Параллельный SCSI (формально SCSI Parallel Interface или SPI ) — самая ранняя реализация интерфейса в семействе SCSI . SPI — параллельная шина ; существует один набор электрических соединений, простирающихся от одного конца шины SCSI до другого. Устройство SCSI подключается к шине, но не прерывает ее. Оба конца шины должны быть терминированы.
SCSI — это одноранговый периферийный интерфейс. Каждое устройство подключается к шине SCSI одинаковым образом. В зависимости от версии к одной шине можно подключить до 8 или 16 устройств. Может быть несколько хостов и несколько периферийных устройств, но должен быть хотя бы один хост. Протокол SCSI определяет связь между хостом, хостом и периферийным устройством и периферийным устройством с периферийным устройством. [a] Чип Symbios Logic 53C810 является примером хост-интерфейса PCI , который может выступать в качестве цели SCSI.
SCSI-1 и SCSI-2 имеют возможность проверки битов четности. Начиная с SCSI-U160 (часть SCSI-3), все команды и данные проверяются на ошибки с помощью циклического избыточного кода .
Первые два официальных стандарта SCSI, SCSI-1 и SCSI-2, описывали параллельный SCSI. Затем стандарт SCSI-3 разделил структуру на отдельные уровни, что позволило ввести другие интерфейсы данных помимо параллельного SCSI. Исходная версия параллельной шины SCSI-1 имела ширину 8 бит (плюс девятый бит четности ). Стандарт SCSI-2 допускал более быструю работу (10 МГц) и более широкие шины (16-битные или 32-битные). 16-битный вариант стал самым популярным.
На частоте 10 МГц при ширине шины 16 бит можно достичь скорости передачи данных 20 МБ/с. Последующие расширения стандарта SCSI позволили повысить скорость: 20 МГц, 40 МГц, 80 МГц, 160 МГц и, наконец, 320 МГц. При 320 МГц x 16 бит теоретическая максимальная пиковая скорость передачи данных составляет 640 МБ/с.
Из-за технических ограничений системы параллельных шин SCSI с тех пор превратился в более быстрые последовательные интерфейсы, в основном Serial Attached SCSI и Fibre Channel . Протокол iSCSI не описывает интерфейс данных, а использует любую IP-сеть , обычно работающую через Ethernet .
Параллельный SCSI — это не единый стандарт, а набор тесно связанных стандартов. Существует дюжина названий интерфейсов SCSI, большинство из которых имеют неоднозначную формулировку (например, Fast SCSI, Fast Wide SCSI, Ultra SCSI и Ultra Wide SCSI); три стандарта SCSI, каждый из которых имеет набор модульных дополнительных функций; несколько разных типов разъемов; и три различных типа сигнализации напряжения. Ведущий производитель карт SCSI, компания Adaptec , за прошедшие годы выпустила более 100 разновидностей карт SCSI. На практике многие опытные специалисты называют устройства SCSI просто по пропускной способности их шины (т. е. SCSI 320 или SCSI 160) в мегабайтах в секунду.
По состоянию на 2003 год [обновлять]существовало только три стандарта SCSI: SCSI-1, SCSI-2 и SCSI-3. Все стандарты SCSI являются модульными и определяют различные возможности, которые производители могут включать или нет. Отдельные поставщики и Торговая ассоциация SCSI дали названия конкретным комбинациям возможностей. Например, термин Ultra SCSI нигде в стандарте не определен, но используется для обозначения реализаций SCSI, которые передают сигнал в два раза быстрее, чем Fast SCSI . Такая скорость передачи сигналов не совместима со стандартом SCSI-2, но является одним из вариантов, разрешенных SCSI-3. Точно так же ни одна версия стандарта не требует передачи сигналов с низким дифференциальным напряжением (LVD), но продукты под названием Ultra-2 SCSI включают эту возможность. Эта терминология полезна для потребителей, поскольку устройство Ultra-2 SCSI имеет более четко определенный набор возможностей, чем просто идентификация его как SCSI-3 .
