Параллельный SCSI (официально SCSI Parallel Interface , или SPI ) — самая ранняя реализация интерфейса в семействе SCSI . SPI — это параллельная шина ; существует один набор электрических соединений, протягивающихся 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 аналогичным 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 как минимум один хост. Протокол SCSI определяет связь от хоста к хосту, хоста к периферийному устройству и периферийного устройства к периферийному устройству. [a] Микросхема Symbios Logic 53C810 является примером интерфейса хоста PCI , который может выступать в качестве цели SCSI.
SCSI-1 и SCSI-2 имеют возможность проверки ошибок бита четности . Начиная с SCSI-U160 (часть SCSI-3) все команды и данные проверяются на наличие ошибок с помощью циклического избыточного кода .
Первые два формальных стандарта SCSI, SCSI-1 и SCSI-2, описывали параллельный SCSI. Затем стандарт SCSI-3 разделил структуру на отдельные слои, что позволило внедрить другие интерфейсы данных за пределами параллельного SCSI. Первоначальная версия параллельной шины SCSI-1 имела ширину 8 бит (плюс девятый бит четности ). Стандарт SCSI-2 обеспечивал более быструю работу (10 МГц) и более широкие шины (16-битные или 32-битные). 16-битный вариант стал самым популярным.
При 10 МГц с шириной шины 16 бит можно достичь скорости передачи данных 20 МБ/с. Последующие расширения стандарта SCSI позволили увеличить 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 параллельной системы шин SCSI с тех пор развился 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 .
Parallel 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 различных типов разъемов; и три различных типа сигнализации напряжения. Ведущий производитель карт SCSI, Adaptec , за эти годы выпустил более 100 разновидностей карт SCSI. На практике многие опытные специалисты просто называют устройства SCSI пропускной способностью их шины (например, 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 были модульными, определяющими различные возможности, которые производители могут включать или не включать. Отдельные поставщики и Ассоциация торговли SCSI дали названия определенным комбинациям возможностей. Например, термин Ultra SCSI нигде не определен в стандарте, но используется для обозначения реализаций SCSI, которые передают сигналы со скоростью, вдвое превышающей скорость Fast SCSI . Такая скорость передачи сигналов не соответствует SCSI-2, но является одним из вариантов, разрешенных SCSI-3. Аналогично, ни одна версия стандарта не требует низковольтной дифференциальной сигнализации (LVD), но продукты под названием Ultra-2 SCSI включают эту возможность. Эта терминология полезна для потребителей, поскольку устройство Ultra-2 SCSI имеет более определенный набор возможностей, чем простое обозначение его как SCSI-3 .
Начиная с SCSI-3, стандарт SCSI поддерживался как свободный набор стандартов, каждый из которых определял определенную часть архитектуры SCSI и был 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 в T10), а также позволяя использовать интерфейсы, определенные в T10, альтернативными способами.
Ни одна версия стандарта не указывала, какой тип разъема SCSI следует использовать. См. § Внешние разъемы.
Первоначальный стандарт SCSI, SCSI-1, был получен из системного интерфейса 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, и максимальную длину кабеля шины 6 метров (20 футов), что значительно больше, чем предел в 18 дюймов (0,46 м) интерфейса ATA , также популярного в то время. Редко встречающаяся вариация оригинального стандарта отличалась высоковольтной дифференциальной сигнализацией и поддерживала максимальную длину кабеля 25 метров (82 фута). [ необходима 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 те же 50-контактные кабели, в то время как Wide SCSI удвоил ширину шины до 16 бит сверх этого, чтобы достичь максимальной скорости передачи данных 20 МБ/с, используя новые 68-контактные кабели. Однако эти улучшения были достигнуты ценой сокращения максимальной длины кабеля до трех метров. SCSI-2 также определил 32-битную версию Wide SCSI, которая использовала два 16-битных кабеля на шину. 32-битная реализация была в значительной степени проигнорирована, поскольку она считалась дорогой и ненужной, и была официально отменена в SCSI-3.
