В опубликованном ранее материале "SCSI: история, реальность и здравый смысл" мы коснулись истории возникновения интерфейса SCSI, рассмотрели основные принципы его функционирования, а также наиболее существенные черты группы спецификаций второго поколения: Fast SCSI-2, Wide SCSI-2 и FastWide SCSI-2. Однако стандарт SCSI, как, впрочем, и любая другая компьютерная технология, не стоит на месте, и на сегодняшний день наиболее актуальной уже является его модификация под названием "UltraSCSI". Более того, за спиной UltraSCSI все больше поднимают голову его потенциальные преемники и одновременно претенденты на пока еще неофициальный титул SCSI-3 в лице IEEE 1394 High Performance Serial Bus (в просторечии FireWire), Serial Storage Architecture (SSA) и Fiber Channel Arbitrated Loop (FC-AL). Поэтому нет ничего удивительного в том, что данный материал будет посвящен современному состоянию SCSI и его ближайшим перспективам.

Прежде чем перейти непосредственно к предмету настоящей статьи, уместно будет сделать небольшое уточнение. В связи с тем, что в обозначении разных спецификаций SCSI за последние несколько лет сложилась некоторая неразбериха, часто вводящая в заблуждение людей, не слишком искушенных в тонкостях описываемого интерфейса, ANSI (в American National Standards Institute стандартизацией SCSI занимается группа Х3Т9.2) совместно со SCSI Trade Association предложили в будущем использовать только официально закрепленные в документации названия. В частности, вместо SCSI-2 или Fast SCSI-2 рекомендуется применять название FastSCSI, вместо Fast20 и SCSI-3 - UltraSCSI, вместо Fast40 - Ultra2SCSI (основные характеристики SCSI-интерфейсов в соответствии с новой классификацией приведены в таблице 1).

Основные характеристики SCSI интерфейсов

Из таблицы также видно, что максимальное количество устройств, равно как и длина связывающего их кабеля, зависят от способа подключения и существенно возрастают при переходе от однополярного к дифференциальному подключению. Применение последнего более чем оправдано в уже функционирующих высокоуровневых серверных системах, так как способно значительно продлить жизнь использующихся в них SCSI-устройств. Кроме того, оно выглядит вполне конкурентноспособным даже по сравнению с SSA и FC-AL.

Итак, что же представляет собой стандарт сегодняшнего дня - UltraSCSI. От своих предшественников - "классических" спецификаций SCSI второго поколения - данную модификацию отличает прежде всего увеличенная вдвое тактовая частота шины. В "узком" варианте, т.е. с использованием 8-разрядной шины, тактовая частота 20 МГц способна обеспечить скорость передачи данных до 20 Мб/с (имеется в виду пропускная способность). Использование же "широкой", 16-разрядной, шины позволяет поднять ее до отметки 40 Мб/с при максимальном количестве одновременно подключаемых устройств, равном 16. По аналогии с Wide SCSI-2 "широкий" вариант "улучшенного" SCSI получил название WideUltraSCSI.

Традиционно высокоскоростные разновидности SCSI используются в различных устройствах, предназначенных для хранения информации. В первую очередь это относится к жестким дискам. Так, например, интерфейсами UltraSCSI и WideUltraSCSI оснащаются накопители Fujitsu серии Allegro, IBM серии Ultrastar, Quantum серий Fireball, Atlas и Viking, Seagate серий Hawk, Barracuda, Cheetah и Elite, а также Western Digital серии Enterprise. Думается, что в самом ближайшем будущем UltraSCSI появится в магнитооптике, накопителях на сменных дисках, сканерах, стримерах и прочих устройствах, требующих высокой пропускной способности интерфейса. Более того, уже есть своего рода "первые ласточки": речь идет о приводах CD-ROM с интерфейсом UltraSCSI серии UltraPLEX, выпускаемых фирмой Plextor. Все это свидетельствует о том, что UltraSCSI (в т.ч. и WideUltraSCSI) окончательно утвердился в качестве наиболее распространенного современного высокопроизводительного интерфейса. Так что, если вы остановите на нем свой выбор, то деньги будут потрачены не зря (тем паче, что в ряде случае цены выглядят не очень отталкивающими).

Достаточно реальными выглядят и перспективы следующего витка развития параллельной архитектуры SCSI. Здесь имеется в виду спецификация Ultra2SCSI, ранее больше известная как Fast40. Цифра 40 прямо указывает на использование еще более высокой тактовой частоты шины - 40 МГц, что позволяет достичь прямо-таки "космических" скоростей. При использовании 8-разрядной шины (Ultra2SCSI) максимальная скорость передачи данных достигает 40 Мб/с, в случае же 16 разрядной шины (WideUltra2SCSI) - 80 Мб/с. Однако такое резкое увеличение тактовой частоты шины имеет и обратную сторону: с особой силой начинают проявляться негативные моменты, связанные с необходимостью использования параллельных кабелей. Именно поэтому для Ultra2SCSI применяется только низковольтное дифференциальное подключение LVD (Low Voltage Differential), допускающее использование кабелей длиной до 12 метров.