Начиная с SCSI-3, стандарт SCSI поддерживается как свободный набор стандартов, каждый из которых определяет определенную часть архитектуры SCSI и связан вместе с помощью архитектурной модели SCSI . Это изменение отделяет различные интерфейсы SCSI от набора команд SCSI , позволяя устройствам, поддерживающим команды SCSI, использовать любой интерфейс (включая те, которые не указаны иным образом в T10), а также позволяет использовать интерфейсы, определенные T10, альтернативными способами.
Ни одна версия стандарта никогда не определяла, какой тип разъема SCSI следует использовать. См. § Внешние разъемы.
Первоначальный стандарт SCSI, SCSI-1, был основан на системном интерфейсе Shugart Associates (SASI) и официально принят в 1986 году ANSI . SCSI-1 имеет 8-битную параллельную шину (с контролем четности ), работающую асинхронно со скоростью 3,5 МБ/с или 5 МБ/с в синхронном режиме, а также максимальную длину кабеля шины 6 метров (20 футов), что значительно длиннее, чем у SCSI-1. Ограничение интерфейса ATA в 18 дюймов (0,46 м) также было популярно в то время. Редко встречающаяся вариация исходного стандарта предусматривала дифференциальную передачу сигналов высокого напряжения и поддерживала максимальную длину кабеля 25 метров (82 фута). [ нужна цитата ]
SCSI-2 был представлен в 1994 году и дал начало вариантам Fast SCSI и Wide SCSI . Fast SCSI удвоил максимальную скорость передачи данных до 10 МБ/с, сохранив при этом те же 50-контактные кабели, а Wide SCSI удвоил ширину шины до 16 бит, чтобы достичь максимальной скорости передачи данных 20 МБ/с, используя новые 68-контактные разъемы. -контактные кабели. Однако за эти улучшения пришлось сократить максимальную длину кабеля до трех метров. SCSI-2 также определял 32-битную версию Wide SCSI, в которой на каждой шине использовалось два 16-битных кабеля. 32-битную реализацию в значительной степени игнорировали, поскольку она считалась дорогой и ненужной, и в SCSI-3 она была официально исключена.
SCSI-2 расширил набор команд за счет Common Command Set (CCS) для лучшей поддержки устройств, отличных от дисководов, ввел очередь команд (до 256 команд на устройство) и ужесточил требования к некоторым функциям, которые были необязательными в SCSI-2. 1; четность теперь была обязательной, и хост-адаптер должен был обеспечивать мощность терминирования для поддержки активного терминирования. Устройства SCSI-1 обычно остаются совместимыми, просто игнорируя новые функции. [6]
Для обеспечения большей длины шины был введен режим дифференциального напряжения высокого напряжения (HVD), который был несовместим со стандартным несимметричным режимом (SE).
До того, как Adaptec, а затем и Торговая ассоциация SCSI систематизировали эту терминологию, первые параллельные устройства SCSI, превосходившие возможности SCSI-2, назывались просто SCSI-3. Эти устройства, также известные какUltra SCSI [7]или Fast-20 SCSI,[8]были представлены в 1996 году. SCSI-3 сам по себе является не столько отдельным документом, сколько набором различных стандартов, которые получали обновления в разные моменты времени.
Скорость шины снова была увеличена вдвое: до 20 МБ/с для узких (8-битных) систем и до 40 МБ/с для широких (16-битных). Максимальная длина кабеля оставалась 3 метра, но несимметричный Ultra SCSI заработал незаслуженную репутацию чрезвычайно чувствительного к длине и состоянию кабеля (в проблемах с нестабильностью часто виноваты неисправные кабели, разъемы или терминаторы ).
В отличие от предыдущих стандартов SCSI, SCSI-3 (скорость Fast-20) требует активного терминирования.
