SCSI接口详解《精华》

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目前存储设备的接口有五大类：IDE、SCSI、USB，并行口，串口，其中并行口与串口的速度非常慢，不提也罢，最主要的就是IDE，usb,SCSI。IDE（Integrated Drive Electronics，电子集成驱动器）凭着其高速的传输和平常的价格，受到普通用户的欢迎,而usb设备大有后来者居上之势，至于SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口），速度、性能和稳定性都比IDE要好，价格当然也要贵得多，主要面向服务器和工作站市场。 在过去的几年间，IDE进步得很快，Ultra DMA 33推出不到两年，Ultra DMA 66就上市了。其实，SCSI的发展一点也不比IDE慢，只不过我们较少接触，对其了解不深而己。SCSI的标准从1980年开始实行，但到现在还未统一，各厂商对它的命名不相同，容易令人混淆是最主要的原因，下文介绍了SCSI接口的各个方面，希望对准备购买SCSI设备的朋友有所帮助。
一、概述
SCSI是一种连结主机和外围设备的接口，支持包括磁盘驱动器、磁带机、光驱、扫描仪在内的多种设备。它由SCSI控制器进行数据操作，SCSI控制器相当于一块小型CPU，有自己的命令集和缓存。要了解SCSI，必须先了解它的类型，以下是STA（SCSI Trade Association，SCSI同业公会）的标准分类。
SCSI的类型，注释：
  (1)点到点传输的总线长度
  (2)SCSI、Ultra SCSI或Ultra2 SCSI均是可选项
  (3)LVD（Low Voltage Differential，低分差动）没有定义它的速度，在12米以内都能保持正常传输率。如果在总线内有一个设备设置成单终结，整个总线也会切换成单终结。
  (4)单终结没有定义它的长度
  (5)HVD（High Voltage Differential，高分差动）没有定义它的速度
  (6)在Ultra2之后，所有高速传输都是基于宽带（Wide）模式。
  看到上述标准，是否觉得有点眼花缭乱，其实，对于一个新用户来说，了解SCSI控制器和数据线的类型比接口类型更重要。在SCSI总线中，控制器也算一个设备，即实际最大可连接设备数目 = 理论最大支持设备数目-1。
  接着是所有SCSI规格公用的几个标准术语解释：
    Single Ended（单终结）：许多旧式设备都是单终结设备，它们限制于SCSI-1协议的6米长度。注意：此距离包括设备内部电缆的距离。
   Differential（分差动）：SCSI总线和设备可借助它来沿长传输的距离，附加线的最大长度为25米。缺点是与单终结设备不兼容。
   Fast SCSI：把第一代SCSI总线的速度从5MHz提高至10MHz，理论数据传输率也加倍到10MB/秒。
   Ultra SCSI：把第一代SCSI总线的速度从5MHz提高至20MHz，理论数据传输率也加倍到20MB/秒。 Wide SCSI：它依靠第二条数据电缆或68针数据线来增加总线的性能，数据位宽为16或32 bits，把传统SCSI的性能提升至2倍或4倍。
   Wide Ultra SCSI：利用68针数据线把总线性能提高到40MB/秒。
  仅靠上面的描述，我们仍然不能准确地判断出一个SCSI总线的类型，必须同时了解它的总线宽度、总线速度、数据线类型和附加命令集才能达到目的。
　二：SCSI连接器的类型
  SCSI连接器分为内置和外置两种。
  内置数据线的外型和IDE数据线一样，只是针数和规格稍有差别，主要用于连接光驱和硬盘，40针IDE线有40根导线，40针ATA66有80根导线，SCSI内置则分为50针、68针和80针。
  至于SCSI外置数据线，就有以下几种规格，它们的密度均不相同，千万别弄错了。
三、SCSI ID和总线终结器
  相信许多SCSI用户都有这种经历，插上设备之后，操作系统怎样也不认，后来检查总线，才发现是终结和ID没有设置好。ID（identify）作为SCSI设备在SCSI总线的唯一识别符，绝对不允许重复，可选范围从0到15，SCSI主控制器通常占用id 7，即是说我们可以用在设备上的ID号共有15个。 总线终结器能告诉SCSI主控制器整条总线在何处终结，并发出一个反射信号给控制器，必须在两个物理终端作一个终结信号才能使用SCSI总线。常见的错误是把终结设置在ID号最高或最低的地方，而不是设置在物理终端的SCSI设备上。其实，SCSI设备总是以链形来连接的，按顺序就能分辨出哪一个是终结设备。 终结的方式有三种：自终结设备、物理总线终结器和自终结电缆。大多数新型SCSI设备都有自终结跳线，只要把非终结设备的自终结跳线设置成OFF即可避免冲突问题；物理总线终结器是一种硬件接头，又分为主动型和被动型两种，主动型使用电压调整器来进行操作，被动型利用总线上的能源信号来操作，被动型比主动型更为精确；自终结电缆可以代替物理总线终结器，也是一种硬件，它的价格非常昂贵，常用于两个主机连接同一个物理设备，如：两个服务器存取同一个物理SCSI硬盘。 通过检查SCSI ID和总线终结器，我们可以找出大多数冲突现象的解决方法，这是SCSI设备用户必须重视的一点。
四、IDE V.S.
  SCSI 在面对新SCSI用户时，我最常听到的一个疑问是：“究竟SCSI好，还是IDE好？”。这是个很难回答的问题，它包括了性能、价格、易用性、扩展性多方面因素。 从性能上说，SCSI当然要比IDE好，毕竟SCSI控制器上有一个相当于CPU的芯片，能够处理大部分工作，减轻了中央处理器的负担（CPU占用率）。同一时间推出的硬盘中，SCSI系产品的转速、缓存容量和数据传输率均比IDE系高，要比速度，IDE怎样也比不过SCSI。 在价格方面，SCSI是昂贵的代名词，面向商业级应用，IDE则以低价格著称，面向桌面式计算机。 易用性：使用SCSI的过程中，常会发生SCSI ID和总线终结器设置错误，导致硬件不能识别的故障，IDE设备仅有主、副之分，在同一数据线上只有两个设备，只要分别设置为Master和Slave就不会有冲突。 扩展性：能够连接多达15个设备是SCSI的优点之一，而标准PC的IDE接口，最多只能连接4个设备。 购买一样产品之前，我们最主要的是考虑到自己的需求，凭着这一点，很容易判断出哪个产品较适合你，仅说“好”与“不好”没有太大意义。如果你用电脑来玩游戏机、看DVD、上网，IDE硬盘己能满足你的应用，SCSI仅会让Quake 3增加几帧，绝对划不来。若是用计算机来视频捕捉、影像编辑等要求大量磁盘输入/输出的工作，相信SCSI是你的上上之选，别为了省几个金钱而买IDE哦，否则会得不偿失的。
五、SCSI的未来
  SCSI是一种不断前进的技术，最近加入的规格有Fibre Channel SCSI、IEEE 1394（Firewire，火线）和SCSI 3（160MB/秒），即将诞生的有SCSI 4（320MB/秒）和SCSI 5（640MB/秒）。从SCSI 3开始，SCSI能按照需要快速地提高性能，并拥有近乎完美的向后兼容性，保护了用户的投资。 随了速度的日益提升之外，SCSI也开始注重易用性，采用CAM（Common Access Model，公共存取模型）在众多SCSI命令集和程序调节之间加入了一个控制层，使SCSI的编程更为方便。我坚信，科学的进步会把SCSI带上一个又一个技术高峰，未来的SCSI也一定会变得更便宜更好用。