Здесь мы подходим, пожалуй, к самому важному: к вопросу, почему все потенциальные преемники SCSI имеют в своей основе не параллельную, а последовательную архитектуру? На первый взгляд, это выглядит достаточно парадоксальным, т.к. даже если опуститься на бытовой уровень и сравнить пропускную способность параллельного и последовательного портов, преимущество неизбежно окажется на стороне первого (параллельный порт может посылать 8 бит за то же время, за которое последовательный отправит всего лишь один). Ответ на заданный вопрос достаточно прост: при высоких скоростях параллельные соединения становятся слишком дорогими (или как мы уже говорили в первой части материала, посвященного SCSI, они в буквальном смысле ценятся "на вес золота"). Остановимся на этой проблеме более подробно. При небольших скоростях параллельная передача действительно существенно быстрее последовательной, причем, ее преимущество в скорости вполне перекрывает издержки на более качественный кабель. Параллельный кабель и должен быть более совершенным, нежели последовательный, т.к. потоки битов, одновременно посылаемые по каждому из проводов, должны экранироваться друг от друга. В случае даже простого "узкого" SCSI каждый из 8 проводов, несущих информацию, имеет отдельное заземление с целью устранения влияния взаимных наводок, а все оставшиеся провода используются для передачи управляющих сигналов. В результате мы имеем достаточно громоздкие 50- или 68-проводные (для "широкого" SCSI) шлейфы. При дальнейшем увеличении темпов передачи информации резко повышаются эффективные частоты тока в проводниках, что приводит в свою очередь к резкому усилению излучения от проводника и наводкам в соседних жилах. Это требует дальнейшего совершенствования экранировки и, естественно, вызывает удорожание всей конструкции. Тактовая частота шины 40 МГц, применяющаяся в Ultra2SCSI, является по существу предельной для параллельной архитектуры - при дальнейшем ее увеличении из-за частых ошибок адекватная передача данных становится практически невозможной.

С другой стороны, все большую популярность приобретают последовательные архитектуры, использующие простые неэкранированные витые пары и соединения типа RJ-45. Передаваемые по ним данные особым образом кодируются, причем, так, чтобы обеспечить контроль формы результирующей волны. При этом появляется возможность добиться взаимного погашения излучений от двух соседних проводов. Сам кабель получается достаточно компактным, гибким и, главное, недорогим. В качестве примера на рис. приведено изображение последовательного кабеля SSA и обычного 50-проводного SCSI.

В настоящее время широкому распространению подобных соединений препятствует дороговизна не самих кабелей, а микросхем, необходимых для высокоскоростной сортировки и кодирования выходной информации. Так что у параллельной архитектуры SCSI есть еще в запасе несколько лет для активного внедрения в персональные компьютеры и операционные системы.

Что же касается соперников SCSI: FireWire, SSA и Fiber Channel, - то их время еще не пришло. Тем не менее, не следует недооценивать заложенный в их конструкции потенциал. FireWire, к примеру, поддерживает одновременно до 63 устройств и обладает пропускной способностью 50 Мб/с, что превышает соответствующие показатели UltraSCSI. Более того, FireWire многими рассматривается как кандидат номер один на замену внутренней шины PCI. На путь прямой поддержки FireWire встала небезызвестная компания Adaptec. Ею не так давно выпущена PCI плата контроллера IEEE 1394 под названием AHA-8940 (поддерживаемая пропускная способность - 25 Мб/с). Существует и более традиционное решение, принадлежащее этой же компании. Речь идет о плате AHA-8945, объединяющей в себе контроллеры IEEE 1394 и WideUltraSCSI.

Возможности SSA и Fiber Channel еще более впечатляющи. SSA способна обеспечить работу до 127 устройств при пропускной способности 80 Мб/с. Стандарт SSA был выдвинут компанией IBM, поэтому нет ничего удивительного в том, что, не дожидаясь остальных, IBM начала выпуск SSA-устройств. Пока это лишь SSA-чипы, жесткие диски Ultrastar ХР/Ultrastar 2ХР и SSA-адаптеры (в т.ч. и RAID). В принципе, гибкость и универсальность SSA позволяют легко подключать и многие другие устройства: от магнитооптики до принтеров, однако пока это все упирается в высокую стоимость SSA-микросхем. Спецификация SSA предполагает логическую обратную совместимость со SCSI-1/2, что имеет определенную ценность в плане поддержки SSA со стороны прикладного программного обеспечения. Обратная совместимость на уровне логики обеспечивает прозрачный для ПО перевод команд интерфейса SCSI в команды SSA, и таким образом появляется возможность для безболезненного перехода на новый стандарт, т.к. для ПО дисковая подсистема SSA будет выглядеть просто как более быстрая SCSI-система. Fiber Channel, как явствует из его названия, основан на использовании схемы "волоконнооптическая петля с арбитражем". Теоретически он способен поддерживать длину шины до 10 км, а пропускная способность его может достигать 200 Мб/с. Достигнутые на сегодня показатели вполовину меньше, однако даже они поневоле заставляют задуматься... Fiber Channel также завоевывает признание на рынке устройств, предназначенных для хранения сверхбольших объемов информации. В частности, известный производитель накопителей на жестких дисках - компания Seagate - начала оснащать интерфейсом Fiber Channel винчестеры серий Barracuda и Cheetah. С января 1998 года также с интерфейсом Fiber Channel будет начат выпуск накопителей Quantum серии Atlas III.

