Шинная архитектура ЭВМ

SCSI-3 - дальнейшее развитие стандарта,  направленное на увеличение количества  подключаемых устройств, спецификацию  дополнительных команд, поддержку  Plug and Play. SCSI-3 существует в виде  широкого спектра документов, определяющих  отдельные стороны интерфейса. Транспортный  уровень может использовать различные  протоколы с соответствующей  поддержкой физических соединений:

• SIP (SCSI-3 Interlocked Protocol) - протокол обмена традиционного интерфейса, физически реализуемый параллельным интерфейсом SCSI.
• FCP (Fibre Channel Protocol) - протокол оптоволоконного канала с соответствующим физическим уровнем FC-PH со скоростью передачи данных 100 Мбайт/с.
• SBP (Serial Bus Protocol) - протокол последовательной шины, реализуемый интерфейсом 1394 (FireWire).
• GPP (Generic Packetized Protocol) - обобщенный пакетный протокол, реализуемый любым пакетным интерфейсом.
• SSP (Serial Storage Protocol) - последовательный протокол памяти.

Современные устройства с интерфейсом SCSI выпускаются в соответствии со стандартом SCSI-2 или SCSI-3. В отличие  от стандарта SCSI-2, который явно подразумевал более высокую производительность шины и устройств, чем SCSI-1, заявка о  поддержке устройством стандарта SCSI-3 непосредственно на повышение  производительности не указывает. Эта  заявка прямо означает лишь соответствие новому поколению документов. Однако всвязи с общей тенденцией к росту  производительности устройства SCSI-3 в  большинстве случаев показывают более высокую производительность, чем SCSI-2. Стандарт SCSI-3 предполагает различные варианты протокольного и физического уровня интерфейса, включающие как параллельные, так и последовательные шины.

Для параллельных шин скорость передачи данных определяется частотой передач, измеряемой в миллионах передач за секунду - MT/sec (Mega Transfer/sec) и разрядностью. Название SCSI Fast указывает на частоту передач 10 MT/sec, временные диаграммы для такого режима определены в SCSI-2. Название SCSI Fast-20 указывает на частоту передач 20 MT/sec. Этот режим, более известный как SCSI Ultra, определен для параллельного интерфейса в SCSI-3. SCSI Fast-40 указывает на частоту передач 40 MT/sec. Этот режим, определенный в SCSI-3 и называемый как Ultra2 SCSI, в настоящее время является самым быстрым для параллельной шины. Он реализован только в низковольтной дифференциальной версии интерфейса LVD. Для будущих версий стандарта в SCSI-3 заложен режим и SCSI Fast-80, но говорить о его реализации еще преждевременно. Изначально разрядность шины SCSI составляла 8 бит в “узкой”(Narrow) версии. "Широкий" (Wide) вариант шины, появившийся с SCSI-2, имеет разрядность 16-бит (32-битные расширения не распространены). Скорость передачи данных для различных вариантов параллельной шины приведена в таблице 1.

*реализации  не встречаются

Разрядность шины, бит	Разновидность
	Обычный	Fast	Fast-20 (Ultra)	Fast-40 (Ultra2)
8 (Narrow)	5 Мбайт/с	10 Мбайт/с	20 Мбайт/с	40 Мбайт/с
16 (Wide)	10 Мбайт/с	20 Мбайт/с	40 Мбайт/с	80 Мбайт/с
32 (Wide) *	20 Мбайт/с	40 Мбайт/с	80 Мбайт/с	160 Мбайт/с

    Таблица 1. Скорость передачи данных по параллельной шине SCSI.

 

Интерфейс Ultra2 SCSI обеспечивает прекрасное сочетание пропускной способности  шины при ее большей длине, цены устройств  и совместимости с традиционными  устройствами SCSI. Здесь используется дифференциальная передача сигналов, но с низким уровне напряжения. В  настоящее время традиционный дифференциальный интерфейс получил название "высоковольтный" - High Voltage Differential (HVD), поскольку в SCSI-3 ему появилась низковольтная  альтернатива - Low Voltage Differential (LVD). Низковольтный  вариант позволяет достичь частоты  передачи 40 MT/sec при длине шины до 25 м (до 8 устройств) или до 12 м (до 16 устройств). Новые устройства с интерфейсом LVD могут иметь возможность работы на шине вместе с устройствами с линейным (Single ended) интерфейсом - для этого их буферные схемы содержат автоматический определитель типа интерфейса. Однако эта совместимость относится только к LVD - традиционные устройства с HVD могут работать только с себе подобными.

Последовательный интерфейс FCAL (Fibre Channel Arbitrated Loop - арбитражное кольцо волоконного канала) по реализации ближе к интерфейсам локальных  сетей. Этот интерфейс, известный также  и как Fibre Channel SCSI, может иметь как  электрическую (коаксиальный кабель), так и оптоволоконную реализацию. В обоих случаях частота 800 МГц  обеспечивает скорость передачи данных 100 Мбайт/с. Медный кабель допускает  длину шины до 30 м, оптический - до 10 км. Здесь используется иной протокольный и физический уровни интерфейса и  имеется возможность подключения  к шине до 126 устройств (а не 8 или 16, как для параллельного интерфейса). Двухпортовые устройства могут достигать  пиковой скорости обмена до 200 Мбайт/с.

В настоящее время наибольшее распространение имеют устройства SCSI-2 и SCSI-3, которые в значительной степени сохраняют совместимость  и с исходной версией, теперь называемой SCSI-1. Однако смешивать устройства SCSI-1 и SCSI-2 на одной шине не эффективно, да и не всегда возможно из-за некоторых  проблем.

