SCSI

SCSI (Small Computer System Interface, произносится «скази») — это стандарт интерфейса для подключения периферийных устройств к компьютеру, разработанный в начале 1980-х годов. SCSI определяет набор команд, протоколы передачи данных и физические разъёмы, позволяющие подключать жёсткие диски, ленточные накопители, оптические приводы, сканеры и другие устройства. В отличие от параллельных интерфейсов того времени (например, IDE/ATA), SCSI обеспечивал более высокую скорость передачи данных, поддержку большего числа устройств на одной шине и возможность работы с внешними устройствами без отключения питания.

История

Разработка и стандартизация

Первая версия SCSI была разработана в 1979 году компанией Shugart Associates под названием SASI (Shugart Associates System Interface). В 1981 году Американский национальный институт стандартов (ANSI) начал работу над стандартизацией интерфейса, и в 1986 году был опубликован стандарт SCSI-1 (ANSI X3.131-1986). Он предусматривал 8-битную параллельную шину, скорость передачи данных до 5 МБ/с и возможность подключения до 8 устройств (включая контроллер).

Развитие поколений

Последующие версии стандарта расширяли возможности интерфейса:

• SCSI-2 (1994) — добавлена поддержка 16-битной шины (Wide SCSI), скорость до 10 МБ/с, улучшенная адресация и новые команды.
• Ultra SCSI (1995) — скорость до 20 МБ/с на 8-битной шине, до 40 МБ/с на 16-битной.
• Ultra2 SCSI (1997) — внедрение технологии LVD (Low Voltage Differential), позволившей увеличить длину кабеля до 12 метров и скорость до 80 МБ/с.
• Ultra160 SCSI (1999) — скорость до 160 МБ/с, поддержка двойного тактирования.
• Ultra320 SCSI (2002) — скорость до 320 МБ/с, последняя широко распространённая версия параллельного SCSI.

Закат параллельного SCSI

С середины 2000-х годов параллельный SCSI начал вытесняться последовательными интерфейсами, такими как Serial Attached SCSI (SAS) и SATA. SAS, сохранив командный набор SCSI, использует последовательную передачу данных, что обеспечивает более высокую скорость, меньшие кабели и лучшую масштабируемость. К 2010 году большинство производителей прекратили выпуск параллельных SCSI-устройств, хотя в серверном сегменте SAS остаётся актуальным.

Архитектура и устройство

Физический уровень

Параллельный SCSI использует многожильный кабель с 50 или 68 контактами (в зависимости от типа разъёма). Устройства подключаются последовательно (цепочкой) с помощью терминаторов на концах шины. Различают три типа электрических сигналов:

• SE (Single-Ended) — однопроводная передача, длина кабеля до 3 метров.
• HVD (High Voltage Differential) — дифференциальная передача с высоким напряжением, длина до 25 метров.
• LVD (Low Voltage Differential) — дифференциальная передача с низким напряжением, длина до 12 метров.

Командный набор

SCSI использует клиент-серверную модель: инициатор (обычно хост-адаптер) отправляет команды целевому устройству (например, диску). Команды передаются в виде блоков описания команд (CDB — Command Descriptor Block) размером от 6 до 32 байт. Основные команды включают чтение, запись, проверку состояния, запрос параметров и управление кэшем.

Адресация

Каждое устройство на шине SCSI имеет уникальный идентификатор (SCSI ID) от 0 до 7 (для 8-битной шины) или от 0 до 15 (для 16-битной). Идентификатор 7 обычно зарезервирован для хост-адаптера как наивысший приоритет. Внутри устройства могут быть логические номера (LUN — Logical Unit Number) для адресации отдельных подустройств (например, нескольких дисков в одном корпусе).

Классификация

По типу интерфейса

• Параллельный SCSI — классический вариант с параллельной шиной. Включает поколения от SCSI-1 до Ultra320.
• Serial Attached SCSI (SAS) — последовательный интерфейс, совместимый с SATA на физическом уровне, но использующий команды SCSI. Скорость до 22,5 Гбит/с на линию (SAS-4).
• iSCSI — протокол передачи команд SCSI поверх сетей TCP/IP. Позволяет создавать сети хранения данных (SAN) на основе стандартного Ethernet.
• Fibre Channel Protocol (FCP) — реализация SCSI поверх оптоволоконного канала Fibre Channel.

По типу устройств

• Жёсткие диски — наиболее распространённые SCSI-устройства в серверах и рабочих станциях.
• Ленточные накопители — используются для резервного копирования.
• Сканеры — в 1990-е годы многие профессиональные сканеры подключались через SCSI.
• Оптические приводы — CD/DVD-приводы с интерфейсом SCSI.
• Специализированные устройства — медиаконтроллеры, устройства видеозахвата, измерительное оборудование.

Применение

Серверы и рабочие станции

В 1990-х — начале 2000-х годов SCSI был стандартом для серверов и высокопроизводительных рабочих станций благодаря поддержке горячей замены, высокой надёжности и возможности подключения до 15 устройств на один контроллер. SCSI-диски часто имели более высокую скорость вращения шпинделя (10 000 или 15 000 об/мин) по сравнению с потребительскими IDE-дисками (7200 об/мин).

Хранилища данных

SCSI использовался в системах хранения данных (SAN и NAS) до массового внедрения Fibre Channel и SAS. Внешние дисковые массивы (JBOD — Just a Bunch Of Disks) подключались через SCSI-кабели к серверам.

Промышленность и встраиваемые системы

Благодаря детерминированности и низким задержкам SCSI применялся в промышленных контроллерах, медицинском оборудовании и измерительных приборах. В некоторых системах он используется до сих пор.

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Высокая производительность — до 320 МБ/с для параллельного SCSI, до 22,5 Гбит/с для SAS.
• Поддержка горячей замены — устройства можно подключать и отключать без выключения питания (при наличии соответствующего контроллера).
• Масштабируемость — до 15 устройств на один контроллер (в параллельном SCSI), до 65 535 в SAS с использованием расширителей.
• Надёжность — SCSI-устройства обычно имеют более высокую наработку на отказ (MTBF) по сравнению с потребительскими аналогами.

Недостатки

• Сложность настройки — требуется правильная установка идентификаторов, терминаторов и согласование версий интерфейса.
• Высокая стоимость — контроллеры и устройства SCSI стоили значительно дороже IDE/ATA-аналогов.
• Ограничения по длине кабеля — для параллельного SCSI длина не превышает 12 метров (LVD), что ограничивает размещение устройств.
• Устаревание — с 2010-х годов параллельный SCSI практически не используется, а SAS постепенно вытесняется NVMe.

Интересные факты

• Название «SCSI» официально произносится как «скази», но в русскоязычной среде распространено произношение «скси».
• В первых версиях SCSI максимальная длина кабеля составляла всего 3 метра для SE-сигналов.
• SCSI-контроллеры часто имели встроенную поддержку RAID, что позволяло создавать массивы без дополнительных карт.
• Стандарт SCSI-3 (1995) ввёл концепцию «командного набора», который был впоследствии адаптирован для USB, FireWire и других интерфейсов.

Источники

• ANSI X3.131-1986 (SCSI-1)
• ANSI X3.253-1994 (SCSI-2)
• T10 Technical Committee (INCITS) — стандарты SCSI
• «SCSI: The Small Computer System Interface» — Robert H. Davis
• «The SCSI Bus and IDE Interface» — Friedhelm Schmidt