SCSI 接口技术

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由于扫描图像的数据量通常都比较大，对扫描仪与计算机系统之间的数据通讯接口提出了较高的的要求，一般的串行口根本无法胜任大数据量传输的需要，所以早期的扫描仪大多采用了SCSI接口。后来，有些家用扫描仪采用了简单方便一些的高速并行口，随着USB接口技术的成熟，因其许多优良特性，渐渐成为普及型扫描仪的标准接口。但在专业扫描领域，SCSI接口仍占有重要地位，那么SCSI接口为何在高端应用中魅力不减呢，这是因为SCSI接口技术有许多其它接口技术不具备的优势。

　　SCSI接口是小型计算机系统接口（Small Computer System Interface）的简称，它是在美国Shugart公司开发的SASI的基础上，增加了磁盘管理功能而成的。SCSI接口作为输入输出接口，主要用于光盘机、磁带机、扫描仪、打印机等设备。SCSI标准是1986年审议完成的，称为SCSI－I标准，由于SCSI的特点是传输速度快（最高传输率达40MB／s以上），支持多I／O任务并行操作，因此在非PC机上得到了广泛的应用。1990年又制定了SCSI－2标准（最高传输率达80MB／s以上）。


一、SCSI的系统结构

　　下图是一个有两个主适配器和多个外设的SCSI系统，主机与适配器通过系统总线或局部总线联系。适配器与外设控制器之间是SCSI总线。多个适配器和控制器通过总线实现数据传输。所有直接与SCSI总线连接的适配器或外设控制器统称为SCSI设备。每个外设控制器可以控制一个或多个外部设备。

　　控制器与外设之间的总线是设备级局部总线。SCSI作为一种高级的系统接口，可以通过一些设备级接口来实现对外设的控制。如ESDI、ST506／412、IPI－2等设备级接口都可与SCSI相联。

　　无论采用什么类型的设备级接口、设备甚至系统总线结构，SCSI总线都有相同的物理和逻辑特性。SCSI有与设备和主机无关的高级命令系统，SCSI的命令是以命令描述块CDB的形式由主设备发送给目标设备，CDB说明了操作的性质、源和目的数据块的地址、传送的块数等信息。SCSI系统可以是一个主机，即一个主适配器和一个外设控制器的最简单的形式，也可以是一个或多个主机与多个外设控制器的组成。SCSI规定系统至多有的SCSI设备数目为SCSI总线数据的位数，如采用32位数据总线，则至多有32个SCSI设备。

二、总线信号

　　SCSI－I采用两种可选的信号传输形式：单端信号和差分信号。但两者采用相同的传输线；50针扁平电缆线称A电缆，该电缆包含8位数据总线。

　　如系统要求超过8位并行数据则可使用SCSI－2标准。SCSI－2规定了16位、32位数据总线，因此必须在A电缆的基础上另外加一根电缆即B电缆。B电缆是68针扁平电缆线，B电缆包括DB（0～7）以外的DB（8～31）以及相应的控制信号。使用两根电缆是为了保证SCSI－2与SCSI－1的兼容性。

三、SCSI的物理特性

　　SCSI设备以菊花链连接成一个系统，使用50针A电缆和可选的68针B电缆，单端方式和差分方式在一个系统中不能同时存在。电缆的特性阻抗一般采用90～140欧姆。为了减少信号的反射和跳跃，不能将不同特性阻抗的电缆连接在一起。A缆插座在设备终端有两种：一种是阴头50针，每排25针，两排对应的电缆插头是50针双排阳头；另一种是发夹式插头插座。B电缆是阴头68针插座，68针阳头电缆插头。

四、SCSI的逻辑特性

　　SCSI设备或作为主设备或作为目标设备。主设备是请求执行一个I／O进程，发出命令的SCSI设备；目标设备则是一个I／O的执行者。通常情况下与主机相连的适配器是主设备，它接受主机的I／O任务，并以SCSI命令信息告知目标设备执行相应的I／O任务；而外设控制器通常就是目标设备。但在一个系统中主设备和目标设备并不是固定的，二者的划分是根据二者在I／O任务处理过程中所起不同作用来确定的。

　　作为一个目标设备本身可有若干个逻辑单元，一个逻辑单元可以是物理设备也可以是虚拟设备。可是一个外设既可以是一个外设的一个部分，也可以是几个外设的整体。因为系统建立初始化操作不同，可以根据外设的情况定义逻辑单元。每个逻辑单元有一个逻辑单元号LUN。

　　目标设备的每个逻辑单元可以同时接受任何一个主设备的多达256个I／O进程。这些进程必须以一定的优先级顺序排队，由目标设备进行统一管理。每个主设备发给每个逻辑单元的I／O进程与之相关的排队标号。排队标号并不反映优先顺序，而是各个I／O进程的区分标志。排队标号在SCSI传输信号中指定。