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ding

david5337

很详细的基础资料！
如果再配上图例，就是锦上添花了！

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原帖由 "david5337" 发表：
很详细的基础资料！
如果再配上图例，就是锦上添花了！

夸奖！！！

fengwy

好东西，收藏

大坏蛋

这的确是好东西，不过好像很久以前就发表过了。

cccjsxg

太古老了！

mmz

太老了，并行SCSI已经走到头了，下一代产品是SAS（串行SCSI）！

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当基于SATA-2或SATA-3的硬盘上市的时候，串行SCSI(Serial Attached SCSI-SAS)硬盘可能也会同时出现。SCSI和IDE/ATA的竞争由来已久，而且他们都是并行接口。

    并行SCSI有多种让人迷惑的叫法：大家经常看到用"FAST","Wide"和"Ultra"来描述SCSI接口。当前，UltraSCSI 3或Ultra160 SCSI是SCSI的最常用的协议，她支持160M bps,每根总线可以最多连接16个设备。

    Ultra320目前只处于商业展示阶段，Ultra640则还处于设计阶段，他们分别可以将传输速度提高2倍和4倍，但是单根总线可连接的设备数和支持的线缆长度却没有提高。

    现在有很多公司致力于开发支持更大吞吐率和支持更多设备连接和更长线缆的串行SCSI，我们不要把它和Fibre Channel和SSA(Serial Storage Architecture)混淆，这两种协议都是由IBM在90年代创立的。同时也不要把它和iSCSI混淆，iSCSI(SCSI over IP)将SCSI命令映射成其他协议。SAS对早期的SCSI设备向后兼容。

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首先大家不要认为我这里的SAS就是在2003年底到2004初肆虐全球的非典（SAS）了，这里所讲的SAS是串行SCSI（Serial Attached SCSI）的意思，是一种新型的磁盘设备接口。

