Основные особенности стандартных периферийных интерфейсов на примере SCSI, SAS

Интерфейс SCSI

SCSI – интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жѐ сткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д.

SCSI начал широко применяться в компьютерах Apple Macintosh, Sun Microsystems,

применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях. RAID-массивы на серверах часто строятся на жѐ стких дисках со SCSI-интерфейсом (однако, в серверах нижнего ценового диапазона всѐ чаще применяются RAID-массивы на основе SATA).

Существует три стандарта SCSI:

1. SE (single-ended) – асимметричный SCSI, для передачи каждого сигнала используется отдельный проводник.

2. LVD (low-voltage-differential) – интерфейс дифференциальной шины низкого напряжения, сигналы положительной и отрицательной полярности идут по разным физическим проводам. На один сигнал приходится по одной витой паре проводников. Используемое напряжение при передаче сигналов +1, 8 В.

3. HVD (high-voltage-differential) – интерфейс дифференциальной шины высокого напряжения, отличается от LVD повышенным напряжением и специальными приемопередатчиками.

Первый стандарт SCSI имеет 50-контактный неэкранированный разъем для внутрисистемных соединений и разъем для внешних подключений. Передача сигналов осуществляется 50 контактным кабелем типа A-50 на 8-разрядной (битной) шине.

В стандарте SCSI-2 для 8-битной шины предусматривался кабель типа A, который, как и в SCSI-1, поддерживал 50-контактными разъемами типа D с уменьшенным шагом выводов (Alternative 1).

Передача информации осуществляется по 68-контактным кабелям типа A-68 и P-68(Wide). Для 32-битной версии шины был предусмотрен тип кабеля B, который должен был параллельно подключаться одновременно с кабелем A в одно устройство.

В стандарте SCSI-3 кабеля A-68 и P-68 поддерживались экранированными, либо неэкранированными разъемами типа D. Кабеля в SCSI-3 снабжены фиксаторами-защелками, а не проволочными кольцами, как разъемы Centronics. Накопители с таким разъемом поддерживают горячее подключение устройств, т.е. устройства SCSI можно подключать и отключать при включенном питании.

SCSI-1

Стандартизован ANSI в 1986 г. Использовалась восьмибитная шина с пропускной способностью в 1, 5 МБ/с в асинхронном режиме и 5 МБ/с в синхронном режиме. Максимальная длина кабеля – до 6 метров. 146

SCSI-2

Этот стандарт был предложен в 1989 году и существовал в двух вариантах – Fast SCSI и Wide SCSI:

1. Fast SCSI характеризуется удвоенной пропускной способностью (до 10 МБ/с).

2. Wide SCSI в дополнение к этому имеет удвоенную разрядность шины (16 бит), что позволяет достичь скорости передачи до 20 МБ/с.

При этом максимальная длина кабеля ограничивалась тремя метрами. Также в этом стандарте была предусмотрена 32-битная версия Wide SCSI, которая позволяла использовать два шестнадцатибитных кабеля на одной шине, но эта версия не получила распространения.

SCSI-3

Этот стандарт также известен под названием Ultra SCSI, предложен в 1992 году. Пропускная способность шины составила 20 МБ/с для восьмибитной шины и 40 МБ/с для шестнадцатибитной. Максимальная длина кабеля так и осталась равной трѐ м метрам. Устройства, отвечающие этому стандарту, известны своей чувствительностью к качеству элементов системы (кабель, терминаторы).

Ultra-2 SCSI

Предложен в 1997 году. Использует LVDS. Максимальная длина кабеля – 12 метров, пропускная способность – до 80 МБ/с.

Ultra-3 SCSI

Этот стандарт также известен под названием Ultra-160 SCSI, предложен в конце 1999 года. Имеет удвоенную пропускную способность (по сравнению с Ultra-2 SCSI), которая составила 160 МБ/с. Увеличения пропускной способности удалось достичь за счѐ т одновременного использования фронтов и срезов импульсов.

В этот стандарт было добавлено использование CRC (Cyclic Redundancy Check), предупреждение ошибок.

Ultra-320 SCSI

Этот стандарт также известен под названием Fast Ultra-320. Ultra320 LVD SCSI диск Fujitsu MAP3735NC из состава RAID-массива подключается при помощи разъѐ ма SCA-2. Развитие интерфейса Ultra-3 с удвоенной скоростью передачи данных (до 320 МБ/с).