Этот стандарт был введен c. 1997 года и имел низковольтную дифференциальную шину (LVD). По этой причине Ultra-2 иногда называют LVD SCSI. Большая устойчивость LVD к шуму позволила использовать шинный кабель длиной до 12 метров. При этом скорость передачи данных была увеличена до 80 МБ/с. Совмещение более ранних несимметричных устройств (SE) и устройств Ultra-2 на одной шине возможно, но подключение только одного устройства SE переводит всю шину в несимметричный режим со всеми его ограничениями, включая скорость передачи. В стандарте также представлено кабельное соединение очень высокой плотности (VHDCI), очень маленький разъем, который позволяет разместить четыре широких разъема SCSI на задней стороне одного слота для карт PCI. Ultra-2 SCSI на самом деле имел относительно короткий срок службы, поскольку вскоре его заменил Ultra-3 (Ultra-160) SCSI.
Ultra-3 включает в себя пять новых дополнительных функций:
Эта версия , впервые представленная как Ultra-160 в конце 1999 года, усовершенствовала стандарт Ultra-2, добавив первые три улучшения. [9]
Устройства, поддерживающие все пять функций, продавались как Ultra-160+ или Ultra-3 (U3). Начиная с Ultra-3, ширина шины 8 бит, а также работа HVD были исключены. [6]
Ultra-320 включал в себя обязательные функции Ultra-160+, удвоил тактовую частоту до 80 МГц для максимальной скорости передачи данных 320 МБ/с и включил потоковую передачу данных чтения/записи для снижения накладных расходов при передаче данных в очереди, а также потоковой передачи данных. контроль. [6] Последний рабочий проект этого стандарта — версия 10, датированная 6 мая 2002 года. Почти все жесткие диски SCSI , произведенные в конце 2003 года, были устройствами Ultra-320.
Ultra-640 (также известный как Fast-320 ) был объявлен стандартом (INCITS 367-2003 или SPI-5) в начале 2003 года. Он снова удваивает скорость интерфейса, на этот раз до 640 МБ/с. Ultra-640 расширяет возможности передачи сигналов LVD; скорость резко ограничивает длину кабеля, что делает непрактичным использование более чем одного или двух устройств. По этой причине производители отказались от Ultra-640 и вместо этого разработали Serial Attached SCSI .
Помимо шины данных и сигналов четности, параллельная шина SCSI содержит девять сигналов управления: [10]
Также есть три сигнала уровня постоянного тока:
Существует три электрически различных варианта параллельной шины SCSI: несимметричный (SE), дифференциальный высоковольтный (HVD) и дифференциальный низковольтный (LVD). Версии HVD и LVD используют дифференциальную сигнализацию , поэтому для каждого сигнала требуется пара проводов. Таким образом, количество сигналов, необходимых для реализации шины SCSI, зависит от ширины шины и напряжения:
Все устройства на параллельной шине SCSI должны иметь идентификатор SCSI, который можно установить с помощью перемычек на старых устройствах или в программном обеспечении. Ширина поля идентификатора SCSI:
Параллельная шина SCSI проходит восемь возможных этапов по мере обработки команды . Не все этапы будут происходить во всех случаях:
Приведенный выше список не предполагает определенной последовательности событий. После команды цели отправить данные инициатору и получения статуса завершения команды инициатор может отправить другую команду или даже отправить сообщение.
Ни в одной версии стандарта не указано, какой тип разъема следует использовать. Со временем производители разработали конкретные типы разъемов для параллельных устройств SCSI. Разъемы для устройств последовательного SCSI разделены на разные семейства для каждого типа протокола последовательного SCSI.
В оригинальных параллельных устройствах SCSI-1 обычно использовались громоздкие микроленточные разъемы, а в устройствах SCSI-2 обычно использовались разъемы MD50. Разъемы превратились в разъемы высокой плотности (HD) и, совсем недавно, в одиночный разъем .
