа ции расширенной шины, но он был воспринят без особого энтузиазма и вскоре его вытеснил 68-контактный кабель типа P, являющийся частью будущего стандарта SCSI-3. Произошло это потому, что пользоваться одиночным кабелем типа P при построении 16-разрядной шины, без условно, удобнее, чем парой кабелей типов A и B.
Между устройствами типа Fast SCSI осуществляется синхронная передача данных с удвоен ной скоростью. При стандартной 8-разрядной шине она равна 10 Мбайт/с. Если же разрядность шины увеличить до 16 (Fast/Wide SCSI), то скорость передачи данных возрастет до 20 Мбайт/с. Использование разъемов с высокой плотностью контактов позволяет создавать более удобные кабели.
Стандартом SCSI-1 обусловлено, что главное устройство, например основной адаптер, может выдавать в адрес каждого устройства только по одной команде. Стандарт SCSI-2 по зволяет отправлять в каждое устройство до 256 команд: они накапливаются в нем, обрабаты ваются и лишь затем от него на шину SCSI поступает ответ. Принимающее устройство может изменить порядок выполнения принятых команд для того, чтобы наиболее эффективно на них реагировать. Эта возможность особенно полезна при работе в многозадачной операцион ной системе, например OS/2 или Windows NT.
В качестве основы стандарта SCSI-2 была принята уже оформившаяся общая система ко манд CCS. Но разрабатывалась она в основном для жестких дисков, и в ней не предусматри вались команды для управления другими устройствами. В SCSI-2 многие старые команды от корректированы и добавлены некоторые новые (для накопителей CD-ROM, оптических уст ройств, сканеров, коммуникационных устройств, съемных жестких дисков и т.п.). Чтобы шина SCSI функционировала надежно, необходимо удовлетворить очень жесткие требования к оконечным нагрузкам. К сожалению, первоначально определенная в стандарте SCSI-1 пассивная оконечная нагрузка сопротивлением 132 Ом не была предназначена для син хронной передачи данных на высоких скоростях. Плохие пассивные оконечные нагрузки могут быть причиной отражения сигнала, в результате чего при увеличении скорости передачи или количества устройств, подключаемых к шине, могут возникать погрешности. В стандарте SCSI-2 определена активная (стабилизирующая напряжение) оконечная нагрузка, которая по нижает импеданс оконечного устройства до 110 Ом и повышает надежность передачи данных. 512 Глава 8. Интерфейс SCSI Поскольку перечисленные возможности необязательны, ими не всегда можно воспользо ваться. Например, если вы подключите жесткий диск типа Fast SCSI к обычному основному адаптеру, он будет работать, но данные будут передаваться только с обычной скоростью.

Стандарт SCSI-3

Несмотря на то что стандарт SCSI-2 официально был введен совсем недавно (неформально он действует уже в течение нескольких лет), сейчас интенсивно идет работа над SCSI-3. В отличие от SCSI-1 и SCSI-2, спецификация SCSI-3 состоит из нескольких до кументов SPI (SCSI Parallel Interface), которые описывают физическое соединение, интерфейс электрических соединений, основной набор команд и специальные протоколы. Последние включают команды интерфейса жесткого диска, накопителей на магнитной ленте, контролле ра RAID и других устройств. Все это представляет собой архитектурную модель SCSI (SCSI Architectural Model — SAM).
Стандарт SCSI-3 дополнен следующими возможностями:
-- Ultra2 (Fast-40) SCSI;
-- Ultra3 (Fast-80DT) SCSI;
-- Ultra4 (Fast-160DT) SCSI;
-- дифференциальные сигналы низкого напряжения (Low Voltage Differential — LVD);
-- отказ от дифференциальных сигналов высокого напряжения (High Voltage Differential — HVD).
Разделение стандарта SCSI-3 на несколько небольших документов позволит быстрее ут вердить единый стандарт SCSI-3. Некоторые спецификации нового стандарта будут известны еще до опубликования единого стандарта SCSI-3, что позволит раньше приступить к выпуску соответствующих устройств.
Одно из основных нововведений в стандарт SCSI-3 — увеличение скорости передачи дан ных до 160 Мбайт/с. Такую скорость поддерживают адаптеры и устройства Fast-40 (Ultra2) и Fast-80DT (Ultra3).
Естественно, такое многообразие стандартов может запутать пользователя. Перед покуп кой адаптера и устройства со SCSI-интерфейсом оцените необходимую производительность и с помощью табл. 8.2 выберите подходящий стандарт.
