SCSI(小型计算机系统接口)工作原理

SCSI(小型计算机系统接口)工作原理计算机中布满了总线从一个位置向另一个位置传输信息和电力的高速通道。例如，将MP3或数码相机连接到计算机时，您可能会使用通用串行总 (USB)端口。对于存储图片、音乐等的小型电子设备，USB端口完全可以胜任传输数据和充电的工作。但是，这种总线还不足以同时支持整台计算机和服务器以及其他许多设备。 SCSI设备通常连接到控制器卡在这种情况下，就需要使用SCSI这样的总线。SCSI原意是小型计算机系统接口，但实际上，它已超出了“小型”的范围。它是一种快速总线，可以同时将大量设备连接到计算机，这些设备包括硬盘驱动器、扫描仪、CD-ROM/RW驱动器、打印机和磁带机。在新系统中，串行ATA(SATA)等其他技术已在很大程度上取代了SCSI，但SCSI仍在使用。本文将介绍SCSI基础知识，提供有关SCSI类型和规范的相关信息。SCSI是在一种老式专有总线接口（称为施加特联合系统接口，缩写为 SASI）的基础上发展而来的。SCSI连接器SCSI具有许多优点。它的速度相当快，最高可达320兆字节每秒(Mbps)。问世20多年来，经过充分测试，因而它享有性能可靠的美誉。与串行ATA和FireWire一样，您可以在一条总线上连接多个设备。此外，SCSI可在大多数计算机系统中使用。 但是，SCSI也有一些潜在的问题。它对BIOS（基本输入输出系统）的支持比较有限，必须针对每台计算机进行配置。此外也没有通用的SCSI软件接口。最后，不同的SCSI类型具有不同的速度、总线宽度和连接器，因此它们非常容易混淆。RAIDSCSI常用于控制独立磁盘冗余阵列(RAID)。串行ATA(SATA) 等其他技术也可用于这一用途。新型SATA驱动器往往比SCSI驱动器更快，也更便宜。 RAID是一组硬盘驱动器，通常被视为大型驱动器。这些驱动器可同时读写数据，称为条带。RAID控制器确定哪个驱动器获取哪些数据块。当驱动器写入数据时，控制器会将数据发送到另一个驱动器，或从另一个驱动器读取数据。 通过镜像和奇偶校验，RAID还提高了容错性。镜像是在另一个硬盘驱动器上创建某个驱动器数据的准确副本。奇偶校验使用至少三个硬盘驱动器，将数据按序写入每个驱动器，最后一个驱动器除外。最后一个驱动器存储一个数字，该数字表示其他驱动器上数据的总和。SCSI有三个基本规范： SCSI-1：SCSI-1是在1986年开发的原始规范，现已不再使用。它规定总线宽度为8位，时钟速度为5MHz。 SCSI-2：1994年采用，此规范包括通用指令集(CCS)支持任何SCSI设备所必需的18个命令。在此规范中，可以选择将时钟速度提高一倍，达到10MHz (Fast)，将总线宽度增加为原来的两倍，即16位，将设备数增加为15个(Wide)，或者同时实现上述两种升级(Fast/Wide)。SCSI-2还增加了命令队列，允许设备存储命令，并从主机排列命令优先级。 SCSI-3：此规范于1995年正式出台，包括一系列较小范围的标准。涉及SCSI并行接口(SPI)的一组标准在SCSI-3中得到了继续发展，SPI是SCSI设备之间的通信方式。大多数SCSI-3规范都以Ultra开头，如Ultra for SPI规范、Ultra2 for SPI-2规范和Ultra3 for SPI-3规范。名称中的Fast和Wide的含义与SCSI-2中的一样。SCSI-3是当前正在使用的标准。 双倍总线速度、双倍时钟速度和SCSI-3规范的不同组合，产生了许多不同的SCSI规范。下表对几种不同规范进行了比较。很多较慢的规范已不再使用在此列出仅作比较之用。 