Разъемы для широких шин SCSI имеют больше контактов и проводов, чем для узких шин SCSI; обычно 50 контактов для узкого SCSI и 68 контактов для широкого SCSI. На некоторых ранних устройствах широкие параллельные шины SCSI использовали два или четыре разъема и кабеля, тогда как узкие шины SCSI использовали только один.
При использовании разъемов HD кабель обычно имеет разъемы «папа», а устройство SCSI (например, хост-адаптер, дисковод) — «мама». Гнездовой разъем кабеля предназначен для подключения к другому кабелю (для увеличения длины или подключения дополнительных устройств).
Параллельные шины SCSI всегда должны быть терминированы на обоих концах, чтобы обеспечить надежную работу. Без завершения передачи данных отражаются от концов шины, вызывая искажение импульса и потенциальную потерю данных.
Положительное оконечное напряжение постоянного тока обеспечивается одним или несколькими устройствами на шине, обычно хост-адаптером . Это положительное напряжение называется TERMPOWER и обычно составляет около +4,3 В. TERMPOWER обычно генерируется путем подключения диода к +5,0 В. Это называется схема диод-ИЛИ , предназначенная для предотвращения обратного тока тока к питающему устройству. Устройство, питающее TERMPOWER, должно обеспечивать ток до 900 мА по несимметричной шине или до 600 мА по дифференциальной шине.
Прекращение может быть пассивным или активным. При пассивном терминировании каждая сигнальная линия завершается двумя резисторами: 220 Ом к TERMPOWER и 330 Ом к земле. В активном терминировании используется небольшой стабилизатор напряжения, который обеспечивает питание +2,85 В. Затем каждая сигнальная линия обрывается резистором сопротивлением 110 Ом к этому источнику питания. Активное согласование обеспечивает лучшее согласование импеданса, чем пассивное согласование, поскольку большинство плоских ленточных кабелей имеют характеристическое сопротивление примерно 110 Ом. Принудительное идеальное согласование (FPT) аналогично активному согласованию, но с добавленными схемами диодного ограничения , которые поглощают любые выбросы или понижения остаточного напряжения.
В современной практике большинство параллельных шин SCSI являются LVD (низковольтными дифференциальными шинами), поэтому требуют внешнего активного терминирования. Обычная схема согласования состоит из линейного стабилизатора +2,85 В и имеющихся в продаже сетевых резисторных устройств SCSI (а не отдельных резисторов).
Терминаторы должны соответствовать типу шины SCSI. Использование терминатора SE (несимметричного) на шине LVD приводит к тому, что шина возвращается к скоростям SE, даже если все другие устройства и кабели способны работать с LVD – тот же эффект, что и любое другое устройство SE. Пассивные терминаторы могут сделать сверхскоростную связь ненадежной.
Как правило, в соответствии с порядком, в котором был введен каждый тип терминатора, немаркированные терминаторы являются пассивными, терминаторы, отмеченные только как активные , являются SE, и только те, которые имеют маркировку LVD (или SE/LVD), правильно завершают шину LVD и позволяют ей работать на полные скорости LVD.
Некоторые ранние диски включали внутренние терминаторы, но большинство современных дисков не обеспечивают терминацию, и терминацию необходимо обеспечить извне.
Существует особый случай в системах SCSI, в которых используются смешанные 8-битные и 16-битные устройства, где может потребоваться терминирование старших байтов .
Различные транспорты SCSI, несовместимые друг с другом, обычно имеют уникальные разъемы, чтобы избежать случайного неправильного подключения несовместимых устройств. Например, невозможно подключить параллельный диск SCSI к объединительной панели FC-AL или подключить кабель между инициатором SSA и корпусом FC-AL.
Устройства SCSI одного и того же транспортного семейства SCSI обычно обратно совместимы . Например, в семействе параллельных SCSI можно подключить жесткий диск Ultra-3 SCSI к контроллеру Ultra-2 SCSI. Интерфейс работает по наименьшему из распространенных поддерживаемых стандартов, в данном случае Ultra-2. Устройства Ultra-2, Ultra-160 и Ultra-320 можно свободно комбинировать на параллельной шине LVD без ущерба для производительности.
