SCSI - Weblearn

Studiengang „Technische Informatik“
Rechnerstrukturen – Labor
Bussysteme
(am Beispiel: SCSI)
Dozent:
Prof. Dr. Risse
Mathias Eller
Studenten:
(Mat.Nr.: 497 302 590)
Datum:
14. Mai 2001
M. Eller
(497 302 590)
Bussysteme
(am Beispiel: SCSI)
14. April 2001
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Inhaltsverzeichnis
Geschichte von SCSI............................................................................................................3
SCSI – Features .....................................................................................................................3
SCSI-Versionen......................................................................................................................3
SCSI-1 .......................................................................................................................................3
SCSI-2 .......................................................................................................................................4
Fast-SCSI............................................................................................................................4
Wide-SCSI..........................................................................................................................4
Ultra-SCSI...........................................................................................................................4
Ultra-Wide-SCSI.................................................................................................................4
Kabellängen..............................................................................................................................4
Neue Übertragungstechnik.................................................................................................5
Herkömmliche Übertragung ...................................................................................................5
Differential-SCSI......................................................................................................................5
LVDS.........................................................................................................................................6
Ultra2-SCSI.........................................................................................................................7
Ultra2-Wide-SCSI ..............................................................................................................7
SCSI 3 .......................................................................................................................................7
Ultra160 SCSI.....................................................................................................................7
Priorität / ID .............................................................................................................................8
Terminierung ..........................................................................................................................8
Werte in der Praxis ................................................................................................................9
Quellenangaben...................................................................................................................10
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Bussysteme
(am Beispiel: SCSI)
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Geschichte von SCSI
1981 wurde von der Firma Shugart ein neues Bussystem mit dem Namen SASIStandart entwickelt. Dieses Bussystem besaß die elektrischen Eigenschaften und
Grundzüge vom heutigen SCSI und gilt deshalb als Vorreiter. 1982 wurde diese noch
herstellerspezifische Busschnittstelle verallgemeinert, damit sie auch von anderen
Herstellern genutzt werden konnte. Der Begriff „SCSI-1“ trat zum erstenmal 1986 auf,
als die ANSI (American National Standards Institute) diese Schnittstelle spezifizierte
und unter diesem Begriff veröffentlichte. Diese Spezifikation enthält
genaue
Kommandos um Datentransfers einzuleiten, Geräte abzufragen usw.
1994 wurde die Busschnittstelle SCSI-2 verabschiedet, die heute noch
weiterentwickelt wird und weitere Gerätetypen und Kommandos beinhaltete. SCSI-3
ist weiterhin in der Entwicklung und bis heute noch nicht verabschiedet.
SCSI – Features
SCSI ist ein geräteunabhängiger Bus, der Speicher (z.B. Festplattenspeicher) in
logische Blöcke unterteilt und damit unabhängig von der Anzahl der Zylinder oder
Köpfe angesprochen werden kann. SCSI ist ein Kabelbus mit linearer Topologie, der
auf beiden Enden terminiert werden muß, T-Abzweigungen sind nicht erlaubt. Durch
einen Hostadapter ist der SCSI Bus völlig unabhängig vom Hostsystem, man kann
ihn parallel zum IDE oder anderen Bussystemen einsetzen. Jedes SCSI-Gerät erhält
eine feste und eindeutige ID, unter der das Gerät angesprochen wird. Für die
Vergabe der IDs auf die Geräte ist der Benutzer zuständig.
Am Bus gibt es einen oder mehrere Initiatoren, die eine Bus-Transaktion beginnen
(initiieren) und ein oder mehrere Targets (Ziel einer Aktion), die die Aktion
durchführen. Ein Target kann aus mehreren sogenannten LUNs (Logical Unit
Number) bestehen. Dies ist in etwa vergleichbar mit der Unterscheidung zwischen
Gerät und Partition bei einer Festplatte. Eine Datenübertragung geschieht also
eigentlich zwischen einem Initiator und einer LUN als Endpunkt in einem bestimmten
Target. Im Regelfall wird aber keine bestimmte LUN adressiert, sondern auf Grund
der automatischen Voreinstellung stets mit LUN 0 gearbeitet.
Neue SCSI-Geräte oder Versionen müssen abwärtskompatibel sein.
