Small Computer System Interface

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Das Small Computer System Interface (SCSI, manchmal gesprochen [ˈskʌzi]) ist eine standardisierte Schnittstelle für die Verbindung und Datenübertragung zwischen Peripheriegeräten und dem Computer-Bus. Im Vergleich zu ATA/ATAPI ist möglich, mehr als zwei Geräte anzuschließen.

Ursprünglich war die Datenübertragung parallel. Heute definiert SCSI unterschiedliche Übertragungswege, wie Serial Attached SCSI (SAS), Fibre Channel und iSCSI.

Entstehung[Bearbeiten]

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 folgenden 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[Bearbeiten]

Prinzipieller Ablauf des Verbindungsaufbaus zwischen zwei SCSI-Geräten

Um an einen Computer SCSI-Geräte anschließen zu können, wird ein Host-Bus-Adapter (kurz HBA) benötigt, der den Datentransfer auf dem SCSI-Bus kontrolliert. Das anzuschließende Gerät hat 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 häufig als Steckkarte nachgerüstet. SCSI wird meist zur Anbindung von Festplatten und Bandlaufwerken genutzt, kann jedoch auch mit einer Reihe von weiteren Geräten verwendet werden, wie zum Beispiel Scannern und optischen Laufwerken. Der SCSI-Standard ist geräteunabhängig ausgelegt, so dass theoretisch jedes Peripheriegerät SCSI benutzen kann.

Vereinzelt werden SCSI und VHDCI- (von Very High Density Cable Interconnect, eine miniaturisierte Bauform) Steckverbinder auch in der industriellen Steuerungstechnik und an Ein-/Ausgabeports von Geräten zur analogen und digitalen Datenerfassung und -ausgabe verwendet, zum Beispiel an PXI-Baugruppen.

Während in den 1990er und zu Beginn der 2000er Jahre SCSI noch eine gewisse Verbreitung vor allem bei Workstations und Servern hatte, wird es als SAS heute so gut wie ausschließlich in Servern verwendet. Während früher auch ambitionierte Privatanwender SCSI-Geräte (Festplatten, CD-Laufwerke, Brenner, Scanner) verwendeten, gibt es heutzutage nur noch eine extrem kleine Nutzergruppe, die teilweise antiquierte Geräte aus technisch-nostalgischen Gründen betreibt. Insbesondere seit der breiten Verfügbarkeit von leistungsfähigen Geräten mit USB-Schnittstelle, und seit SATA-Festplatten und -Laufwerke sich als Standard etabliert hatten, verschwanden SCSI-Geräte fast vollständig aus den Händlerregalen und sind fast nur noch online zu beziehen. Damals wie heute sind SCSI-Geräte teurer als solche mit IDE/SATA. Dies ist vor allem auf die enorm geringeren Stückzahlen zurückführen. Dazu kommt, dass z.B. SCSI-Festplatten auf Dauerbetrieb ausgelegt sind und so eine längere Lebensdauer als vergleichbare IDE/SATA-Platten haben. Auch dies schlägt sich im Preis nieder. Weitere Kosten ergeben sich durch den zusätzlich einzubauenden SCSI-Controller (quasi alle Consumer-Mainboards hatten ausschließlich IDE/SATA-Controller onboard).

Die verschiedenen SCSI-Standards[Bearbeiten]

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

SCSI-1 (1986)[Bearbeiten]

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 ca. 3,5 MB/s oder synchron mit 5 MB/s läuft, die maximale Kabellänge beträgt dabei 6 Meter und es lassen sich sieben Geräte anschließen (das konkurrierende ATA-Interface war damals auf 1,5 m Kabelänge und vier Geräte 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)[Bearbeiten]

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.

Wide SCSI behielt den Bustakt (und damit die erlaubte Kabellänge) bei, verdoppelte aber die Busbreite auf 16 Bit. 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 hatte.