Несимметричные устройства и устройства LVDS можно подключить к одной и той же шине, но все устройства будут работать с более медленной несимметричной скоростью. Стандарт SPI-5 (описывающий вплоть до Ultra-640) не поддерживает несимметричные устройства, поэтому некоторые устройства могут не иметь обратной электрической совместимости.
Некоторые хост-адаптеры обеспечивают совместимость с использованием моста SCSI для электрического разделения шины на SE и половину LVD, поэтому устройства LVD могут работать на полной скорости. [11] Другие адаптеры могут обеспечивать несколько шин (каналов).
К одной и той же параллельной шине можно подключить как узкие, так и широкие устройства SCSI. Все узкие устройства должны быть размещены на одном конце, а все широкие — на другом. Более широкая часть шины должна быть завершена между широким и узким устройствами, поскольку верхняя половина шины заканчивается последним широким устройством. Это можно сделать с помощью кабеля, предназначенного для соединения широкой части шины с узкой частью, который либо обеспечивает место для подключения терминатора, либо включает сам терминатор. [b] Специальные команды позволяют устройствам определять, используют ли их партнеры всю широкую шину или только нижнюю половину, и соответствующим образом управлять шиной.
Альтернативно каждое узкое устройство можно подключить к широкой шине через адаптер. Поскольку шина терминирована широким – внутренним или внешним – терминатором, нет необходимости в специальном терминаторе.
Устройства параллельного SCSI с одним разъемом (SCA) можно подключать к более старым цепям контроллеров/приводов с помощью адаптеров SCA. Хотя эти адаптеры часто имеют разъемы для дополнительного питания, при их подключении рекомендуется соблюдать осторожность, так как при подключении внешнего источника питания можно повредить устройства.
Каждое параллельное устройство SCSI (включая хост-адаптер компьютера ) должно быть настроено на использование уникального идентификатора SCSI на шине. Другое требование состоит в том, что любая параллельная шина SCSI должна быть терминирована на обоих концах терминатором правильного типа. Обычно используются как активные, так и пассивные терминаторы, причем активный тип гораздо предпочтительнее (и требуется на шинах LVD и Ultra SCSI). Неправильное завершение является распространенной проблемой при параллельных установках SCSI. В ранних шинах SCSI нужно было подключать физический терминатор к каждому концу, но новые устройства часто имеют встроенные терминаторы, и пользователю просто нужно включить терминатор для устройств на любом конце шины (обычно путем установки DIP-переключателя или перемещение перемычки). Некоторые более поздние хост-адаптеры SCSI позволяют включать или отключать завершение через настройку BIOS . Усовершенствованные устройства SCSI автоматически определяют, являются ли они последними на шине, и соответственно включают или выключают терминацию.
Автоматическая настройка SCSI (первоначально Automagically ) была дополнительным методом настройки идентификатора SCSI, не требующим вмешательства пользователя. [12] Он был исключен из более поздних стандартов.
Интерфейсы SCSI для портативных компьютеров стало невозможно найти. За несколько лет до этого компания Adaptec выпустила параллельные интерфейсы SCSI PCMCIA , но когда PCMCIA была заменена ExpressCard, Adaptec прекратила выпуск линейки PCMCIA без поддержки ExpressCard. Драйверы для существующих интерфейсов PCMCIA не выпускались для новых операционных систем . Ratoc производила адаптеры USB и FireWire для параллельного SCSI, но прекратила производство, когда необходимые интегральные схемы были сняты с производства. С 2013 года, с выпуском различных адаптеров ExpressCard и Thunderbolt -to- PCI Express , снова можно использовать устройства SCSI на ноутбуках, установив хост-адаптеры PCI Express SCSI с помощью порта ExpressCard или Thunderbolt ноутбука. [ нужна цитата ]