SCSI-Versionen
SCSI-1
8 Bit breiter Datenbus
unterstützt bis zu 8 Geräte
Bustakt von 5 MHz
Asynchrone Datenübertragung mit 3,3 MByte/s
Synchrone Datenübertragung mit 5 MByte/s
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(am Beispiel: SCSI)
SCSI-2
Fast-SCSI
• 8 Bit breiter Bus (Narrow Bus)
• Bustakt von 10 MHz
• unterstützt bis zu 8 Geräte
50-poliger Stecker
Wide-SCSI
• Verbreiterung des Busses auf 16 Bit
• max. 20 MByte/s
• bis zu 16 Geräte unterstützt
68-poliger Stecker
Ultra-SCSI
• 8 Bit breiter Bus
• Bustakt von 20 MHz
• Bis zu 8 Geräte unterstützt
50-poliger Stecker
Ultra-Wide-SCSI
• Verbreiterung des Busses auf 16 Bit
• max. 40 MByte/s
• bis zu 8 Geräte unterstützt
68-poliger Stecker
Da alle Geräte, wie bereits erwähnt, abwärtskompatibel sind, muss die Möglichkeit
bestehen die 50 poligen Narrow-Geräte und 68 polige Wide-Geräte an einem Bus zu
betreiben. Dies wird mit Adapter realisiert, die beide Steckerarten miteinander
verbinden.
Kabellängen
Wichtig für den Anwender sind die Kabellängen, die in folgender Tabelle
zusammengefaßt sind.
SCSI-Typ
SCSI-1
Fast SCSI
Wide SCSI
Ultra SCSI
Ultra SCSI
Wide Ultra SCSI
Wide Ultra SCSI
Geräte
8
8
16
4
8
4
8
Kabellänge
6m
3m
3m
3m
1,5 m
3m
1,5 m
Datenrate
5 MByte/s
10 MByte/s
20 MByte/s
20 MByte/s
20 MByte/s
40 MByte/s
40 MByte/s
Da diese Kabellängen nur für den internen Bus geeignet ist, wurden neue Techniken
gesucht um die zulässige Kabellänge zu erhöhen.
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Neue Übertragungstechnik
Herkömmliche Übertragung
Für das zu übertragende Signal werden 2 Leitungen verwendet, eine Datenleitung
bezogen auf die dazugehörigen Masseleitung. Wenn eine Störung auf die
Datenleitung eintritt, kann die Spannung (Differenz zwischen Signalleitung und
Masse) absinken, so daß dieses Signal nicht mehr als logisch 1 sondern als 0
interpretiert wird.
Differential-SCSI
Bei dieser Übertragungsart werden beiden Leitungen für das Signal benutzt, einmal
D+ und dasselbe Signal negiert als D-. Die Differenz zwischen D+ und D- ergibt das
logische Bit. Wenn bei der Übertragung eine Störung auftritt, wirkt sie auf beide
Leitungen, die Differenz zwischen beiden Leitungen bleibt jedoch dieselbe und das
korrekte Bit wird übertragen.
Um die Verfahren zu unterscheiden wurden neue Begriffe eingeführt. Die
herkömmliche Technik wird Single-Ended (SE) und die neue Übertragungstechnik
Differential-SCSI oder auch HVDS (High Voltage Differential SCSI) genannt.
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Die Vorteile dieser Technik sind die höhere Störsicherheit und die wesentlich
höheren Kabellängen, die verwendet werden dürfen. Bei Wide-SCSI beträgt diese
beispielsweise 25m.
Nachteil von Differential-SCSI ist der hohe Preis für diese Geräte, da sie teure
Transceiver verwendet müssen. Auf diesem Grunde wird die Technik oft nur in
Großrechneranlagen verwendet. Ein weiterer Nachteil von HVDS ist die
unterschiedlich Pinbelegung der Stecker. Sie sind äußerlich identisch mit den
Steckern der herkömmliche SE-Technik, so das es hier leicht zu Verwechslungen
kommen kann.
LVDS
Da die HVDS-Technik aber bemerkenswerte Vorteile aufweist, wurde die Idee
weiterentwickelt und in LVDS überführt. LVDS bedeutet Low Voltage Differential
SCSI, und es werden deutlich niedrigere Spannungen verwendet als bei HVDS. Da
eine Spannung für D+ und D- von ±60mV verwendet wird, kann die Steuer- und
Übertragungslogik mit einfachen und kostengünstigen CMOS-ICs realisiert werden.