SPI (SCSI Parallel Interface) или Ultra SCSI Стандарт SCSI Parallel Interface (SPI) — первый документ SCSI-3, опубликованный под названием ANSI X3.253-1995. Его также называют Ultra SCSI. Отдельный документ SCSI Interlock Protocol (SIP) определяет набор параллельных команд. Этот документ позднее был включен в состав SPI-2 и SPI-3.
Основные свойства SPI или Ultra SCSI следующие:
-- скорости Fast-20 (Ultra) (20 или 40 Мбайт/с);
-- 68-контактный P-кабель и разъемы, определенные для Wide SCSI.v Устройства Fast-20 (Ultra) SCSI обеспечивают синхронную передачу данных с удвоенной скоростью по сравнению с устройствами Fast SCSI. Устройства Ultra SCSI, описанные в при ложении ANSI X3.277-1996, позволяют осуществлять передачу данных со скоростью 20 Мбайт/с по 8-разрядному кабелю SCSI. В сочетании с 16-разрядным интерфейсом Wide SCSI такие устройства позволяют передавать данные со скоростью 40 Мбайт/с. SPI-2 или Ultra2 SCSI Стандарт SPI-2, также называемый Ultra2 SCSI, официально опубликован как документ ANSI X3.302-1998 и содержит следующие дополнительные свойства по сравнению с преды дущей версией:
-- скорости Fast-40 (Ultra2) (40 или 80 Мбайт/с);
-- дифференциальные сигналы низкого напряжения (LVD);
-- разъемы типа Single Connector Attachment (SCA-2);
-- 68-контактный разъем типа Very High Density Connector (VHDC).
Устройства Fast-40 SCSI позволяют передавать данные со скоростью 40 Мбайт/с по 8-разрядному кабелю и до 80 Мбайт/с по 16-разрядному.
Однопроводные и дифференциальные шины SCSI Шина SCSI называется также однопроводной (single-ended — SE), так как для передачи каждого сигнала используется один провод. Это недорогая технология, но при ее использова нии возникают проблемы производительности и помех.
Однопроводную шину часто называют несбалансированной. Каждый сигнал распростра няется по паре проводов, обычно перекрученных для снижения помех. В однопроводной ши не один из проводов пары является общим (обычно он общий для всех сигналов). К сожале нию, несбалансированная шина обладает низкой помехоустойчивостью. В связи с этим мак симальная длина кабеля не может превышать полутора метров.
514 Глава 8. Интерфейс SCSI
В дифференциальной шине SCSI для передачи каждого сигнала используется двухпро водная линия связи. По одному из проводов пары передается прямой сигнал (тот же, что и в первом случае), а по второму — инверсный. В приемное устройство передается разница этих двух сигналов (отсюда и пошло название шины — дифференциальная). Такой метод передачи данных позволяет повысить помехозащищенность линии связи и в результате увеличить дли ну соединительного кабеля. По дифференциальной шине SCSI можно организовать передачу данных на расстояние до 25 м, а по однопроводной — до 6 м при обычных асинхронных или синхронных обменах и только до 3 м в режиме Fast.
На рис. 8.2 показана схема сбалансированной (дифференциальной) и несбалансированной (однопроводной) шины.
В этом первом стандарте SCSI используется высокое напряжение между двумя жилами, что усложняет схемы обработки сигналов и соответственно увеличивает цену адаптера. Кро ме этого недостатка, существует еще несколько проблем, которые и послужили причиной удаления дифференциальной шины высокого напряжения (High Voltage Differential — HVD) из спецификации стандарта SCSI-3.
На смену дифференциальной шине высокого напряжения пришла дифференциальная ши на низкого напряжения (Low Voltage Differential — LVD). Это позволило упростить схему адаптера и уменьшить его стоимость. Преимущества использования этого типа шины — бо лее безопасное подключение, т.е. при подключении устройства к однопроводной шине не произойдет повреждения элементов адаптера. Фактически дифференциальная шина низкого напряжения представляет собой многорежимную шину. Однако если в цепь LVD будет под ключено одно однопроводное устройство, то вся цепь будет работать в этом режиме, т.е. все скоростные преимущества и возможности использования более длинных кабелей новых уст ройств теряются. Обратите внимание, что все устройства Ultra2 и Ultra3 являются дифферен циальными с низким напряжением и могут работать на частоте 40 и 80 МГц соответственно. Кабели и разъемы однопроводных и дифференциальных устройств одинаковые, поэтому несложно ошибиться. Существует несколько способов, позволяющих выяснить, является ли устройство дифференциальным. Один из них — поиск на устройстве специального символа. Дело в том, что известно несколько утвержденных универсальных символов для однопровод ных и дифференциальных шин SCSI (рис. 8.3). Если таких символов на устройстве не окажется, то определить его тип можно с помощью омметра, измеряя сопротивление между выводами 21 и 22 интерфейсного разъема. В одно проводных устройствах они соединены между собой и с общим проводом, а в дифференци альных либо разомкнуты, либо сопротивление между ними достаточно велико. Еще раз отме тим, что такая проблема возникает нечасто, поскольку практически все устройства SCSI од нопроводные, дифференциальные низкого напряжения или многорежимные.