    近几年，在设备接口方面，大家听的最多的一个词可能就是“串行”这两个字了。早几年出现的USB接口开始了串行接口之路，随后如Infiniband是串行的、SATA也是串行的、PCI-Express也是串行的，当然本文要介绍的SAS也是串行的。所以业界普遍认为，当前是“串行”时代，在原来接口技术发展上遇到困难时都会想到“串行”之道。

    以前人们总认为并行处理速度快，因为在同一时刻可以有多路数据进行处理。但随着计算机硬件性能的提高，并行处理的速度优势已不再明显，运行速率已不再是制约数据处理性能的瓶劲，反之由于工作频率的提高，并行线路间的干扰和同步就成了并行处理技术的终结。并行ATA磁盘接口如此，并行SCSI接口也如此，所以SCSI接口技术也在并行ATA接口转向串行ATA（SATA）之后，于2001底也役向串行怀抱。

　　一、SCSI的“串行”之路

　　在PC领域，诸如硬盘、光驱、刻录机等内置型存储设备基本都是采用ATA（也就是俗称的IDE）总线连接。ATA是“AT Attachment”的缩写，原意是AT计算机上的附加设备，它实际指的是PC与附加设备的连接总线和接口。确切地说，ATA总线目前专属于存储设备所用，我们最常见的ATA设备就是硬盘和光驱。在过去若干年间，ATA一共发展了七代之多，但它所采用的并行总线一直都没有什么本质性的改进。当速度提升到133Mbps（ATA-133）之后，ATA由于数据线间的干扰和同步困难，普遍认为这已是ATA技术的极限。业界不得不转向高速串行总线，并据此发展出了Serial ATA（SATA），这也是我们所熟知的串行ATA接口，目前这种磁盘已广流行。而在服务器/工作站等高端应用中，不管是并行ATA，还是串行ATA都显得力不从心，SCSI总线始终都是最好的选择。

　　SCSI的全称是“Small Computer System Interface”，意为“小型计算机系统接口”，它是在美国Shugart公司开发的SASI接口基础上，增加磁盘管理功能而成。诞生之后，SCSI便在服务器/工作站等高端计算机系统中找到了自己的位置，而它的应用范围除了硬盘外，还涵盖光存储设备、MO设备、磁带机、打印机、扫描仪等各种各样的外部设备，得到了广泛应用。当然，SCSI最重要的应用范围还是服务器中的硬盘，因为它能满足服务器的各项磁盘苛刻性能需求，各项指标向来都遥遥领先于ATA硬盘。早在ATA硬盘还在5400转徘徊的时候，主流SCSI硬盘已经达到10000转级别。而当7200转成为ATA硬盘的主流时，SCSI硬盘已向15000转迈进。目前主流SCSI硬盘至少都是采用Ultra 160规范，中高端产品则普遍引入Ultra 320规范，接口速度达到了320Mbps，而现在的串行ATA也只能达到150MBps的速度。然而就在这个时候，并行总线的制约同样开始出现在SCSI身上，要继续提高速度变得越来越困难，很难适应未来服务器存储的应用需求。加上来自最终用户要求打破SCSI与ATA藩篱，实现兼容的呼声越来越高，业界决定效仿串行ATA，制定出基于高速串行总线技术的下一代SCSI标准，这也就是本文所要介绍的SAS（串行SCSI）。

　　 SAS标准的制定工作大大晚于串行ATA。2001年12月，希捷、康柏（当时尚未被HP收购）、IBM、LSI Logic和迈拓等企业存储领域的巨头组成“串行SCSI工作组”，致力于串行SCSI的规范制定和商业化推进，之后，富士通、日立、Adaptec、ServerWorks等在服务器领域的重要企业也参与进来。2003年5月，SAS 1.0规范正式出台并提交给ANSI（American National Standards Institute，美国国家标准协会）讨论。同年9月，SAS 1.0正式通过ANSI认证。但各企业早在2003年初就进入SAS产品开发阶段，在历经一年的努力之后，采用SAS技术的控制器和企业存储产品已出现在市面上，从此也就开始了一个新的存储时代。

　　二、SAS的优势

　　SAS与SCSI的区别主要在于数据传输、兼容性和扩展性等方面，但它们的命令集是完全相同的。许多读者一直都觉得很奇怪，为什么PC机一直都在使用ATA，而服务器/工作站始终抱着SCSI不放？SCSI硬盘尽管速度够快，但容量很小、价格极其昂贵。ATA硬盘虽然速度慢一些，但容量超大、价格十分便宜，应该是高性低价的最好选择。可事实完全不是人们所想，为什么即便是面向中低端的服务器/工作站产品，所考虑的依然是SCSI，而对标榜“大容量、廉价”的ATA硬盘却不屑一顾呢？