名称规范设备数量总线宽度总线速度Mbps异步SCSISCSI-188位5MHz4Mbps同步SCSISCSI-188位5MHz5MbpsWideSCSI-21616位5MHz10MbpsFastSCSI-288位10MHz10MbpsFast/WideSCSI-21616位10MHz20MbpsUltraSCSI-3SPI88位20MHz20MbpsUltra/WideSCSI-3SPI816位20MHz40MbpsUltra2SCSI-3SPI-288位40MHz40MbpsUltra2/WideSCSI-3SPI-21616位40MHz80MbpsUltra3SCSI-3SPI-31616位40MHz160MbpsUltra320SCSI-3SPI-41616位80MHz320Mbps除了总线速度提高之外，Ultra320 SCSI还使用打包数据传输，从而提高其效率。Ultra2也是最后一种具有“窄”（8位）总线宽度的规范。 所有这些SCSI类型都是并行的数据通过总线同时传输，而不是一次传输一种数据。最新的SCSI类型称为串行连接SCSI(SAS)，这种连接使用SCSI命令，但以串行方式传输数据。SAS使用点对点串行连接，以3.0千兆位每秒的速度传输数据，每个SAS端口可以支持多达128个设备或扩展设备。 SCSI控制器所有SCSI规范都使用控制器和电缆与设备相连。SCSI控制器在SCSI总线上的所有其他设备和计算机之间进行协调。SCSI控制器也称为主机适配器，控制器既可以是插入可用插槽的卡，也可以内置在主板上。SCSI BIOS也在控制器上。它是一个小型ROM或闪存芯片，包含访问和控制总线上的设备所需的软件。 每个SCSI设备都必须具有唯一的标识符(ID)才能正常工作。例如，如果总线能够支持16个设备，通过硬件或软件设置指定的设备ID的范围为0-15。SCSI 控制器本身必须使用其中一个ID，通常是最高的那一个，而将其他ID留给总线上的其他15个设备使用。内部SCSI设备连接到一条带状电缆 内部设备通过带状电缆连接到SCSI控制器。外部SCSI设备使用一条粗的圆形电缆，以菊花链形式连接到控制器（串行连接SCSI设备使用SATA电缆）。在菊花链中，每个设备都依次连接到下一个设备。因此，外部SCSI设备通常具有两个SCSI连接器分别连接前后两个设备。 外部SCSI设备使用粗的圆形电缆连接。电缆本身通常由三层构成： l 内层：保护性最好的层，包含实际发送的数据。 l 介质层：包含向设备发送控制命令的线路。 l 外层：包含传输奇偶校验信息的线路，这些信息可确保数据的正确性。 不同SCSI标准使用不同的连接器，这些连接器通常不兼容，通常使用50、68或80针。SAS使用较小的SATA兼容连接器。 68针Alternative 3 SCSI连接器50针Centronics SCSI连接器一旦总线上的全部设备安装完毕，而且分配了各自的ID，则总线的每一端都必须闭合。下面介绍如何执行这一操作。 如果SCSI总线保持开放状态，沿总线发送的电信号会反射回来，从而干扰设备和SCSI控制器之间的通信。解决方法是终结总线，用电阻电路闭合每一端。如果总线同时支持内部和外部设备，则必须终结每个系列的最后一个设备。 SCSI 终结的类型主要可分为两类：被动和主动。被动终结通常用于在标准时钟速度下运行、且设备到控制器的距离小于1米的SCSI系统。主动终结用于Fast SCSI系统，或设备到SCSI控制器的距离大于1米的系统。 某些SCSI终结器内置于SCSI设备中，而另一些可能需要使用外部终结器。SCSI还使用三种不同类型的总线信令，这也会影响终结。电脉冲以信令的方式在线路上发送。 单端(SE)：控制器生成信号，并通过单条数据线将信号传送至总线上的所有设备。每个设备都会产生信号损失。因此，信号会很快开始衰减，由此SE SCSI的传输距离被限制为约3米以内。PC中普遍采用SE信令。 高压差动(HVD)：HVD常用于服务器，它以串联方式发送信号，采用一条数据高压线和一条数据低压线。SCSI总线上的每个设备都有信号收发器。控制器与设备通信时，总线沿途的设备接收信号并转发信号，直至信号到达目标设备为止。这样，控制器和设备之间的允许距离可显著增加，可达25米。 低压差动(LVD)：LVD是HVD的同类技术，工作原理非常相似。两者之间的差异在于，LVD的收发器更小，并且内置于每个设备的SCSI适配器中。这使得LVD SCSI设备的价格更合理，并且LVD