Кабели и разъемы SCSI

Стандарт SCSI предъявляет довольно жесткие требования к кабелям и разъемам. Для внут рисистемных соединений используется 50-контактный неэкранированный разъем, а для внеш них — аналогичный экранированный разъем типа Centronics (с фиксатором). В официальной документации экранированный разъем иногда называют Alternative 2. Для однопроводной и дифференциальной шин предусмотрена как пассивная, так и активная нагрузка линий (активная предпочтительнее). 50-контактный кабель стандарта SCSI называется кабелем типа A. В старых 8-разрядных адаптерах и внешних устройствах SCSI используется разъем типа Centronics.
Разъем Alternative 2 типа Centronics достался SCSI-2 от предыдущей версии. Для 16- и 32- разрядных шин в стандарте SCSI-2 предусмотрен 68-контактный кабель B, который должен подключаться одновременно с кабелем A. Однако кабель B не получил широкого признания и из стандарта SCSI-3 исключен.
Вместо злополучного кабеля B в стандарте SCSI-3 появился 68-контактный кабель P. На обоих кабелях (типов A и P) могут быть смонтированы либо экранированные, либо неэкрани рованные разъемы типа D. Они должны быть снабжены фиксаторами-защелками, а не прово лочными кольцами, как разъемы Centronics. Для лучшей помехозащищенности нагрузка линий в однопроводных шинах должна быть активной. На рис. 8.6 показан 68-контактный разъем. Компания Apple и некоторые другие производители устройств SCSI используют 25- контактный кабель. Разъем этого кабеля аналогичен разъему параллельного порта PC. При неправильном подключении устройство SCSI или системная плата могут выйти из строя. Ес ли же вы используете такой кабель, то пометьте его каким-то образом (например, поставьте цветные метки на все разъемы устройств SCSI). А вообще лучше не использовать этот тип кабеля.

Назначение выводов разъемов SCSI

В этом разделе будут приведены таблицы с назначениями выводов различных кабелей и разъемов SCSI. Как уже отмечалось, существует две несовместимые по электрическим пара метрам версии интерфейса SCSI — однопроводная и дифференциальная. Устройства, выпол ненные по этим двум схемам, не должны подключаться к одной шине. Правда, дифференци альная шина встречается сегодня крайне редко, и вам вряд ли придется иметь с ней дело. Для каждой разновидности шины (однопроводной и дифференциальной) предусмотрены кабели двух типов:
-- типа A (стандартная 8-разрядная шина SCSI);
-- типа P (16-разрядная шина Wide SCSI).
В большинстве случаев в стандартах SCSI-1 и SCSI-2 для подключения периферийных устройств используется кабель типа A. Для подключения к шине Wide SCSI (16-разрядной) Назначение выводов разъемов SCSI 519 вместо него используется кабель типа P. К одной шине можно подключать как стандартные, так и 16-разрядные устройства, соединяя кабели типа A и P с помощью специальных адапте ров. Для подключения устройств к 32-разрядной шине SCSI-3 используются кабели специ ального типа Q.
В кабеле для подключения устройств SCSI наиболее важные сигналы помещаются во внутренний слой, менее важные — в средний, а остальные — к краю кабеля. Конструкция типичного кабеля SCSI приведена на рис. 8.9. Благодаря такой конструкции кабель SCSI дороже, чем остальные типы кабелей. Обратите внимание, что такой кабель используется только для подключения внешних устройств SCSI. Для внутренних подключений (в корпусе компьютера) как правило используют обычный лен точный кабель.
На кабелях типа A могут быть смонтированы неэкранированные штыревые разъемы (для внутрисистемных соединений) или экранированные (для внешних подключений), причем разводки выводов у них разные. У разъемов кабеля типа P, предназначенных для внутренних и внешних соединений, разводки выводов одинаковые.