SCSI-2 расширил набор команд с помощью Common Command Set (CCS) для лучшей поддержки устройств, отличных от дисковых накопителей, ввел очередь команд (до 256 команд на устройство) и ужесточил требования к некоторым функциям, которые были необязательными в SCSI-1; четность теперь была обязательной, а хост-адаптер должен был обеспечивать питание терминатора для поддержки активного терминатора. Устройства SCSI-1 в целом оставались совместимыми, просто игнорируя новые функции. [6]
Для обеспечения большей длины шины был введен режим высоковольтного дифференциального сигнала (HVD), который был несовместим со стандартным однотактным (SE).
До того, как Adaptec, а позднее и SCSI Trade Association кодифицировали терминологию, первые параллельные устройства SCSI, которые превосходили возможности SCSI-2, просто обозначались как SCSI-3. Эти устройства, также известные какUltra SCSI [7]или Fast-20 SCSI[8]были представлены в 1996 году. Сам по себе SCSI-3 представляет собой не столько единый документ, сколько набор различных стандартов, которые обновлялись в разное время.
Скорость шины снова удвоилась до 20 МБ/с для узких (8-битных) систем и 40 МБ/с для широких (16-битных). Максимальная длина кабеля осталась 3 метра, но односторонний Ultra SCSI приобрел незаслуженную репутацию из-за крайней чувствительности к длине и состоянию кабеля (неисправные кабели, разъемы или терминаторы часто были причиной проблем с нестабильностью).
В отличие от предыдущих стандартов SCSI, SCSI-3 (скорость Fast-20) требует активного терминирования.
Этот стандарт был представлен около 1997 года и включал шину LVD. По этой причине Ultra-2 иногда называют LVD SCSI. Более высокая устойчивость LVD к помехам позволяла использовать максимальную длину кабеля шины 12 метров. В то же время скорость передачи данных была увеличена до 80 МБ/с. Смешивание более ранних однопроводных устройств (SE) и устройств Ultra-2 на одной шине возможно, но подключение только одного устройства SE переводит всю шину в однопроводной режим со всеми его ограничениями, включая скорость передачи. Стандарт также представил кабельное соединение сверхвысокой плотности (VHDCI), очень маленький разъем, который позволяет размещать четыре широких разъема SCSI на задней стороне одного слота для карты PCI. Ultra-2 SCSI на самом деле имел относительно короткий срок службы, так как вскоре был заменен Ultra-3 (Ultra-160) SCSI.
Ultra-3 включает пять новых дополнительных функций:
Впервые представленный как Ultra-160 в конце 1999 года, этот вариант усовершенствовал стандарт Ultra-2, добавив первые три улучшения. [9]
Устройства, поддерживающие все пять функций, продавались как Ultra-160+ или Ultra-3 (U3). 8-битная ширина шины, а также работа HVD были устранены, начиная с Ultra-3. [6]
Ultra-320 включал функции Ultra-160+ как обязательные, удвоил тактовую частоту до 80 МГц для максимальной скорости передачи данных 320 МБ/с и включил потоковую передачу данных чтения/записи для уменьшения накладных расходов при очередных передачах данных, а также управление потоком. [6] Последний рабочий проект этого стандарта — редакция 10, датированная 6 мая 2002 года. Почти все жесткие диски SCSI , произведенные в конце 2003 года, были устройствами Ultra-320.
Ultra-640 (иначе известный как Fast-320 ) был принят в качестве стандарта (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 границы сигнализации LVD; скорость существенно ограничивает длину кабеля, что делает его непрактичным для более чем одного или двух устройств. Из-за этого производители пропустили Ultra-640 и разработали вместо этого Serial Attached SCSI .