　　排队标号在逻辑上也可以看作是一个逻辑单元的子单元，不同的排队标号表示I／O操作对象为不同的子单元，如把3个硬盘当作3个逻辑单元，则硬盘的分区可以当作子单元。排队标号既可以看作是与I／O进程相联系的标志，也可以是与物理设备相联系的子单元。　　

　　SCSI是一种系统级接口，它的高级命令结构、逻辑设备、逻辑地址处理，体现了它的智能化。SCSI地址体现在三个层次上：
　　SCSI设备地址→逻辑单元号→逻辑分区（子单元）
　　SCSI设备地址→目标例行程序号
　　SCSI设备地址即设备号，从0开始，每个设备都有自己的设备号，不同的SCSI设备具有不同的SCSI设备号，逻辑单元号是给目标设备的每个逻辑单元一个逻辑序号。目标例行程序是与目标设备有关的测试诊断子程序，调用不同的子程序必须给出确定的目标例行程序号，目标例行程序只与目标设备有关，与具体逻辑单元无关，主设备用它来进行诊断、维护等。

　　逻辑分区地址是以逻辑单元划分不同逻辑扇区或区段。无论是顺序存取设备还是随机存取设备都以逻辑扇区为分配单元。一个逻辑扇区可以是一个物理扇区，也可以是几个物理扇区，如512字节、1024字节等。

　　逻辑扇区与物理扇区的划分和映射是由目标设备实现的，对于主设备而言是看不见物理地址的，所有的I／O操作都以逻辑地址进行信息交换。物理设备的缺陷也由目标设备处理，目标设备自动为所有不可用的坏区列表管理。对于主设备而言，操作对象———外设具有连续可用地址的“完好”设备。

　　SCSI接口使用逻辑地址简化了操作，减轻了主机的负担，主机可以不必了解具体外设特征。另外，使用逻辑地址也增加了设备操作的可靠性，设备的缺陷由目标设备来管理，从逻辑上保证了设备的的完整性。

　　SCSI接口是一个多主机多设备系统，因此存在总线竞争。总线仲裁的方法是各个设备将自己的设备号交给总线，具有最高优先级的设备获得总线控制权。任何一个I／O操作的开始都是以总线仲裁阶段开始，主设备赢得总线后，进入设备选择阶段。再选阶段则是一个目标设备为了继续进行被中断的I／O进程而再次参加仲裁，赢得总线后，选择要求的主设备的过程。SCSI的数据传送通常采用DMA方式，DMA控制器由SCSI协议控制器芯片内含或设置专门的DMA控制器。在数据传送阶段可以采用同步或异步方式。除了数据传送阶段外，其余阶段采用异步传送方式。DMA则采用同步传输方式。

　　　　讲到高速外设接口，不外乎四大类：IDE、SCSI、USB和并行口，其中IDE和SCSI的数据传输速率最快。IDE（Integrated Drive Electronics，电子集成驱动器）凭着其高速的传输和平民的价格，受到家庭用户的欢迎。至于SCSI（Small Computer System Interface，小型计算机系统接口）嘛，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，但如今许多用在PC机上的高档外设如专业扫描仪、高速打印机等，也采用了SCSI接口。

　　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。

STA术语             最大总线                        最大总线
                  速度(MB/秒)   总线宽度(bit)      长度(m)(注1)           最多支持设备数目
                                                单终结   LVD   HVD
SCSI-1(注2)        5            8               6       (注3)  25         8
Fast SCSI(注2)     10           8               3       (注3)  25         8
Fast Wide SCSI     20           16              3       (注3)  25         16
Ultra SCSI(注2)    20           8               1.5     (注3)  25         8
Ultra SCSI(注2)    20           8               3       -      -          4
Wide Ultra SCSI    40           16              -       (注3)  25         16
Wide Ultra SCSI    40           16              1.5     -      -          8
Wide Ultra SCSI    40           16              3       -      -          4
Ultra2 SCSI(注2.4) 40           8               (注4)    25     25        8
Wide Ultra2
SCSI(注4)         80           16              (注4)    25     25        16
Ultra3 SCSI(注6)   160          16              (注4)   (注5)   (注5)     16

(注1)点到点传输的总线长度
(注2)SCSI、Ultra SCSI或Ultra2 SCSI均是可选项
(注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。
(注4)单终结没有定义它的长度
(注5)HVD（High Voltage Differential，高分差动）没有定义它的速度
(注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。下面是所有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

　　相信许多使用SCSI设备的用户都有这种经历：插上设备之后，操作系统怎么也不认，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、SCSI V.S. IDE & USB

　　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。

易用性方面：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。

　　USB(Universal Serial Bus通用串行总线)是近几年发展起来的一种方便实用的接口技术，具有通用性强、支持热插拔等优点，传输速率也很快。单当多个设备同时串接时，速度会大大降低，USB同样也存在CPU占用率高的问题。在非专业设备中，USB接口有无可比拟的优势，但对于性能第一的专业设备，仍是SCSI接口效率更高。

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，未来的SCSI也一定会变得更便宜更好用。