Shugart-Bus

Das Small Computer System Interface (SCSI, gesprochen [ˈskʌzi]^[1]) ist eine standardisierte parallele Schnittstelle für die Verbindung und Datenübertragung zwischen Peripheriegeräten und dem Computer-Bus. Im Vergleich zu ATA/ATAPI ist ein wesentliches Merkmal von SCSI die Möglichkeit, mehr als zwei Geräte anschließen zu können.

Die von Alan Shugart nach seinem Ausstieg aus Shugart Associates gegründete Firma Shugart Technology führte SCSI 1979 unter der Bezeichnung SASI (Shugart Associates System Interface) ein. Nachdem sich 1981 andere Unternehmen − insbesondere NCR – dafür entschieden hatten, SASI zu unterstützen, wurde SASI in SCSI umbenannt. NCR initiierte auch den im darauffolgenden Jahr beginnenden Standardisierungsprozess, und 1986 wurde die SCSI-Spezifikation als X3.131-1986 von der ANSI standardisiert. Seitdem hat sich SCSI zum Industriestandard entwickelt, der in beinahe jedem Computer-System verwendet werden konnte (es gibt sogar SCSI-Implementationen für den Commodore 64-Heimcomputer).

Verwendung

Um an einen Computer SCSI-Geräte anschließen zu können, wird ein SCSI-Host-Bus-Adapter (kurz HBA) benötigt, der den Datentransfer auf dem SCSI-Bus kontrolliert. Das anzuschließende SCSI-Gerät besitzt einen SCSI-Controller, um die Daten über den Bus zu übertragen und mit dem Host-Bus-Adapter zu kommunizieren. Der SCSI-Host-Bus-Adapter kann auf der Hauptplatine integriert sein, wird aber in der Regel als Steckkarte nachgerüstet. SCSI wird meist zur Anbindung von Festplatten und Bandlaufwerken genutzt, wird jedoch auch mit einer Reihe von weiteren Geräten verwendet, wie zum Beispiel Scannern und optischen Laufwerken. Der SCSI-Standard ist geräteunabhängig ausgelegt, so dass theoretisch jedes Peripheriegerät SCSI benutzen kann. Vereinzelt wird SCSI auch in der industriellen Steuerungstechnik eingesetzt.

Die verschiedenen SCSI-Standards

SCSI wurde über die Jahre weiterentwickelt. Folgende Standards (in chronologischer Reihenfolge) sind definiert:

SCSI-1 (1986)

Der ursprüngliche von SASI (Shugart Associates Systems Interface) abgeleitete und von der ANSI herausgegebene Standard von 1986. SCSI-1, auch Narrow SCSI genannt, bietet einen Bus mit 8-Bit-Breite und Paritätsprüfung, der asynchron mit 3,5 MB/s oder synchron mit 5 MB/s läuft, die maximale Kabellänge beträgt dabei 6 Meter (das konkurrierende ATA-Interface war damals auf 1,5 m beschränkt). Eine Variation des SCSI-1-Standards (Differential-SCSI) verwendete eine auf differentiellen Signalpegeln basierende Übertragungstechnik und ermöglichte so eine Kabellänge von 25 m. Zur Unterscheidung gegenüber der modernen Low-Voltage-Differential-Schnittstelle (LVD) nennt man die alte Technik heute High-Voltage-Differential (HVD). HVD war teuer, elektrisch nicht kompatibel und wurde vor allem im professionellen Umfeld bis hin zum Aufbau lokaler, kombinierter Speicher-Computer-Netzwerke genutzt.

SCSI-2 (1989)

Dieser Standard wurde 1989 verabschiedet und bildete die Basis für die Varianten Fast SCSI und Wide SCSI. Fast SCSI (8 Bit, F) verdoppelte den Bustakt, was eine Transferrate von bis zu 10 MB/s bedeutete. Wegen des hohen Bustaktes durfte die Verkabelung nur noch höchstens 3 Meter lang sein. Weil Fast SCSI dieselben Kabel wie SCSI-1 verwendete, verbreitete es sich sehr schnell. Vorhandene Installation waren problemlos Gerät für Gerät aufrüstbar, der Mischbetrieb war möglich.