Все устройства на шине должны быть согласованно сконфигурированы. Для них требуется  программно или с помощью джамперов  установить следующие основные параметры:

• Идентификатор устройства - SCSI ID - адрес 0-7 (для Wide-SCSI допустимы адреса 0-15), уникальный для каждого устройства на шине. Обычно хост-адаптеру, который должен иметь высший приоритет, назначается адрес 7 (15 для Wide SCSI).
• Контроль паритета - SCSI Parity. Если хоть одно устройство на шине не поддерживает контроль паритета, он должен быть отключен на всех устройствах данной шины. Контроль паритета, особенно для дисковых устройств, является надежным средством защиты от искажения данных при передаче по шине.
• Включение терминаторов - Termination. В современных устройствах применяются активные терминаторы, которые могут включаться одним джампером или даже программно-управляемым сигналом. Терминаторы должны быть включены только на крайних устройствах в цепочке. Современные хост-адаптеры позволяют автоматически включать свой терминатор, если они являются крайними, и отключать, если используются внутренний и внешний разъем канала. Корректность использования терминаторов имеет существенное значение - отсутствие одного из терминаторов, или, наоборот, лишний терминатор может привести к неустойчивости или потере работоспособности интерфейса.
• Питание терминаторов - Terminator Power. Питание терминаторов джампером или программно должно быть включено хотя бы на одном устройстве, когда используются активные терминаторы (а в современных устройствах они используются всегда).
• Согласование скорости синхронного обмена - SCSI Synchronous Negotiation. Режим синхронного обмена, обеспечивающий высокую производительность, включается по взаимному согласованию устройств. Однако если хоть одно устройство на шине его не поддерживает, согласование необходимо запретить на хост-адаптере. При этом, если обмен будет инициирован синхронным устройством, хост-адаптер поддержит этот режим.
• Старт по команде - Start on Command, или задержанный старт - Delayed Start. При включении этой опции запуск двигателя устройства выполняется только по команде от хост-адаптера, что позволяет снизить пик нагрузки блока питания в момент включения. Хост будет запускать устройства последовательно.
• Разрешение отключения - Enable Disconnection. Выбор этой опции позволяет устройствам отключаться от шины при неготовности данных во время длительных операций с носителем, что весьма эффективно используется в многозадачном режиме при нескольких периферийных устройствах на шине. Однако в случае одного устройства на шине отключение приведет только к дополнительным затратам времени на повторное соединение.

Хост-адаптер SCSI является важнейшим  узлом интерфейса, определяющим производительность подсистемы SCSI-устройств. Существует широкий  спектр адаптеров, начиная от простейших, к которым можно подключать только устройства, не критичные к производительности. Такие адаптеры иногда входят в комплект поставки сканеров, и подключение  к ним диска может оказаться  неразрешимой задачей. Высокопроизводительные адаптеры имеют собственный специализированный процессор, большой объем буферной памяти и используют высокоэффективные  режимы прямого управления шиной  для доступа к памяти компьютера.

Конфигурирование SCSI хост-адаптеров c точки зрения шины SCSI не отличается от конфигурирования других устройств. Для современных адаптеров вместо джамперов используется программное  конфигурирование. Утилита конфигурирования обычно входит в расширение BIOS, установленное  на плате адаптера, и приглашение  к ее исполнению выводится на экран  при инициализации во время POST.

Как и всякая карта расширения, хост-адаптер должен быть сконфигурирован  и с точки зрения шины расширения, к которой он подключается. Адаптеры SCSI существуют для всех шин: ISA (8-16 бит), EISA, MCA, PCI, VLB, PCMCIA. Существуют адаптеры для  параллельного порта. Многие новые  системные платы имеют встроенный SCSI-адаптер.

Все устройства SCSI требуют специальных  драйверов. Базовый драйвер дисковых устройств обычно входит в BIOS хост-адаптера. Расширения, например ASPI (Advanced SCSI Programming Interface), загружаются отдельно. От организации  драйверов сильно зависит производительность устройств SCSI. "Умное" ПО способно эффективно загружать работой устройства, а иногда и "срезать углы" - выполнять копирование данных между устройствами без выхода на системную шину компьютера.

Шина SCSI распространена в больших серверных системах, в системах по обработке графических данных и т.п. В настольных системах шина SCSI распространения не получила из-за своей дороговизны.

 

Заключение.

 

При описании магистральной структуры мы упрощенно  предполагали, что все устройства взаимодействуют через общую  шину. С точки зрения архитектуры  этого вполне достаточно. На практике такая структура применяется  только для ЭВМ с небольшим  числом внешних устройств. При увеличении потоков информации между устройствами ЭВМ единственная магистраль перегружается, что существенно тормозит работу компьютера. Поэтому в состав ЭВМ  могут вводиться одна или несколько  дополнительных шин. Например, одна шина может использоваться для обмена с памятью, вторая -для связи с  “быстрыми”, а третья – с “медленными” внешними устройствами. Отметим, что  высокоскоростная шина данных ОЗУ обязательно  требуется при наличии режима ПДП.

 

 

 

 

 

Список  литературы.

 

1. Газета "КомпьютерИнфо" (СПб.), 1998/2-6, 19-22
2. Михаил Гук "Аппаратные средства IBM PC. Энциклопедия", Москва, 1998 год.
3. Ресурсы сети Internet: www.center.ru, www.ixbt.ru.