Кабели и разъемы однопроводной шины SCSI
Однопроводная шина интерфейса SCSI получила наибольшее распространение в PC- совместимых компьютерах. В табл. 8.3 и 8.4 приведены разводки выводов разъемов как неэк ранированного (для внутрисистемных соединений), так и экранированного (для внешних подключений) кабеля типа A. Знак “минус” перед названием сигнала означает его низкий ак тивный уровень. Линии, обозначенные как зарезервированные, соединяют между собой од ноименные выводы разъемов. В кабелях типа A эти выводы в устройствах SCSI должны ос таваться неподключенными (но их можно и заземлить, т.е. соединить с общим), а в специаль ных модулях, предназначенных для нагрузки линий шины, они должны быть обязательно заземлены. В кабелях типов P и Q зарезервированные линии должны оставаться неподклю ченными как в устройствах SCSI, так и в модулях нагрузки.
Интерфейс SCSI используется почти во всех компьютерах PS/2 IBM, выпущенных после 1990 года. В них может быть установлен либо адаптер SCSI для шины MCA, либо основной адаптер SCSI, смонтированный на системной плате. В любом случае для подключения к интер фейсу SCSI используется уникальный 60-контактный экранированный разъем типа mini- Centronics. Чтобы перейти от него к стандартному 50-контактному разъему Centronics, который используется в большинстве внешних устройств SCSI, нужен специальный кабель. Назначение выводов 60-контактного внешнего экранированного разъема типа mini-Centronics приведено в табл. 8.5. Обратите внимание: хотя контакты располагаются не так, как в стандартных разъемах, их нумерация соответствует принятой для неэкранированного разъема кабеля типа A. Дифференциальная шина SCSI
Дифференциальная шина высокого напряжения SCSI практически не используется в PC- совместимых компьютерах, но она очень популярна в мини-системах, поскольку позволяет организовать связь между устройствами, разделенными большими расстояниями. Однако набирают популярность дифференциальные устройства низкого напряжения, ча ще всего многорежимные. Все устройства SCSI Ultra2 и Ultra3 являются дифференциальными низкого напряжения либо многорежимными.
Оконечные нагрузки
Очень важно правильно установить оконечные нагрузки на шине SCSI. Для нее преду смотрены четыре типа оконечных нагрузок:
-- пассивные;
-- активные (также называемые Alternative 2);
-- Forced Perfect Termination (FPT): FPT-3, FPT-18 и FPT-27;
-- High Voltage Differential (HVD);
-- Low Voltage Differential (LVD).
Первые три типа нагрузок применяются только в асимметричных шинах SCSI. Для управ ления оконечными нагрузками шины используется пассивная сеть резисторов сопротивлени ем 220 или 330 Ом. Пассивные оконечные нагрузки должны применяться только в узких (8-разрядных) шинах SCSI, работающих с частотой 5 МГц. Как правило, пассивные нагру зочные резисторы удовлетворяют требованиям передачи сигнала на короткие расстояния, на пример на 0,5–1 м, но для более длинных расстояний лучше использовать активные оконеч ные нагрузки в соответствии со стандартом Fast SCSI. Схема типичной пассивной оконечной нагрузки показана на рис. 8.10.
Активная оконечная нагрузка (рис. 8.11) фактически имеет один или несколько стабили заторов напряжения, а не является делителем напряжения на резисторах. Эти нагрузки обыч но имеют светодиод, указывающий на их активность. В соответствии с техническими требо ваниями SCSI-2 активную оконечную нагрузку рекомендуется применять на обоих концах шины, а в случае использования устройства Fast SCSI или Wide SCSI ее применение обяза тельно. В наиболее высокоэффективных контроллерах установлена автоматическая оконеч ная нагрузка, так что, если устройство стоит в конце цепочки, она включается автоматически. Есть специальная разновидность активной оконечной нагрузки: Forced Perfect Termination. Это улучшенная версия, в которой добавлены диодные ограничители, чтобы устранить воз можность превышения (или, наоборот, снижения) уровня сигнала (рис. 8.12). С помощью этих оконечных нагрузок уровень сигнала привязывается не к уровню сигналов +5 В и Об щий, а к уровню выходного сигнала двух регулируемых напряжений. Это дает возможность диодам привязки устранить превышение (или, наоборот, снижение) уровня сигнала, особенно при высоких скоростях передачи сигналов на довольно длинные расстояния.