Помимо шины данных и сигналов четности, параллельная шина SCSI содержит девять управляющих сигналов: [10]
Также имеются три сигнала постоянного тока:
Существует три электрически различных варианта параллельной шины SCSI: односторонний (SE), высоковольтный дифференциальный (HVD) и низковольтный дифференциальный (LVD). Версии HVD и LVD используют дифференциальную сигнализацию , поэтому для каждого сигнала им 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 может быть установлен перемычками на старых устройствах или в программном обеспечении. Ширина поля идентификатора SCSI составляет:
Параллельная шина SCSI проходит восемь возможных фаз при обработке команды . Не все фазы будут иметь место во всех случаях:
Приведенный выше список не подразумевает конкретную последовательность событий. После команды цели отправить данные инициатору и получения статуса выполнения команды инициатор может отправить еще одну команду или даже отправить сообщение.
Ни одна версия стандарта не определяла, какой тип разъема следует использовать. Конкретные типы разъемов для параллельных устройств SCSI разрабатывались поставщиками с течением времени. Разъемы для последовательных устройств SCSI разделились на различные семейства для каждого типа последовательного протокола SCSI.
Первоначальные параллельные устройства SCSI-1 обычно использовали громоздкие микроленточные разъемы, а устройства SCSI-2 обычно использовали разъемы MD50. Разъемы эволюционировали до High-Density (HD) и совсем недавно до Single Connector Attachment .
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.
С HD-разъемами кабель обычно имеет штыревые разъемы, а SCSI-устройство (например, хост-адаптер, дисковод) — гнездовые. Гнездовой разъем на кабеле предназначен для подключения к другому кабелю (для дополнительной длины или дополнительных подключений устройств).
Параллельные шины SCSI всегда должны быть терминированы на обоих концах для обеспечения надежной работы. Без терминации переходы данных отражаются обратно от концов шины, вызывая искажение импульсов и потенциальную потерю данных.
Положительное конечное напряжение постоянного тока обеспечивается одним или несколькими устройствами на шине, обычно хост-адаптером . Это положительное напряжение называется TERMPOWER и обычно составляет около +4,3 вольт. TERMPOWER обычно генерируется диодным соединением с +5,0 вольт. Это называется схемой диод-ИЛИ , предназначенной для предотвращения обратного тока к питающему устройству. Устройство, которое обеспечивает TERMPOWER, должно иметь возможность обеспечивать до 900 мА на однопроводной шине или 600 мА на дифференциальной шине.
Терминация может быть пассивной или активной. При пассивной терминации каждая сигнальная линия терминируется двумя резисторами, 220 Ом на TERMPOWER и 330 Ом на землю. Активная терминация использует небольшой регулятор напряжения, который обеспечивает питание +2,85 В. Затем каждая сигнальная линия терминируется резистором 110 Ом на этом питании. Активная терминация обеспечивает лучшее соответствие импедансу, чем пассивная терминация, поскольку большинство плоских ленточных кабелей имеют характеристическое сопротивление приблизительно 110 Ом. Принудительная идеальная терминация (FPT) похожа на активную терминацию, но с добавленными диодными зажимными цепями , которые поглощают любые остаточные выбросы или провалы напряжения.
В текущей практике большинство параллельных шин SCSI являются LVD и поэтому требуют внешнего активного терминирования. Обычная схема терминирования состоит из линейного регулятора +2,85 В и коммерчески доступных устройств сети резисторов SCSI (не отдельных резисторов).
Терминаторы должны соответствовать типу шины SCSI. Использование терминатора SE (одностороннего) на шине LVD приводит к снижению скорости шины до SE, даже если все остальные устройства и кабели способны работать в режиме LVD — тот же эффект, что и у любого другого устройства SE. Пассивные терминаторы могут сделать связь на сверхскоростной скорости ненадежной.
Как правило, и в соответствии с порядком, в котором был представлен каждый тип терминатора, немаркированные терминаторы являются пассивными, те, которые помечены как активные, являются SE, и только те, которые помечены как LVD (или SE/LVD), будут правильно завершать шину LVD и позволят ей работать на полных скоростях LVD.
Некоторые ранние дисководы имели внутренние терминаторы, но большинство современных дисководов не имеют терминаторов, и терминатор должен быть внешним.