Ultra-640 SCSI

Этот стандарт предложен в начале 2003 года. Удвоенная пропускная способность (640 МБ/с). В связи с резким сокращением максимальной длины 147

кабеля Ultra-640 SCSI неудобен для использования с более, чем двумя устройствами, поэтому не получил широкого распространения.

Команды SCSI

В терминологии SCSI взаимодействие идѐ т между инициатором и целевым устройством. Инициатор посылает команду целевому устройству, которое затем отправляет ответ инициатору.

Команды SCSI посылаются в виде блоков описания команды.

После получения команды целевое устройство возвращает значение 00h в случае успешного получения, 02h в случае ошибки или 08h в случае, если устройство занято. В случае, если устройство вернуло ошибку, инициатор обычно посылает команду запроса состояния. Устройство возвращает Key Code Qualifier (KCQ).

Все команды SCSI делятся на четыре категории: N (non-data), W (запись данных от инициатора целевым устройством), R (чтение данных) и B (двусторонний обмен данными). Всего существует порядка 60 различных команд SCSI, из которых наиболее часто используются:

Test unit ready – проверка готовности устройства, в т.ч. наличия диска в дисководе.

Inquiry – запрос основных характеристик устройства.

Send diagnostic – указание устройству провести самодиагностику и вернуть результат.

Request sense – возвращает код ошибки предыдущей команды.

Read capacity – возвращает ѐ мкость устройства.

Read (4 варианта) – чтение данных из устройства.

Write (4 варианта) – запись данных в устройство.

Write and verify – запись и проверка.

Mode select – установка параметров устройства.

Mode sense – возвращает текущие параметры устройства.

Интерфейс SAS

Serial Attached SCSI (SAS) – компьютерный интерфейс, разработанный для обмена данными с такими устройствами, как жѐ сткие диски, накопители на оптическом диске и т.д. SAS использует последовательный интерфейс для работы с непосредственно подключаемыми накопителями.

SAS разработан для замены параллельного интерфейса SCSI и позволяет достичь более высокой пропускной способности, чем SCSI. SAS использует последовательный интерфейс в отличие от параллельного интерфейса, используемого традиционным SCSI, для управления SAS-устройствами по-прежнему используются команды SCSI.

Типичная система с интерфейсом SAS состоит из следующих компонентов:

Инициаторы (Initiators) – устройства, которые порождают запросы на обслуживание для целевых устройств и получают подтверждения по мере исполнения запросов.

Целевые устройства (Targets) содержат логические блоки и целевые порты, которые осуществляют приѐ м запросов на обслуживание, исполняют их.

Подсистема доставки данных (Service Delivery Subsystem) является частью системы ввода-вывода, которая осуществляет передачу данных между инициаторами и целевыми устройствами.

Расширители (Expanders) – устройства, входящие в состав подсистемы доставки данных и позволяют облегчить передачи данных между устройствами SAS.

Спецификации на SAS регламентируют физический, канальный и логический уровни интерфейса.

Сравнение SAS и параллельного SCSI

SAS использует последовательный протокол передачи данных между несколькими устройствами, и, таким образом, использует меньшее количество сигнальных линий.

Интерфейс SCSI использует общую шину.

Интерфейс SAS использует соединения точка-точка, каждое устройство соединено с контроллером выделенным каналом.

В отличие от SCSI, SAS не нуждается в терминации шины пользователем.

SAS обеспечивает более высокую пропускную способность (1, 5, 3, 0 или 6, 0 Гбит/с).

SAS поддерживает подключение устройств с интерфейсом SATA.

SAS, также как и параллельный SCSI, использует команды SCSI для управления и обмена данными с целевыми устройствами.

Сравнение SAS и SATA

SATA-устройства идентифицируются номером порта контроллера интерфейса SATA, в то время как устройства SAS идентифицируются их WWN-идентификаторами (World Wide Name). Для подключении SATA-устройства к домену SAS используется специальный протокол STP (Serial ATA Tunneled Protocol), описывающий согласование идентификаторов SAS и SATA.

Преимущество SATA состоит в низком энергопотреблении и невысокой стоимости оборудования, а интерфейса SAS – в большей надѐ жности.