Конфигурация дисков SCSI

Настраивать диски SCSI несложно, и эта процедура оговорена стандартом SCSI. Для на стройки жесткого диска следует должным образом установить идентификатор (адрес) SCSI ID (от 0 до 7 или от 0 до 15) и (при необходимости) нагрузочные резисторы Установить идентификатор SCSI ID очень просто. К одной шине SCSI можно подключить до восьми устройств, и у каждого из них должен быть уникальный адрес — SCSI ID. Один адрес отводится для основного адаптера, а остальные семь предназначены для периферийных устройств. Большинству основных адаптеров при заводской настройке присваивается адрес с высшим приоритетом — ID 7. Остальные устройства должны иметь разные адреса ID, в про тивном случае конфликты между ними неизбежны. В некоторых основных адаптерах преду сматривается загрузка системы только с жесткого диска, которому присвоен конкретный ад рес ID. В старых адаптерах компании Adaptec у загрузочного диска должен быть адрес ID 0, а в новых он может быть любым.
Идентификатор SCSI ID обычно указывают с помощью перемычек, установленных непо средственно в жестком диске. Если жесткий диск собран в отдельном корпусе, то иногда на его задней стенке можно обнаружить переключатель выбора SCSI ID. Он может быть кно почным, поворотным и т.д. Если внешнего переключателя нет, придется снять с него крышку и установить адрес ID с помощью перемычек, расположенных на плате жесткого диска. Для установки SCSI ID нужны три перемычки; дело в том, что каждый конкретный ID оп ределяется положением этих перемычек, которое соответствует некоторому двоичному чис лу. Например, если разомкнуть все три перемычки (т.е. установить их в положение Off — от ключено), то это будет соответствовать двоичному числу 000b, при этом значение ID будет равно 0. Если же положение перемычек соответствует двоичному числу 001b, то ID будет ра вен 1 (аналогично для числа 010 ID равен 2, для 011b — 3 и т.д.). Три перемычки нужны по тому, что для представления числа 7 (максимального адреса ID) необходимо три двоичных разряда. Напомним, что в двоичном представлении 0=000b, 1=001b, ..., 7=111b, где b означа ет, что число является двоичным.
К сожалению, в различных жестких дисках перемычки могут быть расположены по- разному: старший разряд может оказаться как слева, так и справа. В табл. 8.7 и 8.8 явно ука заны возможные положения перемычек. Первая таблица соответствует случаю, когда стар ший разряд находится слева, а вторая — когда он расположен справа. Шина SCSI всегда должна быть нагружена с обоих концов. Если основной адаптер распо ложен на одном из концов шины, то в нем должны быть установлены нагрузочные резисторы. Если он расположен в середине цепочки, а к обоим ее концам подключены периферийные устройства, то модуль нагрузки в адаптере должен быть отключен, а в периферийных устрой ствах на концах должны быть установлены модули нагрузки. Эти модули бывают разных ти пов, но рекомендуемый на сегодняшний день минимум — это активные модули, а еще луч ше — устройства типа FPT.
На рис. 8.13 показан пример подключения устройств SCSI. С одной стороны к шине под ключен адаптер SCSI, а с другой — накопитель CD-ROM. Для нормальной работы всех уст ройств нагрузочные резисторы должны быть установлены в адаптере и накопителе CD-ROM, т.е. на концах шины.
Чтобы получить работоспособную систему SCSI, используйте лучшие модули нагрузки из тех, что есть в вашем распоряжении, и подключайте их к обоим концам шины. Большинство проблем при использовании интерфейса SCSI возникает из-за плохой нагрузки шины. В одних устройствах модули нагрузки встроенные и их можно отключать путем перестановки перемычек, а в других та ких модулей нет, т.е. необходимо использовать внешние нагрузочные резисторы. На корпусе внешнего устройства SCSI обычно устанавливается два разъема — входной и выходной, что позволяет включать его в качестве звена последовательной цепочки. Если уст ройство оказывается в такой цепочке последним, то к его выходному порту SCSI нужно под ключить внешний модуль нагрузки (рис. 8.14).
