Bussysteme (am Beispiel: SCSI)

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1 Studiengang Technische Informatik Rechnerstrukturen Labor Dozent: Prof. Dr. Risse Studenten: Mathias Eller (Mat.Nr.: ) Datum: 14. Mai 2001

2 Seite 2 von 10 Inhaltsverzeichnis Geschichte von SCSI...3 SCSI Features...3 SCSI-Versionen...3 SCSI SCSI 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 Ultra160 SCSI...7 Priorität / ID...8 Terminierung...8 Werte in der Praxis...9 Quellenangaben...10

3 Geschichte von SCSI Seite 3 von wurde von der Firma Shugart ein neues Bussystem mit dem Namen SASI- Standart entwickelt. Dieses Bussystem besaß die elektrischen Eigenschaften und Grundzüge vom heutigen SCSI und gilt deshalb als Vorreiter 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 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 n 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

4 Seite 4 von 10 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 Ultra-Wide-SCSI Verbreiterung des Busses auf 16 Bit max. 40 MByte/s bis zu 8 Geräte unterstützt 50-poliger Stecker 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 Geräte Kabellänge Datenrate SCSI m 5 MByte/s Fast SCSI 8 3 m 10 MByte/s Wide SCSI 16 3 m 20 MByte/s Ultra SCSI 4 3 m 20 MByte/s Ultra SCSI 8 1,5 m 20 MByte/s Wide Ultra SCSI 4 3 m 40 MByte/s Wide Ultra SCSI 8 1,5 m 40 MByte/s Da diese Kabellängen nur für den internen Bus geeignet ist, wurden neue Techniken gesucht um die zulässige Kabellänge zu erhöhen.

5 Seite 5 von 10 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.

6 Seite 6 von 10 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.

7 Seite 7 von 10 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.

8 Priorität / ID Seite 8 von 10 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.

9 Werte in der Praxis Seite 9 von 10 Heutige SCSI-Controller unterstützen eine Übertragungsrate von bis zu 160MByte/s. Die schnellsten SCSI-Geräte allerdings erreichen allerdings gerade einmal eine Rate von etwa 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.

10 Seite 10 von 10 Quellenangaben TechChannel Webzine ( c t plusrom (1993 bis 2000) Vorlesungsskript (Wolfgang Schulte, Berufsakademie Stuttgart)