　　其实，这是由SCSI与ATA本质性的差异所决定的。我们知道，PC系统的磁盘接口控制功能都被集成于芯片组的南桥上，或者是由专门的板载芯片承担，系统支持何种ATA规格当然也就取决南桥或板载芯片。在串行ATA刚刚引入的时候，芯片组开发厂商还来不及提供支持，所以主板厂商只能使用第三方的串行ATA控制芯片或“并－串”接口转换芯片来实现，不过这种情况现在已经基本上不见了，因为新一代主板芯片组完全支持串行ATA，而且还有相当大一部分还提供了RAID功能。然而，不管何种形式，支持何种规格的ATA控制逻辑，它们的功能都仅仅是管理并行或串行ATA总线资源，而无法对硬盘操作直接控制，真正的操作主导权仍在CPU手中。在并、串行ATA磁盘中，如果用户提出数据传输请求，CPU先对该命令作出响应后再传达给主板南桥或板载磁盘控制芯片上，之后再通过ATA总线将数据操作命令传递给硬盘的主控芯片，进而指挥硬盘作相应的读写操作。从硬盘读出数据和向硬盘写入数据的整个操作过程都必须在CPU的指挥下进行。因此，ATA系统在数据读写操作的时候总要占据一定的CPU资源，读写操作越频繁、要处理的数据越多，占据的CPU资源就越厉害。或许我们都有这样的亲身体验，那就是当我们在复制一个较大的文件夹或文件时，此时用户所执行的其他任何操作都没有任何反应，只有当复制过程完成后，这些操作才一个个立即执行，原因就是因为在进行文件复制时，所有的CPU资源都被文件复制过程中的磁盘读写所占用，CPU无暇顾及其他任何操作。这种情况对于个人电脑用户来说或许没多大妨碍，因为毕竟这种长时间、大容量的磁盘读写还是很少见的，而且即使是CPU不能及时响应其他操作，用户也只是等上几分钟的麻烦。然而如果是在服务器系统中，特别是提供到联网服务的服务器，这种现象将是致命的灾难。如互联网上的Web服务器，每秒钟要承受成千上万次的点击，这意味着成千上万的数据传输请求，如果使用ATA系统，那么服务器的CPU将时刻疲于磁盘读写，根本无法及时作出任何其他操作响应了，这时的Web服务器其实就等于瘫痪了。邮件服务器、数据库服务器、视频占播服务器等各类型服务器系统也都可能遇到类似的情况。所以说，在这些服务器领域ATA技术基本是没有什么用武之地，除非那些小型企业的小规模文件服务器上。

　　而在SCSI系统中就完全不是这样，在SCSI系统有一块专门的SCSI控制芯片。它除了负责管理ATA系统中类似的SCSI总线外，还承担设备读写的控制职能，管理所有SCSI相关的读写请求、总线控制和数据传输职能，CPU要做的工作只是将起始命令传递给SCSI控制芯片，之后便可彻底抛开不管做其他事情。因此，基于SCSI的计算机系统不管作何种程度的数据传输或读写操作，CPU的占用率始终都不会很高，完全可以一边传输数据，一边轻松地处理其他任务，这也是SCSI与ATA最大的区别。

　　在这一点上，SAS毫无疑问地要完全承袭SCSI的优势了。在SAS系统中同样有一块专用的控制芯片，它专门用于数据I/O处理，所以基于SAS的存储系统也可始终保持较低的CPU占用率。SAS的主要改变在于将SCSI的并行总线改为串行总线，并且对数据包结构作适应性调整，此外，SAS还考虑向下兼容串行ATA的问题。历来，SCSI与ATA是水火不容的，根本没人想到会在SCSI总线上挂接ATA设备，反之亦然。然而在实用中，SCSI无法兼容ATA往往会带来一些困扰，在某些时候，廉价、大容量的ATA硬盘还派得上用场，如用于、离线存储或近线存储。为此，SAS工作组在制定标准时经过慎重研究，决定让SAS提供对串行ATA设备的向下兼容能力，用户将因此获得额外的便利，轻松构建串行ATA与串行SCSI的混合系统。再者，SAS兼容串行ATA也让普通用户不会对SAS敬而远之，有利于SAS技术朝向平民化方向拓展，满足日益多元化的应用需要。

　　三、SAS的六层结构模型

　　现在的存储系统比起早期的，在结构上要复杂许多，都有相当复杂的层次结构，如FC-SAN、IFCP、FCIP、iSCSI等都如此，此处所介绍的新型串行SCSI——SAS也如此。SAS具有六层结构，它与与OSI的七层网络模型颇为类似，由上到下分别为应用层、传输层、端口层、链路层、编码层和物理层示。


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