SCSI-Schnittstelle

SCSI-Schnittstelle SCSI (Small Computer System Interface) ist eine Reihe von Standards, die zum Verbinden und Übertragen von Daten zwischen Computern und Peripheriegeräten verwendet werden. SCSI wurde in den 1980er Jahren als schnellere, effizientere und vielseitigere Alternative zu früheren Schnittstellen wie dem Diskettenlaufwerk (FDD) und dem Parallelport entwickelt. Im Laufe der Jahre hat sich SCSI zu einem der am weitesten verbreiteten Standards für den Anschluss von Festplatten, optischen Laufwerken, Scannern, Druckern und mehr an ein Computersystem entwickelt.

SCSI zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, mehrere Geräte an einem einzigen Bus zu unterstützen, seine Hochgeschwindigkeitsdatenübertragungsfähigkeiten und seine Flexibilität. Die SCSI-Schnittstelle hat mehrere Überarbeitungen erfahren, von denen jede die letzte verbessert hat, aber die Grundprinzipien der Funktionsweise von SCSI sind im Laufe der Zeit relativ konsistent geblieben. In diesem Artikel wird die Funktionsweise von SCSI ausführlich beschrieben, wobei Struktur, Komponenten, Protokoll und verschiedene Generationen der Technologie behandelt werden.

SCSI-Grundlagen
SCSI ist eine parallele Schnittstelle, dh es überträgt Daten gleichzeitig über mehrere Drähte und ermöglicht eine schnellere Kommunikation als ältere serielle Schnittstellen (z. B. RS-232). SCSI unterstützt sowohl die Datenübertragung als auch die Gerätesteuerung, was bedeutet, dass es komplexe Aufgaben wie die Verwaltung von E / A-Vorgängen zwischen einem Computer und Peripheriegeräten bewältigen kann.

Die SCSI-Schnittstelle verwendet eine Bus-basierte Topologie, bei der mehrere Geräte in einer Daisy-Chain-Konfiguration verbunden werden können. An den Bus angeschlossene Geräte verwenden dieselben Kommunikationsleitungen, und jedes Gerät am Bus verfügt über eine eindeutige Identifikationsnummer, die als SCSI-ID bezeichnet wird.

Zu den Schlüsselkomponenten eines SCSI-Systems gehören:

SCSI-Bus: Dies ist die physische Verbindung, die die Kommunikation zwischen dem Computer und den Geräten ermöglicht. Es besteht aus Datenleitungen, Steuerleitungen und Stromleitungen.
SCSI-Hostadapter (HBA): Dies ist die Hardware, die den SCSI-Bus mit dem internen System des Computers verbindet. Es fungiert als Schnittstelle zwischen dem Computer und SCSI-Peripheriegeräten.
SCSI-Geräte: Dies sind die an den Bus angeschlossenen Geräte, z. B. Festplatten, Drucker, Scanner, CD-ROM-Laufwerke und mehr. Jedes Gerät am SCSI-Bus hat eine eindeutige Adresse, die als SCSI-ID bezeichnet wird.
Kabel und Stecker: Diese verbinden die Geräte und den Hostadapter physisch. Kabel variieren in Länge und Typ, und die Anschlüsse sind in der Regel 50, 68 oder 80 Pins, abhängig von der SCSI-Version.
Adressierung von SCSI-Geräten
Jedes Gerät an einem SCSI-Bus hat eine eindeutige Kennung, die als SCSI-ID bezeichnet wird und von 0 bis 15 reicht. Dem SCSI-Hostadapter wird standardmäßig die ID 7 zugewiesen, und anderen Geräten werden basierend auf der Konfiguration andere IDs zugewiesen. Die SCSI-ID stellt sicher, dass die Geräte mit dem richtigen Ziel auf dem Bus kommunizieren können.

Zusätzlich zur SCSI-ID verwenden Geräte LUNs (Logical Unit Numbers), um bestimmte logische Einheiten innerhalb eines Geräts zu identifizieren. Beispielsweise kann eine Festplatte mehrere Partitionen aufweisen, die jeweils durch eine separate LUN gekennzeichnet sind. LUNs werden verwendet, um Befehle und Daten an die richtige logische Einheit innerhalb eines Geräts mit mehreren Einheiten weiterzuleiten.