Существует несколько конструкций внешних нагрузочных резисторов, в том числе и конст рукция проходного модуля. Такой модуль может понадобиться, если для нагрузки и подключе ния кабеля приходится использовать один и тот же разъем, а также при внутрисистемных под ключениях устройств SCSI, у которых нет встроенных модулей нагрузки. В частности, они нуж ны при внутренней установке большинства жестких дисков, поскольку для экономии места на плате управления встроенные модули нагрузки на них не устанавливаются. Проходные модули (рис. 8.15) необходимы в том случае, если устройство подключено к концу шины и имеется только один разъем для подключения устройства SCSI. На диске SCSI могут быть установлены дополнительные перемычки для выбора следую щих рабочих режимов:
-- запуск по команде (запуск с задержкой);
-- контроль четности;
-- подача постоянного напряжения на модуль нагрузки;
-- режим синхронизации.
Запуск по команде (запуск с задержкой)
Если в системе установлено несколько жестких дисков, то желательно настроить их таким образом, чтобы при включении компьютера они запускались поочередно. Дело в том, что в течение нескольких секунд после включения, пока диски раскручиваются до своей номиналь ной частоты вращения, жесткий диск потребляет в 3–4 раза большую мощность, чем при обычной работе. Одновременный запуск всех жестких дисков может привести к перегрузке блока питания и срабатыванию защиты, в результате чего компьютер будет зависать либо при каждом включении, либо эпизодически.
Чтобы подобных проблем не возникало, почти во всех дисках SCSI предусмотрена воз можность задержки запуска двигателя. Когда основной адаптер инициализирует шину SCSI, на нее, в частности, последовательно по всем адресам ID выдается команда запуска устройст ва (Start Unit). Установив соответствующую перемычку в жестком диске, можно задержать начало раскручивания дисков до получения команды Start Unit от основного адаптера. По скольку указанная команда по всем адресам ID передается последовательно, начиная с уст ройства с высшим приоритетом (ID 7) и заканчивая устройством с низшим приоритетом (ID 0), таким же будет и порядок запуска жестких дисков. В некоторых основных адаптерах выдача команды Start Unit не предусмотрена; в этом случае жесткие диски не будут ее до жидаться, а через несколько секунд запустятся самостоятельно.
Если к шине SCSI подключены внешние жесткие диски со своими отдельными блоками питания, то задерживать их запуск не нужно. Задержанный запуск предназначен в основном для внутренних жестких дисков, подключенных к блоку питания компьютера. Советую вос пользоваться этой возможностью даже в том случае, если в компьютере установлен только один внутренний жесткий диск SCSI. Этим вы существенно уменьшите пиковую нагрузку на блок питания, поскольку жесткий диск будет включаться в работу последним, уже после того как на все остальные компоненты компьютера будет подано напряжение. Это особенно важ но для портативных компьютеров и систем с ограниченными возможностями блока питания.
Режим синхронизации
Шина SCSI может работать в двух режимах: асинхронном (принимается по умолчанию) и синхронном. Режим синхронизации устанавливается после предварительного обмена специ альными сообщениями между двумя устройствами. До начала обмена данными активное уст ройство (инициатор) и принимающее устройство (адресат) согласуют способ выполнения этого обмена. Такая процедура называется соглашением о синхронизации. Если оба устройст ва способны осуществлять быстрый синхронизированный обмен, то именно в этом режиме будут передаваться данные.
К сожалению, некоторые старые устройства, вместо того чтобы должным образом реаги ровать на запрос о возможности синхронной передачи данных, просто отключаются при его получении. Поэтому во многих основных адаптерах и устройствах, в которых предусмотрен синхронный обмен данными (и соответствующий протокол нагрузки), устанавливается пере мычка, с помощью которой передачу запросов можно отменить и сделать эти адаптеры со вместимыми со старыми устройствами SCSI. Во всех современных устройствах соглашение о синхронизации предусмотрено по умолчанию и все запросы должны быть разрешены.

Советы по конфигурации устройств SCSI

При установке цепочки устройств SCSI могут возникнуть проблемы. Для их разрешения проверьте следующее:
-- версию BIOS системной платы;
-- правильность подключения интерфейсного кабеля и кабеля питания — извлеките и снова вставьте все разъемы;
-- наличие у каждого устройства, в том числе основного адаптера, уникального иденти фикатора;
-- качество соединения оконечных модулей нагрузки на каждой стороне шины;
-- доступные прерывания для адаптера SCSI, помещенного в разъем PCI системной пла ты (это можно выполнить с помощью диспетчера устройств операционной системы);v -- поддержку режима bus mastering на том разъеме PCI системной платы, где установлен адаптер SCSI;
-- последовательность просмотра загрузочных устройств в BIOS.
При подключении к одной шине SCSI нескольких устройств система усложняется. Приве денные ниже советы помогут вам быстро и грамотно ее настроить.