Ultra-SCSI (1992)[Bearbeiten]

Host-Bus-Adapter mit 50 Pin-Kabel

Ultra SCSI wurde 1992 als Teil der umfassenden SCSI-3-Norm eingeführt. Die ursprüngliche offizielle Bezeichnung war Fast 20 (SCSI) bzw. Wide Fast 20. 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 bis zu vier Geräten 3 m, bei fünf bis acht wurde sie reduziert auf max. 1,5 m, ebenso wurde die Anforderung an die Kabelqualität erhöht, was U-SCSI den unverdienten Ruf einbrachte, sehr empfindlich auf Kabellänge und Umweltbedingungen zu reagieren. (Meist trugen minderwertige Kabel und Stecker, alte Wide SCSI Kabel oder passive Abschlusswiderstände (Terminatoren), die offiziell nicht mehr erlaubt waren, an diesen Problemen Schuld. Die Kabelenden mussten zur Echovermeidung aktiv terminiert werden.) Größere Kabellängen waren weiterhin mit HVD-Geräten möglich (z. B. Adaptec 2944 UW differential controller).

SCSI-3 (1993)[Bearbeiten]

SCSI-3 ist erstmals ein Bündel von eigenständigen Normdokumenten, das auch Protokolle für alternative Transfertechniken wie IEEE-1394 (Apples FireWire-Standard) und Fibre Channel enthält. Enthalten ist auch VHDCI (von Very High Density Cable Interconnect), ein 68poliges Stecksystem mit 0,8 mm pitch, welches auch unter der Marke CHAMP[1] auftritt.

Ultra-2 SCSI (1997)[Bearbeiten]

Ultra-2-Wide SCSI Host-Bus-Adapter

Dieser Standard wurde 1997 eingeführt, und brachte einen neuen differentiellen 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 dazu 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)[Bearbeiten]

Diese Version wurde gegen Ende 1999 eingeführt, und ist eine teilweise Umsetzung des Ultra-3 SCSI Standards [Der Grad der Umsetzung/Ultra-3 SCSI Konformität hing vom Hersteller ab], abgekürzt U160 oder bei späteren Versionen mit voller Ultra-3 SCSI Kompatibilität 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 zurückgeschickt. 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)[Bearbeiten]

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 Einführung von Ultra-640 (Fast-320) hätte die Geschwindigkeit noch einmal auf 640 MB/s verdoppelt, nach diesem Standard wurden aber keine Geräte mehr gebaut. Statt dessen setzt die Industrie auf Serial Attached SCSI (SAS).

Insgesamt 16 Geräte sind anschließbar oder 15 Geräte plus Host-Bus-Adapter.

SCA[Bearbeiten]

SCA/SCA-2 (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-, LVD-, als auch für das HVD-Übertragungsformat. Im Gegensatz zu den anderen SCSI-Anschlüssen beinhaltet SCA auch die Stromversorgung (+5 und +12 Volt) sowie die Steuerleitungen für die SCSI-ID und die LED Anzeigen.

Allgemeine Informationen zu den SCSI-Standards[Bearbeiten]

Kompatibilität[Bearbeiten]

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 das den gesamten Bus in die Betriebsart „single-ended“ zwingt – mit den bekannten Einschränkungen der Geschwindigkeit (40 MB/s) und der Kabellänge (3 m). Es existieren SCSI-Bridges, die durch eine elektrische Aufteilung des Busses diese Beschränkung umgehen, auf manchen HBAs ist sogar eine solche integriert.[2]

Generell sind SCSI-Geräte abwärtskompatibel, das heißt, es ist möglich, eine Ultra-3-Festplatte an einem Ultra-2-Host-Bus-Adapter 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, können allerdings auch mit Konvertern/Bridges adaptiert werden.

Installation[Bearbeiten]

Ein SCSI-Terminator, hier in Centronics-Ausführung

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 7 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 musste zum Beispiel nicht mehr manuell eine SCSI-ID eingegeben werden; SCAM erledigte das 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, so dass 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 (bei Ultra-SCSI und auf LVD-Bussen ist er zwingend notwendig; Single-Ended- und LVD-Terminatoren sind unterschiedlich, es gibt sie aber auch sehr häufig kombiniert als „SE/LVD“). 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 Narrow-Geräte am Ende des Busses. Dazu wird ein Kabel benötigt, das den „weiten“ Teil des Busses terminiert und den schmalen durchschleift. Man spricht auch von High-9- oder Halb-Terminierung. Spezielle Kommandos erlauben es dem Host-Bus-Adapter festzustellen, welche Breite der Bus zu einem Gerät hat.