SCSI-Protokoll
SCSI ist ein befehlsbasiertes Protokoll, was bedeutet, dass der Computer oder Hostadapter bestimmte Befehle an die SCSI-Geräte ausgibt, um Vorgänge wie das Lesen oder Schreiben von Daten auszuführen. Diese Befehle werden strukturiert und über den SCSI-Bus gesendet, und jedes Gerät antwortet mit einem entsprechenden Ergebnis. SCSI-Befehle unterstützen komplexe Vorgänge wie die Verwaltung des Gerätestatus, die Behandlung von Fehlern und die Durchführung von Datenübertragungen.

Der grundlegende Ablauf der SCSI-Kommunikation umfasst mehrere Schlüsselphasen:

Befehlsphase: Der Host initiiert einen Befehl, indem er ihn über den Bus an das Zielgerät sendet. Der Befehl kann verschiedene Anweisungen enthalten, z. B. Lesen, Schreiben oder Formatieren. In dieser Phase sendet der Host auch zusätzliche Informationen wie die Datenübertragungsrichtung und die Größe der zu übertragenden Daten.

Datenphase: Nachdem der Befehl gesendet wurde, tritt das SCSI-Gerät in die Datenphase ein, in der es je nach Befehl entweder Daten empfängt oder sendet. Zum Beispiel würde ein „read“ -Befehl das Gerät dazu veranlassen, Daten an den Host zu senden, während ein „write“ -Befehl den Host dazu veranlassen würde, Daten an das Gerät zu senden.

Statusphase: In der Statusphase meldet das Gerät dem Host den Erfolg oder Misserfolg der Operation zurück. Wenn der Vorgang erfolgreich ist, wird der Status als „gut“ gemeldet.“ Andernfalls wird ein Fehlerstatuscode zurückgegeben.

Nachrichtenphase: SCSI-Geräte und Hostadapter verwenden Nachrichten, um zusätzliche Informationen zu übermitteln oder den Datenfluss zu steuern. Die Nachrichtenphase kann für die Arbitrierung (Auswahl des zu antwortenden Geräts), die Auswahl (Angabe des adressierten Geräts) oder das Beenden einer Kommunikationssitzung verwendet werden.

Jede dieser Phasen wird sorgfältig verwaltet, um sicherzustellen, dass die Daten korrekt und effizient übertragen werden.

SCSI-Bus-Arbitrierung
Da sich mehrere Geräte denselben Bus teilen, ist es wichtig, über ein System zur Steuerung des Zugriffs auf den Bus zu verfügen. Dieser Vorgang wird als Busarbitrierung bezeichnet, die sicherstellt, dass immer nur ein Gerät Daten übertragen kann. Bei der SCSI-Arbitrierung wird basierend auf seiner Priorität und der verfügbaren SCSI-ID ausgewählt, welches Gerät die Kontrolle über den Bus hat.

Die Arbitrierung wird normalerweise vom Hostadapter initiiert, und Geräte kommunizieren über den Bus, um zu bestimmen, wer „sprechen“ darf.“ Das Gerät mit der niedrigsten SCSI-ID (nach dem Hostadapter mit der ID 7) erhält Priorität und kann mit der Datenübertragung beginnen.

SCSI-Standards und Entwicklung
Im Laufe der Jahre hat sich der SCSI-Standard weiterentwickelt, wobei mehrere Versionen Verbesserungen bei der Datenübertragungsgeschwindigkeit, der Geräteunterstützung und den allgemeinen Funktionen bieten. Hier ist eine Aufschlüsselung der wichtigsten SCSI-Generationen:

SCSI-1: Der ursprüngliche SCSI-Standard, der 1986 eingeführt wurde, unterstützte Datenübertragungsraten von bis zu 5 MB / s über ein 50-poliges Kabel. Es konnten bis zu 7 Geräte an den Bus angeschlossen werden.