Einen anderen Weg ging man mit Wide SCSI: Hier wurde der Bustakt (und damit die erlaubte Kabellänge) beibehalten, aber die Busbreite auf 16 Bit verdoppelt. Das führte ebenfalls zu 10 MB/s, allerdings waren neue, 68-polige Kabel nötig. Reines Wide SCSI hatte keine Marktbedeutung. SCSI-2 spezifizierte außerdem eine 32-bit-Version von Wide SCSI, die zwei 16-bit-Kabel pro Bus verwendete. Auch diese Technik wurde von SCSI-Geräteherstellern größtenteils ignoriert, und daher mit SCSI-3 wieder abgeschafft.

Um auf 20 MB/s zu kommen, kombinierte man Fast SCSI (hoher Bustakt) und Wide SCSI (doppelte Busbreite) miteinander. Diese Variante war sehr verbreitet und wird oft Fast Wide SCSI genannt. Wenn heute von Wide SCSI gesprochen wird, ist praktisch immer Fast Wide gemeint, da reines Wide keine Bedeutung hat.

Ultra-SCSI (1992)

Host Bus Adapter mit 50 Pin-Kabel

Ultra SCSI wurde 1992 als Teil der umfassenden SCSI-3-Norm eingeführt. Die Busgeschwindigkeit wurde erneut verdoppelt auf 20 MB/s für „schmale“ (8 Bit, U) Systeme und 40 MB/s für die Wide-Variante (16 Bit, UW). Die maximale Kabellänge blieb bei 3 m, was SCSI den unverdienten Ruf einbrachte, sehr empfindlich auf Kabellänge und Bedingungen zu reagieren (meist waren Kabel, Stecker und Terminatoren von schlechter Qualität an diesen Problemen schuld). Größere Kabellängen waren weiterhin mit HVD Geräten möglich (z.B. Adaptec 2944 UW differential controller).

SCSI-3 (1993)

SCSI-3 ist erstmalig ein Bündel von eigenständigen Normdokumenten, das auch Protokolle für alternative Transfertechniken wie IEEE-1394 (Apples FireWire-Standard) und Fibre-Channel enthält.

Ultra-2 SCSI (1997)

Dieser Standard wurde 1997 eingeführt, und brachte einen neuen Bus mit niedrigem Signalpegel mit sich (Low Voltage Differential, LVD). Daher wird Ultra-2 auch manchmal als LVD SCSI bezeichnet. Die herkömmliche Übertragungstechnik wird im Gegensatz hierzu als SE SCSI (Single Ended SCSI) bezeichnet. Durch die LVD-Technik wurde es möglich, die Kabellänge auf 12 Meter zu erhöhen, bei wesentlich besserer Rauschimmunität. Gleichzeitig wurde die Transferrate auf 40 MB/s (narrow, 8 Bit, U2) beziehungsweise 80 MB/s (wide, 16 Bit, U2W) gesteigert. Ultra-2 SCSI hatte nur ein kurzes Leben, da es bald von Ultra-3 (Ultra-160) SCSI abgelöst wurde.

Ultra-160 (1999)

Diese Version wurde gegen Ende 1999 eingeführt und wird von einigen Herstellern auch als Ultra-3 SCSI bezeichnet, abgekürzt U160 oder U3. Prinzipiell handelte es sich um eine Verbesserung des Ultra-2-Standards, indem die Transferrate durch Einführung des Doppelflankentakts (Double-Edge-Clock) auf nun 160 MB/s verdoppelt wurde. Bei diesem Verfahren wird sowohl bei der ansteigenden wie bei der abfallenden Flanke des Taktsignals ein Datenwort übertragen. Ultra-160 SCSI bietet außerdem neue Funktionen wie eine Zyklische Redundanzprüfung (ZRP, engl. CRC) und Domain-Validierung. Bei letzterem werden bei der Initialisierung des Busses Testdaten an die Geräte und von denen zurück geschickt. Sollten Fehler auftreten, wird die Geschwindigkeit solange verringert, bis die Übertragung fehlerfrei funktioniert. Ab Ultra-160 SCSI gab es nur noch 16 Bit breite Busse.

Ultra-320 (2002)

Ultra-320 ist ein Ultra-160 mit einer auf 320 MB/s verdoppelten Transferrate und stellt den Abschluss der Entwicklung der parallelen SCSI-Datenübertragung dar.

