В идеале работа периферийных устройств должна быть независима от работы центрального процессора компьютера. Процессор должен только посылать периферийному устройству команды и данные, после чего ожидать от него ответа. Именно так работают принтеры. Параллельный и последовательный порты являются интерфейсом уровня устройства (device-level interface). Компьютеру безразлично, какое устройство подключено к его порту. Другими словами, можно подключить к компьютеру с современным процессором AMD Athlon принтер, произведенный 12 лет назад, и он будет нормально функционировать, поскольку через интерфейс передаются только команды и данные. Это простой пример объясняет концепцию SCSI-интерфейса. Компьютеры и периферийные устройства можно разрабатывать, создавать и интегрировать, не думая о проблеме аппаратной совместимости — ее обеспечит SCSI-интерфейс.
Аппаратная независимость
С практической точки зрения SCSI — интерфейс является одновременно и шиной и набором команд. Под шиной понимается организация физических проводов и разъемов кабеля, где каждый провод имеет свое название и назначение. Набор команд же — это определенное количество инструкций, которые дают возможность компьютеру и периферийным устройствам взаимодействовать другу с другом через физическую шину. Шина SCSI используется в компьютерах для достижения аппаратной независимости. Например, для SCSI-интерфейса любые накопители на жестком диске не отличаются друг от друга (за исключением их общего объема), все накопители на оптических дисках также, и принтеры тоже и т.д. Любое устройство SCSI-типа можно заменить другим SCSI-устройством без необходимости модификации остальной системы, а для нового SCSI-устройства самое большее, что может понадобиться — обновление его драйверов. Поскольку интеллектуальная часть SCSI-интерфейса находится в самих периферийных устройствах, а не в компьютере, то последний должен лишь уметь использовать несколько команд для выполнения обмена данными с периферийным устройством.
Стандарты SCSI-интерфейса
Рассмотрим эволюцию и пути развития SCSI-интерфейса. Начало SCSI-интерфейса было положено в 1979 году, когда Шугартская ассоциация (Shugart Associates — один из первых производителей накопителей на жестком диске) выпустила стандарт SASI (Shugart Associates System Interface). В 1982 году Национальный Институт Стандартизации США (ANSI) образовал комитет X3N9.2 с целью развития стандарта SASI, который был переименован в SCSI. Описание SCSI-накопителей и их интерфейсов, разработанные под руководством комитета ХЗТ9.2 получили название стандарта SCSI-1, хотя настоящий стандарт SCSI-1 (официальное наименование ANSI X3.131-1986) был принят только в 1986 году. Стандарт SCSI-1 описывает 8-разрядную системную шину (называемую узкой — narrow), которая может обслуживать до 8 устройств и передавать данные со скоростью до 5 Мбайт/с. Однако задержка со стандартизацией этого варианта интерфейса привела к возникновению проблем совместимости при его внедрении. В начале 1986 года (еще до утверждения стандарта SCSI-1) началась работа над стандартом SCSI-2, который предназначался для решения проблем скорости и совместимости, имевшихся в стандарте SCSI-1. В 1994 году институт стандартов ANSI принял стандарт SCSI-2 (ХЗ.131-1994). Стандарт SCSI-2 разрабатывался с учетом обеспечения обратной совместимости со стандартом SCSI-1, но имел несколько вариантов. В стандарте Fast SCSI-2 (или Fast SCSI) была вдвое увеличена тактовая частота работы шины SCSI, что привело к увеличению скорости передачи данных по 8-разрядной шине данных до 10 Мбайт/с. Стандарт Wide SCSI-2 (или Wide SCSI) также имел скорость передачи данных 10 Мбайт/с, но использовал 16-разрядную (вместо первоначальной 8-разрядной) шину данных, при этом сохранялась исходная тактовая частота шины 5 МГц. Для обеспечения работы более широкой шины в стандарте Wide SCSI использовался 68-жильный кабель вместо прежнего 50-жильного. Стандарт Wide SCSI обеспечивает работу до 16 SCSI-устройств. Затем разработчики объединили возможности быстрого (Fast) и широкого (Wide) стандартов и создали стандарт Fast Wide SCSI-2 (или просто Fast Wide SCSI), который обеспечивал передачу данных по 16-разрядной шине данных со скоростью 20 Мбайт/с. Когда встречаются ссылки на стандарты Fast SCSI, Wide SCSI или Fast Wide SCSI, то речь идет о различных реализациях стандарта SCSI-2.