SCSI-2: SCSI-2 wurde 1989 eingeführt und verbesserte SCSI-1 durch die Unterstützung schnellerer Datenübertragungsraten (bis zu 10 MB / s) und flexiblerer Buskonfigurationen. Es wurden Funktionen wie schmale (50 Pins) und breite (68 Pins) Konfigurationen und Unterstützung für SCSI-Befehlssatzerweiterungen eingeführt.

SCSI-3: SCSI-3 wurde Anfang der 1990er Jahre eingeführt und bot weitere Verbesserungen der Datenübertragungsgeschwindigkeiten (bis zu 40 MB / s) und erweiterte Geräteunterstützung (bis zu 15 Geräte). Außerdem wurden neue Standards für Ultra SCSI eingeführt, die noch schnellere Datenübertragungen (bis zu 160 MB / s) ermöglichten.

Ultra SCSI: Eine Variante von SCSI-3, Ultra SCSI-Versionen ermöglichten Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 320 MB / s und eine verbesserte Geräteintegration. Ultra SCSI wird häufig in Unternehmensumgebungen verwendet, in denen Hochgeschwindigkeits-Datenzugriff entscheidend ist.

SAS (Serial Attached SCSI): Mit der Weiterentwicklung der SCSI-Technologie wurde die parallele zu serieller Kommunikation verlagert, was Mitte der 2000er Jahre in der Entwicklung von SAS gipfelte. SAS unterstützt Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 12 Gbit / s (und höher mit neueren Versionen) und bietet eine Punkt-zu-Punkt-Architektur, die Kabelsalat reduziert und die Datenintegrität verbessert.

iSCSI: iSCSI ist eine netzwerkbasierte Version von SCSI und verwendet TCP / IP-Netzwerke, um SCSI-Geräte über große Entfernungen zu verbinden. Es ermöglicht die Erweiterung von SCSI-Funktionen über Ethernet-Netzwerke und eignet sich daher ideal für Storage Area Networks (SANs).

Vorteile und Grenzen von SCSI
Vorteil:

Unterstützung mehrerer Geräte: SCSI unterstützt bis zu 15 Geräte an einem einzigen Bus, was eine hohe Skalierbarkeit ermöglicht.
Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung: Im Laufe der Jahre hat sich SCSI weiterentwickelt, um schnelle Datenübertragungsraten zu bieten, insbesondere mit Ultra SCSI und SAS.
Flexibilität: SCSI unterstützt eine Vielzahl von Geräten, von Festplatten bis hin zu Druckern und Scannern, und ist vielseitig in den Arten von Verbindungen, die es unterstützen kann (intern, extern und vernetzt).
Nkungen:

Komplexität: Die SCSI-Konfiguration und -Verwaltung kann komplexer sein als andere Schnittstellen, insbesondere in großen Systemen mit vielen Geräten.
Kosten: SCSI-Geräte und Hostadapter sind in der Regel teurer als andere Alternativen wie IDE oder SATA.
Physische Verkabelung: Ältere SCSI-Systeme erfordern sperrige Kabel und Stecker, die in überfüllten Umgebungen schwer zu handhaben sind.

SCSI ist eine leistungsstarke und vielseitige Schnittstelle, die bei der Entwicklung von Computerperipheriegeräten und Speichergeräten eine wichtige Rolle gespielt hat. Von seinen parallelen Wurzeln in SCSI-1 und SCSI-2 bis hin zu den Hochgeschwindigkeits- und Netzwerklösungen von SAS und iSCSI hat SCSI es Unternehmen und Unternehmen ermöglicht, große Speichersysteme und Peripheriegeräte effektiv zu verwalten.

Obwohl neuere Technologien wie SATA und NVMe SCSI in bestimmten Verbraucheranwendungen übertroffen haben, ist SCSI aufgrund seiner Robustheit, Skalierbarkeit und Geschwindigkeit ein unverzichtbares Werkzeug in Speichersystemen auf Unternehmensebene, insbesondere in Anwendungen, die einen hohen Durchsatz und eine hohe Zuverlässigkeit erfordern. Da sich die Technologie weiterentwickelt, wird SCSI in den kommenden Jahren wahrscheinlich ein kritischer Bestandteil des Datenmanagements bleiben.