Mit dieser Technik werden Buslängen von 12 m möglich. LDVS Geräte unterstützen
beide Übertragungsarten, sowohl SE und Differetnital-SCSI, so das beide Geräte an
einem Bus betrieben werden können. Sobald allerdings ein SE-Gerät am Bus
betrieben wird, müssen alle Geräte in den SE-Betrieb umschalten; die
Abwärtskompatibilität ist somit allerdings gesichert.
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Diese Technik wird in den folgende SCSI-Versionen verwendet:
Ultra2-SCSI
• 8 Bit breiter Bus
• Bustakt von 40 MHz
• bis zu 8 Geräte
• zulässige Kabellänge 12 m
Ultra2-Wide-SCSI
• Verbreiterung des Busses auf 16 Bit
• max. 80 MByte/s
• bis zu 16 Geräte
• zulässige Kabellänge 12 m
SCSI 3
Ultra160 SCSI
• max. 160 MByte/s
• bis zu 16 Geräte
Bei Ultra160 wurde nicht, wie bei den vorherigen SCSI-Versionen der Bustakt weiter
erhöht oder der Datenbus verbreitert, sondern beide Taktflanken des Bustaktes
ausgenutzt. Daher wird eine Verdoppelung der Übertragungsrate erzielt.
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Priorität / ID
Da an den SCSI-Bus 8 oder 16 Geräte angeschlossen werden können, ist der
Anwender dazu verpflichtet den einzelnen Geräten eindeutige IDs zuzuordnen. Der
Hostadapter sollte immer die höchste ID (ID7) zugewiesen bekommen. ID7 besitzt
die höchste Priorität und kann beim Hostadaper meist per Software eingestellt
werden. Bei allen weiteren Geräten wird die ID per Jumper eingestellt.
Neue Geräte unterstützen des weiteren die SCAM-Technik. Diese Technik ähnelt
dem Plug´n-Play unter Windows und der Controller ist dafür zuständig die ID
eindeutig zu vergeben.
Terminierung
Da SCSI ein Kabel-Bussystem ist, muss es auf beiden Seiten terminiert werden um
Signalreflexionen zu verhindern, die die Qualität der Signal stark verzerren würden.
Für die sichere und störungsfreie Signalübertragung ist es erforderlich, die Leitunge
an beiden Enden mit dem charakteristischen Wellenwiderstand (Impedanz)
abzuschließen. Damit werden kurzzeitige Spannungsüberhöhungen oder –einbrüche
weitgehend unterbunden.
Es gibt zwei unterschiedliche Arten der Terminierung, aktive und passive. Passive
Terminatoren werden durch einfache Widerstandsnetzwerke realisiert und werden
nur noch bei Fast-SCSI verwendet. Aktive Terminatoren werden durch den Bus
gespeist (TermPower-Leitung) und ziehen die Signale des Busses aktiv auf einen
definierten Zustand.
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Werte in der Praxis
Heutige SCSI-Controller unterstützen eine Übertragungsrate von bis zu 160MByte/s.
Die schnellsten SCSI-Geräte allerdings erreichen allerdings gerade einmal eine Rate
von etwa 30-40 MByte/s.
Datentransferrate am Beispiel einer Festplatte „Atlas V“ der Firma Quantum: Aus
dem Bild läßt sich erkennen, das aktuelle Festplatten einen SCSI-3 Controller nicht
ausreizen würden. Der Einsatz eines Ultra160-Controller wird erst bei einem
Zusammenschluss von Festplatten zu eine RAID -System interessant. Je nach
Auslegung des RAID -Systems addieren sich die Transferraten und man müsste 4-5
Festplatte zusammenschließen, um die volle Bandbreite des Controller zu nutzen.
M. Eller
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(am Beispiel: SCSI)
Quellenangaben
•
TechChannel – Webzine (http://www.tecchanel.de/)
•
c‘t plusrom (1993 bis 2000)
•
Vorlesungsskript „Bussysteme“
(Wolfgang Schulte, Berufsakademie Stuttgart)
•
http://www.scsita.org/
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