Усовершенствование SCSI-интерфейса не остановилось на стандарте SCSI-2. Институт ANSI начал разработку стандарта SCSI-3 в 1993 году (еще до принятия стандарта SCSI-2). Этот стандарт разрабатывался с учетом требования обратной совместимости со стандартами SCSI-1 и SCSI-2, что дало возможность многим устройствам и контроллерам SCSI использовать преимущества стандарта SCSI-3. Типичные устройства стандарта SCSI-3 известны под именем Fast-20 SCSI (или Ultra SCSI-3, также называемые Ultra SCSI). В интерфейсе Ultra SCSI используется тактовая частота шины 20 МГц и 8-разрядная шина данных для передачи данных со скоростью 20 Мбайт/с. Когда используется 16-разрядная шина данных, интерфейс SCSI-3 называется Wide Fast-20 SCSI (или Wide SCSI-3, или Ultra Wide SCSI), и он обеспечивает скорость передачи данных в 40 Мбайт/с.
Имеется и дальнейшее развитие стандарта SCSI, называемое SCSI-4. К стандарту SCSI-4 относятся устройства под названием Fast-40 SCSI (Ultra2 SCSI-4 или Ultra2 SCSI),
использующие тактовую частоту в 40 МГц для передачи данных по 8-разрядной шине со скоростью 40 Мбайт в секунду. Есть и 16-разрядная версия этого стандарта, которая получила название Wide Fast-40 SCSI (Ultra2 Wide SCSI-4 или Ultra2 Wide SCSI), которая должна обеспечить скорость передачи данных в 80 Мбайт в секунду. Реализации стандарта SCSI-4 получили название Ultra2 или Fast-40.
Усовершенствование SCSI-интерфейса продолжается. В стандарте Ultra3 SCSI (известным под именем Ultral60) используется тактовая частота 40 МГц с двойной передачей данных за один такт1. Это позволяет в два раза ускорить передачу данных на той же тактовой частоте, доведя скорость передачи данных до 80 Мбайт/с. Стандарт Ultra3 Wide SCSI использует 16-разрядную, а не 8-разрядную шину данных, при этом на той же частоте достигается скорость в 160 Мбайт/с. Хотя стандарт ШгаЗбО (Ultra4) SCSI еще полностью не разработан, можно не сомневаться в появлении еще более быстрых SCSI-реализаций в недалеком будущем.
Следует также иметь в виду, что в стандарте SCSI традиционно используется параллельная шина — 8 или 16 разрядов данных одновременно передаются по параллельным линиям. В стандарте SCSI-3 также предлагаются три новые схемы последовательного соединения. Они называются SSA (Serial Storage Architecture — архитектура последовательных накопителей), FibreChannel и IEEE 1394 (более известный под торговой маркой Fire Wire). Применение последовательного соединения еще более повышает скорость передачи данных, но при этом не обеспечивается обратной совместимости со стандартами SCSI-1 и SCSI-2.
Типы SCSI-шин
Используемое распределение сигнальных проводов в SCSI-шине оказывает существенное воздействие на производительность и максимальную длину шины. В SCSI-интерфейсе используются два метода передачи сигналов по проводам: однопроводный и дифференциальный. Оба варианта имеют как преимущества, так и недостатки.
В схеме однопроводной шины SE (Single-Ended), как следует из названия, для передачи каждого сигнала от инициатора к исполнителю используется один провод. Согласующие сопротивления с каждой стороны кабеля помогают поддерживать приемлемые уровни сигналов. «Общая земля» (обратная линия) обеспечивает замыкание цепи для всех проводов. К сожалению, однопроводная схема не обладает достаточной устойчивостью к шуму, поэтому такая схема используется при длине кабеля до 6 м и тактовой частоте до 5 МГц. При большей частоте длина кабеля не может превышать 1,5 м. Несмотря на недостатки, однопроводная схема популярна из-за простоты своей реализации.