Die Entwicklung von Ultra-640 (Fast-320) hätte die Geschwindigkeit noch einmal auf 640 MB/s verdoppelt, wird aber nicht mehr weiterverfolgt. Statt dessen setzt die Industrie auf Serial Attached SCSI (SAS).

SCA

SCA (Single Connector Attachment) ist kein eigenständiger SCSI-Standard, sondern ein 80-poliger Anschluss, der häufig bei Hotplug-Wechselrahmen verwendet wird. Dieses Anschlussformat gibt es sowohl für das SE- als auch für das LVD-Übertragungsformat.

Allgemeine Informationen zu den SCSI-Standards

Kompatibilität

Ultra-2, Ultra-160 und Ultra-320-Geräte können auf dem LVD-Bus ohne Performance-Verluste gemischt werden, da der Host Bus Adapter die Geschwindigkeit und sonstigen Management-Entscheidungen mit jedem Gerät einzeln abspricht. Single-Ended-Geräte sollten nicht an den LVD-Bus angeschlossen werden, da dies den gesamten Bus in die Betriebsart „single-ended“ zwingen würde - mit den bekannten Einschränkungen der Geschwindigkeit (40 MB/s) und der Kabellänge (3 m).

Generell sind SCSI-Geräte abwärtskompatibel, das heißt, es ist möglich, eine Ultra-3-Festplatte an einen Ultra-2-Host-Bus-Adapter anzuschließen und zu benutzen (allerdings mit reduzierter Geschwindigkeit und ohne spezifische Ultra-3-Befehle).

HVD-SCSI-Geräte (einschließlich der Abschlusswiderstände) sind prinzipiell nicht verträglich mit SE- oder LVD-SCSI-Geräten.

Installation

Jedes SCSI-Gerät (einschließlich des Host Bus Adapters) muss mit einer eindeutigen ID-Nummer konfiguriert werden. Dem Host Bus Adapter bzw. Controller wurde die ID=7 generell zugeordnet. So werden die einzelnen Geräte auf dem SCSI-Bus eindeutig identifiziert und die Priorität der Geräte festgelegt. Die Priorität der IDs lautet in absteigender Reihenfolge 6 bis 0 und dann 15 bis 8. Eventuell bestehen Einschränkungen seitens BIOS oder Betriebssystem bei der Vergabe der ID-Nummern. Jedes Gerät mit einer ID hat darunter zusätzlich mindestens eine LUN (Logical Unit Number) konfiguriert. Mit SCAM (SCSI Configured Automatically) gab es Bemühungen, diese mitunter aufwendige Konfiguration zu vereinfachen. So ermöglicht SCAM eine weitgehend automatische Konfiguration. Für neu angeschlossene Geräte muss zum Beispiel nicht mehr manuell eine SCSI-ID eingegeben werden; SCAM erledigt dies selbsttätig. Jedoch hat SCAM niemals praktische Bedeutung erlangt.

Jeder SCSI-Strang muss mit genau zwei Terminatoren abgeschlossen werden - an jedem physikalischen Leitungsende einen. Meist bieten die Host Bus Adapter die Möglichkeit, eine Seite des Busses zu terminieren, sodass in der Regel nur ein Steckterminator erforderlich ist. Es gibt sowohl aktive als auch passive Terminatoren, wobei dem aktiven Typ der Vorzug gegeben werden sollte (auf LVD-Bussen ist er zwingend notwendig). Unsachgemäße Terminierung ist eines der häufigsten Probleme bei SCSI-Installationen.

Es ist möglich, aus einem „Wide“-Bus einen „schmalen“ zu machen, wenn die Wide-Geräte direkt hinter dem Host Bus Adapter angeschlossen sind und die Schmalband-Geräte am Ende des Busses. Dazu wird ein Kabel benötigt, das den „weiten“ Teil des Busses terminiert und den schmalen durchschleift. Hierbei spricht man auch von High-9-Terminierung. Spezielle Kommandos erlauben es dem Host Bus Adapter festzustellen, welche Breite der Bus zu einem Gerät hat.

Weitere Entwicklungen

In der Vergangenheit war SCSI auf allen Arten von Computern weit verbreitet. Für Hochleistungs-Workstations, Server und High-End-Peripherie gilt dies auch heute noch. Desktop-Computer und Notebooks nutzen allerdings überwiegend die langsamere ATA- bzw. (seit etwa 2004) Serial ATA-Schnittstelle für ihre Laufwerke und USB (USB nutzt SCSI-ähnliche Kommandos für einige Operationen) für andere Geräte, da diese Schnittstellen, obwohl sie weniger allgemein verwendbar sind, in der Implementierung weniger kosten.