-- На каждом этапе подключайте только одно новое устройство. Вместо того чтобы подключить сразу все устройства, а потом пытаться настроить их одновременно, начните с установки основного адаптера и одного жесткого диска. После этого подключайте ос тальные устройства по одному, каждый раз проверяя правильность работы системы. -- Ведите соответствующую документацию. Подключая новое устройство SCSI, запи сывайте его адрес SCSI ID, а также состояния всех переключателей и перемычек Сравнение интерфейсов SCSI и IDE 533
(например, режима контроля четности). Запишите адреса BIOS, номера прерывания и канала DMA, адреса ввода-вывода, используемые основным адаптером, а также со стояния перемычек и прочие особенности конфигурации (например, способ нагрузки шины), которые могут пригодиться в дальнейшем.
-- Правильно нагружайте шину. К каждому ее концу должен быть подключен модуль нагрузки. Лучше всего использовать активные модули или модули с принудительным ограничением сигнала (FPT). При подключении к шине любого устройства типа Fast SCSI-2 должны использоваться только активные модули нагрузки, а не более дешевые пассивные. Их настоятельно рекомендуется использовать даже при подключении к шине стандартных (“медленных”) устройств SCSI. Если к шине подключены только внутренние или только внешние устройства, то модули нагрузки должны быть уста новлены в основном адаптере и последнем устройстве в цепочке. Если же в цепочку входят и внутренние и внешние устройства, то модули нагрузки должны быть уста новлены в двух крайних устройствах (одном внешнем и одном внутреннем), а из ос новного адаптера, который находится в середине шины, модуль необходимо изъять. -- Используйте высококачественные экранированные кабели. Убедитесь в соответствии кабельных разъемов. Учитывайте ограничения, накладываемые на длину шины. Для организации одной шины SCSI лучше использовать кабели одного типа. У кабелей различных типов разное волновое сопротивление, что неизбежно приводит к появле нию лишних отраженных сигналов. Это обстоятельство имеет особое значение при работе с длинными кабелями и при высоких скоростях передачи данных. Следуя этим простым советам, вы сможете избежать ненужных проблем и легко выпол нить конфигурацию устройств SCSI.

Сравнение интерфейсов SCSI и IDE

При сравнении производительности и возможностей жестких дисков IDE и SCSI необхо димо учитывать несколько факторов. В настоящее время жесткие диски этих двух типов чаще всего устанавливаются в PC-совместимых компьютерах, и во многих случаях один изготови тель выпускает практически одинаковые жесткие диски, но с разными интерфейсами. Выбор оптимального жесткого диска в каждом конкретном случае зависит от многих обстоятельств и зачастую оказывается весьма сложным.
В большинстве случаев диски IDE при выполнении конкретной задачи или по результатам проверки с помощью программ аттестации оказываются эквивалентными устройствам SCSI. При этом они дешевле устройств SCSI. Однако в некоторых ситуациях диски SCSI имеют преимущество и в производительности и в цене. Это неудивительно, ведь SCSI в действи тельности является усовершенствованием IDE, причем оба этих интерфейса “происходят” от ST-506/412 и ESDI.
Эволюция дисков SCSI
Напомним, что SCSI — это не дисковый интерфейс, а шина, к которой могут подключать ся интерфейсные адаптеры, соединенные, в свою очередь, с контроллерами жестких дисков или других устройств. Первые устройства SCSI для PC были просто обычными жесткими дисками ST-506/412 или ESDI с отдельным дополнительным интерфейсным адаптером шины SCSI (его еще иногда называют переходным контроллером), который, с одной стороны, со 534 Глава 8. Интерфейс SCSI гласовывал интерфейс ST-506/412 или ESDI, а с другой — SCSI. Первые такие интерфейсные адаптеры представляли собой самостоятельные печатные платы, а полностью устройство монтировалось в отдельном корпусе.