В заключение несколько слов о ближайшем будущем SCSI. Рискнем высказать утверждение, что SCSI (причем, вне зависимости от типа архитектуры - параллельной или последовательной) еще долго будет оставаться выбором тех, кто выше всего ставит производительность и удобство работы. Об этом же говорит и тот факт, что многие производители, ранее не использовавшие SCSI в своих изделиях, за последние 3-4 года пересмотрели свою позицию на этот счет, а попахивающие откровенной пропагандой попытки реанимировать IDE при помощи UltraATA и пр. всерьез рассматривать не стоит.

И самое последнее: когда-нибудь людям все-таки надоест таскать перемычки master/slave из своих винчестеров.

Виктор МОРОЗОВ

Видео и FireWire

Появление цифровых видеокамер формата DV (Digital Video), в которых сигнал записывается на ленту в оцифрованном сжатом по Motion JPEG виде и может быть выведен в цифровой форме через встроенный интерфейс FireWire, коренным образом меняет подход к компьютерному видео. Если при использовании обычных аналоговых источников обработку видео можно вести только на компьютере, снабженном специальными (и довольно дорогими) видеоплатами (типа miroVideo), то при использовании цифровых источников - на любом компьютере, снабженном стандартным (и потому недорогим) интерфейсом FireWire.

Следует отметить, что формат DV предназначен для бытовой видеозаписи (хотя по качеству приближается к профессиональной), что позволяет надеяться на самое широкое его распространение и приемлемый уровень цен. Пока из выпускаемых моделей DV видеокамер только несколько (например DCR-VX1000 и DCR-PC7 фирмы Sony) имеют интерфейс FireWire. Интерфейс FireWire поддерживается спецификацией РС97 и со временем будет встраиваться в каждый компьютер, уже на уровне чипсета. Пока же появилась первая его реализация в виде отдельной платы с шиной РСI (АНА-8940 фирмы Adaptec).

По материалам АО "ПИРИТ"

SSA изнутри

- Для соединения SSA-устройств используется архитектура "точка-точка", т.е. каждое устройство может общаться только с двумя своими непосредственными "соседями", поэтому все SSA-устройства содержат два порта.

- Архитектура "точка-точка" по сути является сегментированной, что позволяет любому устройству начинать и производить обмен данными независимо от других и одновременно с ними.

- SSA-устройства соединяются полнодуплексной связью, которая поддерживает независимую передачу данных в двух направлениях со скоростью 20 Мбайт/с.

- Каждая однонаправленная связь между SSA-устройствами имеет достаточно низкую пропускную способность - 20 Мбайт/с, что позволяет использовать широко распространенную и дешевую CMOS-элементную базу.

Спецификация Serial Storage Architecture определяет два компонента:

SSA-PH - транспортный уровень. Это физическая и электрическая спецификация последовательной связи SSA-протокола.

SSA-SCSI - этот уровень отображает логические правила SCSI на SSA-устройства, что гарантирует безболезненный переход от SCSI к SSA.

Как и любая другая последовательная связь, SSA использует специальный метод кодирования информации, называемый "8В/10В". Такое название возникло потому, что 8 бит данных при передаче преобразуются в 10 бит информации. Таким образом обеспечивается 25%-ная избыточность, которая гарантирует обнаружение ошибочных передач. Кодирование "8В/10В" основано на двух простых правилах: в последовательности передаваемых данных не может быть подряд более пяти одинаковых битов ("нулей" или "единиц"), a DSV (Digital Sum Variation - варьирование цифровой суммы) не должно превышать шести (DSV вычисляется следующим образом: "единице" присваивается значение +1, а "нулю" -1, при кодировании внутренний счетчик суммирует их. Максимальное значение этого счетчика минус его минимальное значение и будет DSV). Таким методом можно закодировать 268 значений. Поскольку только 256 из них используются для кодирования данных, оставшиеся 12 играют роль специальных символов.

По материалам журнала "COMPUNITY"