В системах SCSI, в которых используются смешанные 8- и 16-битные устройства, существует особый случай, когда может потребоваться завершение старшим байтом .
Различные транспорты SCSI, которые несовместимы друг с другом, обычно имеют уникальные разъемы, чтобы избежать случайного неправильного подключения несовместимых устройств. Например, невозможно подключить параллельный диск SCSI к объединительной плате FC-AL или подключить кабель между инициатором SSA и корпусом FC-AL.
Устройства SCSI в одном семействе транспортных интерфейсов SCSI, как правило, обратно совместимы . Например, в семействе параллельных SCSI можно подключить жесткий диск Ultra-3 SCSI к контроллеру Ultra-2 SCSI. Интерфейс работает на самом низком общем поддерживаемом стандарте, в данном случае Ultra-2. Устройства Ultra-2, Ultra-160 и Ultra-320 можно свободно смешивать на параллельной шине LVD без ущерба для производительности.
Односторонние и LVD-устройства могут быть подключены к одной и той же шине, но все устройства будут работать на более медленной односторонней скорости. Стандарт SPI-5 (который описывает до Ultra-640) не рекомендует односторонние устройства, поэтому некоторые устройства могут быть несовместимы обратно электрически.
Некоторые хост-адаптеры обеспечивают совместимость с использованием моста SCSI для электрического разделения шины на SE и LVD-половину, поэтому устройства LVD могут работать на полной скорости. [11] Другие адаптеры могут обеспечивать несколько шин (каналов).
Как узкие, так и широкие устройства SCSI могут быть подключены к одной и той же параллельной шине. Все узкие устройства должны быть размещены на одном конце, а все широкие устройства на другом конце. Широкая часть шины должна быть терминирована между широкими и узкими 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 возможностей позволяют устройствам определять, используют ли их партнеры всю широкую шину или только нижнюю половину, и управлять шиной соответствующим образом.
В качестве альтернативы каждое узкое устройство может быть подключено к широкой шине через адаптер. Пока шина заканчивается широким – внутренним или внешним – терминатором, нет необходимости в специальном терминировании.
Устройства SCSI с параллельным интерфейсом Single Connector Attachment (SCA) можно подключать к старым цепям контроллеров/приводов с помощью адаптеров SCA. Хотя эти адаптеры часто имеют вспомогательные разъемы питания, рекомендуется соблюдать осторожность при их подключении, так как при подключении внешнего питания можно повредить устройства.
Каждое параллельное SCSI-устройство (включая хост-адаптер компьютера ) должно быть настроено на уникальный идентификатор SCSI на шине. Другое требование заключается в том, что любая параллельная SCSI-шина должна быть терминирована на обоих концах правильным типом терминатора. Широко используются как активные, так и пассивные терминаторы, причем активный тип является более предпочтительным (и обязательным для шин LVD и Ultra SCSI). Неправильное терминирование является распространенной проблемой при установке параллельного SCSI. В ранних шинах SCSI приходилось подключать физический терминатор к каждому концу, но в более новых устройствах терминаторы часто встроены, и пользователю просто нужно включить терминацию для устройств на любом конце шины (обычно путем установки DIP-переключателя или перемещения перемычки). Некоторые более поздние хост-адаптеры SCSI позволяют включать или отключать терминацию через настройку BIOS . Расширенные устройства SCSI автоматически определяют, являются ли они последними на шине, и включают или выключают терминацию соответствующим образом.
SCSI Configured Automatically (первоначально Automagically ) был необязательным методом настройки идентификатора SCSI без необходимости вмешательства пользователя. [12] Он был исключен из более поздних стандартов.
Интерфейсы SCSI стало невозможно найти для ноутбуков. Adaptec несколько лет назад производила параллельные интерфейсы SCSI PCMCIA , но когда PCMCIA был заменен на ExpressCard, Adaptec прекратила выпуск своей 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 стало возможным использовать устройства SCSI на ноутбуках, установив хост-адаптеры PCI Express SCSI с помощью порта ExpressCard или Thunderbolt ноутбука. [ необходима цитата ]