Die ursprünglichen SCSI-Standards spezifizierten die physikalischen Eigenschaften der Busse und die elektrische Signalisierung sowie einen Befehlssatz, der die unterschiedlichen Kommandos definierte, die die SCSI-Geräte ausführen konnten. Dieser Befehlssatz ist auch unabhängig vom SCSI-Bus sehr nützlich, da er ausgereift ist und es eine große Zahl von damit vertrauten Benutzern und Entwicklern gibt. Daher tauchen Teile des SCSI-Befehlssatzes auch in anderen Standards wie ATAPI, Fibre Channel, Serial Storage Architecture, InfiniBand, iSCSI, USB, IEEE 1394 und Serial Attached SCSI auf.

Einige Beobachter erwarten, dass der iSCSI-Standard, eine Einbettung von SCSI-3 über TCP/IP, auf lange Sicht Fibre Channel ersetzen wird, da gegenwärtig die mit Ethernet erreichten Datenraten schneller anwachsen als die mit Fibre Channel oder anderen Anschlusstechnologien erreichbaren Raten. iSCSI kann daher sowohl den Low-Cost- als auch den High-End-Markt mit einer kostengünstigen Lösung bedienen. iSCSI behält die grundlegenden SCSI-Paradigmen, vor allem den Befehlssatz, fast unverändert bei.

Die wichtigsten Daten im Überblick

Interface	Übertragungsgeschwindigkeit (MBytes/sec)	Busbreite (Bits)	Bustakt (MHz)	max. Kabellänge (m)	max. Anzahl an Geräten	Kabeltyp
SCSI (SCSI-1)	5	8	5	6	8	50-polig
Fast SCSI (SCSI-2)	10	8	10	1,5-3	8	50-polig
Differential SCSI	5-10	8	5-10	12-25	8	50-polig, paarweise verdrilltes Kabel, andere Pinbelegung
Wide SCSI (SCSI-2)	20	16	10	1,5-3 (12-25 HVD)	16	68-polig
Ultra SCSI (SCSI-3)	20	8	20	1,5-3 (12-25 HVD)	5-8	50-polig
Ultra Wide SCSI (SCSI-3)	40	16	20	1.5-3 (12-25 HVD)	5-8 (1)	68-polig
Ultra2 SCSI	40	8	40	12	8	50-polig
Ultra2 Wide SCSI	80	16	40	12	16	68-polig
Ultra-160 SCSI	160	16	40	12	16	68-polig
Ultra-320 SCSI	320	16	80	12	16	68-polig
Serial Attached SCSI	375 (Single-Channel) / 750 (Dual-Channel)	(Seriell)	??	25	16.384	SFF 8484/8482 (typisch)
iSCSI	nur durch das IP-Netzwerk begrenzt	nicht zutreffend	nicht zutreffend	nicht zutreffend	nicht zutreffend	nicht zutreffend
(1): Es stehen zwar 16 Adressen zur Verfügung, durch die geringe zulässige Kabellänge und den spezifizierten Mindestabstand zwischen zwei Geräten ist jedoch nur eine entsprechend kleinere Anzahl Geräte anschließbar.

Steckverbinder für externe SCSI-Geräte

Der Apple-Stecker, 8 Bit Busbreite, es fehlen zahlreiche Masseleitungen

„Centronics“-Typ 8 Bit Busbreite

High Density 8 und 16 Bit Busbreite

VHDCI-Stecker

Stecker und Kabel für interne SCSI-Geräte

50-pol Standardkabel, 8 Bit Busbreite

68-pol Standardkabel, 16 Bit Busbreite

68-pol LVD-Kabel mit verdrillten Leitungen und Terminator, 16 Bit Busbreite

SCSI-Geräte

ISA-SCSI Host Bus Adapter

SCSI-Festplatte

SCSI-CD-Brenner

SCSI-Detailfotos

Konfigurationsjumper einer LVD-SCSI-Festplatte

SCA-Adapter

Siehe auch

• Terminator
• AT Attachment

Einzelnachweise

1. ↑ "SCSI." American Heritage Dictionary

Weblinks

• SCSI Spezifikationen (englisch)