Следующий шаг заключался в том, чтобы перенести “конвертер” шины SCSI на плату управления самого жесткого диска, т.е. сделать интерфейс SCSI встроенным. На этом этапе ясно, что внутренние операции в жестком диске вовсе не обязательно должны осуществляться в соответствии с требованиями стандарта ST-506/412 или ESDI, поскольку единственное устройство, с которым приходится “общаться” контроллеру диска, оказалось встроенным в жесткий диск. Учитывая это, изготовители интегральных микросхем для интер фейсов и контроллеров начали разрабатывать на базе уже имевшихся комплектов для ST- 506/412 и ESDI специализированные микросхемы с более широкими возможностями и более высоким быстродействием. Внимательно присмотревшись к современному диску SCSI, можно заметить, что микросхема или набор микросхем контроллера диска в нем либо те же самые, ли бо усовершенствованные, которые устанавливались в контроллерах ST-506/412 или ESDI. Рассмотрим несколько примеров. Жесткий диск ATA IDE должен полностью эмулировать интерфейс системного уровня дискового контроллера WD1003 компании Western Digital. Эти жесткие диски должны работать так, как будто в них встроен контроллер ST-506/412 или ESDI (что и есть на самом деле). Возможности встроенных контроллеров обычно шире возможностей первых WD1003 (как правило, это выражается в появлении дополнительных команд), но в лю бом случае они должны воспринимать всю систему команд своего предшественника. Если вы следите за новинками на компьютерном рынке, то наверняка заметили, что мно гие производители сейчас выпускают жесткие диски обеих версий — и ATA IDE и SCSI. Иными словами, если компания выпускает жесткий диск IDE емкостью 20 Гбайт, то почти наверняка вы найдете и модель SCSI с такими же емкостью и параметрами, в которой ис пользуется тот же блок HDA (причем она даже внешне будет похожа на модель IDE). При внимательном рассмотрении оказывается: единственное различие между этими жесткими дисками состоит в том, что на плате управления модели SCSI установлена дополнительная микросхема, которая называется контроллером интерфейса шины SCSI (SCSI Bus Interface Controller — SBIC).
На рис. 8.16 и 8.17 показаны блок-схемы плат управления жестких дисков ATA IDE и SCSI. В них используется один и тот же блок HDA, и даже сами платы похожи одна на дру гую и различаются только наличием микросхемы SBIC в диске SCSI.
Обратите внимание на то, что схемы обоих жестких дисков почти совпадают. В модели SCSI взаимодействие между контроллером диска и шиной SCSI осуществляется через микро схему — контроллер интерфейса шины WD33C93. В сущности, две схемы различаются толь ко наличием в последней указанного контроллера. В целом же схема жесткого диска SCSI представляет собой интегрированную версию первых устройств SCSI с отдельным переход ным контроллером.
Чтобы закончить с этим примером, рассмотрим блок-схему контроллера WD1006V-MM1 интерфейса ST-506/412 (рис. 8.18). Основой этой платы является тот же контроллер диска WD42C22, который используется в дисках IDE и SCSI.
Такой подход к разработке дисков ATA IDE и SCSI характерен не только для Western Digital, но и для других производителей. Причем чаще всего используются те же микросхе мы, что и рассмотренные выше, хотя не исключено применение интегральных схем других компаний. Нетрудно догадаться, что большинство дисков SCSI являются обычными устрой ствами ATA IDE с дополнительным контроллером интерфейса шины SCSI. А теперь посмотрим, к чему приводит такой подход в аспекте быстродействия системы. Если практически все диски SCSI представляют собой устройства ATA IDE с дополнитель ным интерфейсом SCSI, то какой вывод из этого можно сделать?
Прежде всего, при длительных обменах данными ни одно устройство не способно обеспе чить скорость передачи данных выше некоторого предела, определяемого темпом считыва ния информации с магнитного носителя. Другими словами, производительность жесткого диска ограничивается быстродействием блока HDA. Небольшие порции данных (пакеты) мо гут передаваться с очень высокой скоростью, поскольку во многих жестких дисках имеется встроенная кэш-память или буфер опережающего (упреждающего) считывания. Причем ем кость кэш-памяти в современных дисках ATA IDE и SCSI может даже превышать 1 Мбайт! Однако, независимо от емкости и “интеллектуальности” кэш-памяти, при длительных обме нах данными быстродействие все же ограничивается возможностями блока HDA.
Принято считать, что интерфейс SCSI намного превосходит IDE по быстродействию, но, к сожалению, чаще всего это не так. Ошибка заключается в том, что обычно производитель ность шин SCSI и ISA сравнивают “в чистом виде”. По 16-разрядной шине Ultra3 SCSI дан ные можно передавать со скоростью до 160 Мбайт/с, в то время как скорость обмена Ultra ATA/66 IDE достигает 66 Мбайт/с. Конечно, при таком сравнении интерфейс SCSI выглядит явно предпочтительнее, но реальным фактором, снижающим производительность системы, является не чистое быстродействие шины, а ограниченные возможности блока HDA и кон троллера диска.