Rollen[Bearbeiten]

Bei den an der Kommunikation beteiligten Geräten unterscheidet man zwischen dem SCSI-Initiator und dem SCSI-Target. Der SCSI-Initiator startet den Verbindungsaufbau durch das Senden eines SCSI-Kommandos. Ein SCSI-Target führt keinen Verbindungsaufbau durch, sondern wartet auf Anfragen des SCSI-Initiators. Das SCSI-Target stellt dann eine oder mehrere Logical Unit Numbers (LUNs) zur Adressierung des Befehls- und Datenstroms zur Verfügung.

Üblicherweise ist der Computer in der Rolle des SCSI-Initiator und ein Peripheriegerät (Speicher, Drucker od. Ä.) in der Rolle des SCSI-Target. Bei der Initiator-/Target-Beziehung handelt sich um eine Client-/Server-Beziehung. Üblicherweise ist jeder SCSI-ID auf dem Bus eine dieser beiden Rollen fest zugewiesen.

Nur in seltenen Ausnahmefällen kann ein Gerät auch beide Rolle ausführen. So war es bei älteren Anlagen (z. B. Commodore 8000er) möglich, eine Datei von einem Diskettenlaufwerk direkt an einen Drucker am gleichen Bus zu senden, ohne die Daten über den Computer zu leiten. In diesem Fall sendet der Computer (als Initiator) ein Kommando an das Diskettenlaufwerk (als Target), woraufhin das Diskettenlaufwerk die Rolle wechselte und eine Verbindung zum Drucker initiierte.[3][4]

Weitere Entwicklungen[Bearbeiten]

In der Vergangenheit war SCSI auf allen Arten von Computern weit verbreitet. Für Hochleistungs-Workstations, Server und High-End-Peripherie gilt das auch heute noch. Desktop-Computer und Notebooks nutzten allerdings überwiegend die langsamere ATA- bzw. nutzen seit etwa 2004 die 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 universell 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[Bearbeiten]

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
Differential (Fast) SCSI 5–10 8 5–10 12–25 8 50-polig, paarweise verdrilltes Kabel, andere Pinbelegung
Wide SCSI (SCSI-2) 10 16 5 1,5–3 16 68-polig
Fast SCSI (SCSI-2) 10 8 10 1,5–3 8 50-polig
Fast 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[5] 68-polig
Ultra2 SCSI 40 8 40 12 8 50-polig, paarweise verdrillt
Ultra2 Wide SCSI 80 16 40 12 16 68-polig, paarweise verdrillt
Ultra-160 SCSI 160 16 40 12 16 68-polig, paarweise verdrillt
Ultra-320 SCSI 320 16 80 12 16 68-polig, paarweise verdrillt
Serial Attached SCSI 1200[6] seriell 12.000[7] 25 16.384 SFF 8484/8482 (typisch)
iSCSI nur durch das IP-Netzwerk begrenzt nicht zutreffend nicht zutreffend praktisch unbegrenzt 232 (IPv4) / 2128 (IPv6) meist über Ethernet

Steckverbinder für externe SCSI-Geräte[Bearbeiten]

Stecker und Kabel für interne SCSI-Geräte[Bearbeiten]

SCSI-Geräte[Bearbeiten]

SCSI-Detailfotos[Bearbeiten]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  •  Franz-Josef Lintermann, Udo Schaefer, Walter Schulte-Göcking, Klaas Gettner: Einfache IT-Systeme. Lehr-/Fachbuch. 5, 1. korrigierter Nachdruck Auflage. Bildungsverlag EINS, 2008, ISBN 978-3-8237-1140-7 (Seite 88-93).

Einzelnachweise/Anmerkungen[Bearbeiten]

  1. Marke von Tyco Electronics
  2. Adaptec AHA-2940U2W
  3. Es handelt sich hier nicht um SCSI sondern um IEEE-488, aber die Funktionalität ist in diesem Fall sehr ähnlich.
  4.  EMC Proven Professional (Hrsg.): Information Storage and Management. 2 Auflage. 2012, ISBN 978-1-1182-3696-3, S. 15-25.
  5. 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.
  6. pro Port
  7. Punkt-zu-Punkt, kein Bus

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: SCSI – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien