SCSI

SCSI : una famiglia complessa
All'atto pratico , chi si avvicina per la prima volta a SCSI , puó provare un senso di confusione in quanto si trova davanti ad una molteplicità di cavi , connettori , dispositivi , controller e quant'altro con caratteristiche diverse .
Se vogliamo un esempio , possiamo paragonare il nostro futuro utente SCSI a chi entri per la prima volta in una enoteca : resterà certamente confuso dalla quantitá di vini esposti , uno diverso dall'altro ; l'appellarsi ad un esperto , poi , spesso non farà che accrescere la confusione quando si verrà a sapere che il vino tale non va bevuto con il pesce , che il tal'altro va servito nei calici e cosí via .
Quando si parla di "vino" , si definisce il succo dell'uva fermentato alcoolicamente ; all'interno della definizione generale , univoca , si trovano , peró , dai bianchi ai rosati ai rossi , dal lambrusco allo champagne , tutti ben diversi uno dall'altro , ma sempre riconducibili alla generalità .
Ugualmente accade per SCSI : SCSI é la definizione complessiva di un certo tipo di approccio alla connessione tra processore centrale e dispositivi periferici e questo approccio puó essere risolto attraverso varie vie fisiche , diverse tra loro , conservando peró costante la filosofia del sistema .
Vediamone alcuni aspetti .

Quanti SCSI ?
Esistono varie famiglie di SCSI , derivate da un continuo lavoro sullo standard di partenza , che ne ha via via migliorato le prestazioni . Ogni famiglia si diversifica dalle altre per uno dei tre aspetti elencati qui sotto :

• da un punto di vista elettrico esistono due specie di interfaccia fisica : single-ended ë differenziale , tra di loro incompatibili .Questo porta alla necessitá di avere bus differenti per i due tipi di dispositivi , a meno di adottare convertitori di interfaccia , costosi e di non facile reperibili .
• da un punto di vista organizzativo , esistono bus SCSI a 8 bit (narrow = stretto) e a 16 bit (Wide = ampio) . In questo caso é possibile mescolare , con certe precauzioni , i dispositivi , anche se non particolarmente consigliato . Ovviamente la trasmissione a 16 bit , trattandosi di bit paralleli , ha una efficienza teoricamente doppia di quella a 8 bit
• dal punto di vista della velocitá , si parla di Fast SCSI e Ultra SCSI , nelle varie miscele possibili : Fast Wide Differential (FWD) , Fast Narrow Differential (FND) ,Ultra Wide (UW) , ecc.

Spesso non esistono barriere ben distinte tra una famiglia e l'altra ed i dispositivi possono operare a diverse velocitá o hanno a disposizione interfacce elettriche adattabili a varie situazioni .
Basta un poco di immaginazione per focalizzare a quale caos dia origine una tale varietà di prodotti !

Si possono dare , comunque , delle definizioni generali , che sono poi quelle usate comunemente (a proposito o no) : 

• SCSI-1 , che corrisponde allo standard stabilito nel 1986 . La modalitá di trasferimento é asincrona sia per dati che per comandi. Permette comunicazioni fino a 5MHz usando una connessione con dati a 8 bit , per un transfer rate effettivo di 5Mbytes/s . Il cavo standard é a 50 poli, con connettori a bassa densità, tipicamente simili al Centronics usato sulla porta delle stampanti parallele. SCSI-1 impiega sul bus driver open collector Single Ended (SE) in tecnologia bipolare ed usa tipicamente terminatori passivi, spesso integrati nei dispositivi ;  consente lunghezze limitate a qualche metro, con un massimo di 8 dispositivi collegati . 
• SCSI-2 specifica un nuovo set di comandi , introducendo un clock da 10MHz , il che porta a transfer rate di 10Mbyte/s e ad una maggior efficienza . Il documento ANSI X3.131-1994 descrive i connettori consigliati , le modalitá delle opzioni Fast e Wide , il formato dei messaggi e dei comandi. SCSI-2 é compatibile con i dispositivi SCSI-1 e puó impiegare connettori Centronics a bassa densità come SCSI-1 (cavo A) o connettori a 50 poli tipo mini (cavo B). L'interfaccia elettrica é principalmente di tipo single-ended open collector o active negation, con drive bipolari; viene specificata anche l'interfaccia HVD (High Voltage Differential = differenziale ad alta tensione) secondo EIA 485, che permette trasmissioni su distanze maggiori; i terminatori sono passivi o attivi .
• Fast e Wide SCSI-2 : Fast raggiunge un clock di 10MHz e Wide estende il numero di bit paralleli a 16 , portando il transfer rate a 20MB/s (10MHz x 2 bytes = 20MBytes/s) . Esistono soluzioni Fast e Wide singole oppure dispositivi che combina entrambe le opzioni . Dato il numero maggiore di linee necessarie , il cavo passa da 50 a 68 poli e richiede connettori diversi .Comunque ,  Wide SCSI permette di riconoscere i dispositivi sia a 8 che 16 bit , per cui é possibile installare unitá SCSI-1 con un adattatore da 68 a 50 pin .Anche per Fast Wide SCSI-2 sono disponibili soluzioni Single Ended e Differenziali .L'interfaccia differenziale garantisce le prestazioni maggiori , ma , trattandosi di sistemi HDV , il costo elevato ne ha limitato anche in questo caso la diffusione ai soli sistemi ad alte prestazioni .
• SCSI-3 é lo standard attualmente in uso sulla maggior parte dei dispositivi correnti. La documentazione di SCSI-III copre un ampio spettro di definizioni , sia per le interfacce che per i comandi , compresi particolari classi di dispositivi come CDROM o WORM .Lo standard formalizza l'implementazione della SPI (SCSI Parallel Interface) per il supporto fisico , SIP (SCSI Intelocked Protocol) per il protocollo di comunicazione tra i dispositivi sul bus , SAM( SCSI Architecture Model) per l'architettura generale dell'interfaccia , SPC (SCSI Primary Commands) per il set di comandi fondamentali e SBC( SCSI block Command) per il set di comandi specifico dei dischi, ma anche per molti altri tipi di dispositivi, come ad esempio le unitá di backup a nastro( Stream Commands for tape drives - SSC), gli array di dischi (Controller Commands for RAID arrays - SCC), per dispositivi multimediali (Multimedia Commands - MMC), per i juke box ( Media Changer Commands - MCC) e per i sistemi elettro meccanici di supporto e gli chassis dedicati (Enclosure Services commands - SES).
  Vengono integrati sistemi di trasmissione  dei dati particolari , come quello a fibre ottiche che consente transfer rate molto elevati su lunghe distanze con immunità ai disturbi virtualmente infinita . A questo proposito é opportuno indicare che , di per se , SCSI-III non introduce speciali prestazioni , ma queste derivano dal contemporaneo sviluppo tecnologico che permette di piú che raddoppiare il transfer rate degli standard precedenti . 
  Anche SCSI-III , quindi ,  da origine a sottoinsiemi che puntano su un aumento delle performances adottando soluzioni costruttive adeguate . In particolare Ad esempio , il clock  va a  20MHz (Fast SCSI 20 o Ultra SCSI) : questo significa , nel caso a 8 bit o Narrow , un transfer rate di 20Mbytes/s e di  40Mbytes/s nei sistemi Wide a 16 bit . La velocitá elevata riduce , peró , la possibilitá di comunicare su cavi di grande lunghezza , per cui lo standard base prevede 1.5 metri con 4 dispositivi e solo 0.5 metri con 7 dispositivi
  (va notato che il numero dei dispositivi collegati é in relazione inversa con la massima estensione del bus) .
• SCSI Parallel interface (SPI) definisce la connessione elettrica del bus parallelo SCSI. SCSI Interlock Protocol (SIP) definisce il set di comandi ed é incluso nelle versioni successive SPI-2 e SPI-3. SPI definisce anche il connettore P a 68 poli, ad alta demnsitá, usato sulle unitá wide, detto anche connettore SCSI-3. SPI include anche velocitá elevate e definisce le caratteristiche dei sistemi di terminazione attivi, in tecnologia CMOS, necessari per bus con alte frequenze. Il cavo A non viene piú considerato ed é obsoleto. 
• SPI-2 raddoppia la velocitá di Fast-20 o Ultra SCSI, portandola a Fast-40 o Ultra2 SCSI, con 40 megatransfers per secondo su bus narrow a 8 bit o 80 megabytes per secondo su bus wide a 16 bit con interfaccia low voltage differential, LVD. Interfacce Single Ended non possono usate oltre Fast-20.SPI-2 includere SIP, il Single Connector Attachment o SCA, con connettore a  80 pin per hot swap, oltre ai connettori a 68 pin detti Very High Density Connector (VHDCI), di dimensioni molto miniaturizzate.
  Il transfer rate é di 40MBytes/s per il Narrow Ultra2 SCSI e 80Mbytes/s per il Wide Ultra2 SCSI a 16 bit .
  ATTENZIONE : la nuova interfaccia differenziale a bassa tensione (LVD) NON é compatibile con il sistema HVD e NON é possibile collegare unitá di tipo diverso sullo stesso cavo . Puó essere , invece , possibile collegare unitá single-ended su un controller LVD , a patto che , riconosciuta l'interfaccia , esso si adegui automaticamente ; non sará possibile , peró , avere LVD ed SE attivi contemporaneamente sullo stesso cavo : o l'uno o l'altro !
• SPI-3 raddoppia ancora la velocitá a Fast-80DT o Ultra3 SCSI o Ultra160, con 80 megatransfers per secondo o  160 megabytes per secondo con interfaccia LVD. Ci sono alcune diversità dalle situazioni precedenti.
  - Fast-80DT é definito solo per bus wide bus
  - l'interfaccia HVD, SCAM ed il bus a 32 bit con cavo Q sono obsoleti
  - la modalitá 160 impiega sia il fronte di salita che quello di discesa del clock per sincronizzare i trasferimenti
  - viene definito un Cyclic Redundancy Check (CRC) per la correzione degli errori
  - viene definito un Domain Validation nei comandi pacchettizzati SDV-TR, con messaggi e Quick arbitration
  Queste ultime voci diventano necessarie per assicurare la correttezza dei dati trasmessi alle alte velocitá a cui lavora il bus
• SPI-4 raddoppia ulteriormente la velocitá, portando a Fast-160DT o Ultra320 SCSI, con 160 megatransfers per secondo su wide bus differenziale a 320 megabytes per secondo.

Quasi tutti i dispositivi LVD possono operare in modo SE , sia automaticamente che forzando la modalitá con opportuni jumper . Inoltre i controller delle ultime generazioni dispongono di piú canali che possono supportare in modo automatico le  modalitá LVD e SE , oltre alla presenza di una porta SCSI a 50 poli per le unitá SCS-1 e -2 .

Esistono anche soluzioni SCSI che impiegano un diverso mezzo di trasmissione . Come giá accennato , il piú importante é Fiber Channel , che permette  transfer rate di 100Mb/s usando cavi in rame fino a 15 m o fino a 2 km con conduttori a fibra ottica (in cui la trasmissione avviene in modo seriale) . Il costo é elevato , ma i parametri piú importanti per la scelta sono la velocitá molto alta (teoricamente anche 1Gb/s !) e l'assoluta immunità ai disturbi ottenibile solo con un mezzo completamente isolato dai disturbi elettromagnetici come é la fibra ottica , che trasferisce l'informazione modulando un raggio di luce e non una corrente elettrica . Da notare che sulla fibra ottica il passaggio dei dati é di tipo seriale .

Per il futuro , SCSI-640, giá in cantiere e probabilmente in consegna prima di fine anno 2001, promette un ulteriore aumento delle prestazioni. Anche per questo nuovo step dell'interfaccia é garantita la compatibilitá all'indietro con i dispositivi delle famiglie precedenti .

I quattro elementi
Cosa distingue le varie famiglie SCSI ? Gli elementi principali sono quattro : ampiezza di banda (bandwidth) , tipo di interfaccia fisica , velocitá , tipo dei connettori .

Ampiezza di banda (bandwidth) : quanti bit sono trasferiti sul bus nell'unitá di tempo . SCSI attualmente dispone di due alternative : narrow a 8bit o wide a 16 bit . Il numero di bit definisce anche quante unitá possono essere collegate ad un bus ed il numero dei conduttori del cavo di collegamento

Interfaccia : la trasmissione puó essere effettuata utilizzando diverse tecnologie . SCSI impiega Single-ended, Differential (High Voltage Differential), LVD (Low Voltage Differential) . Ogni interfaccia richiede specifici circuiti integrati di pilotaggio ed ha proprie caratteristiche .Vediamo qualche dettaglio in piú .

• Single-ended o SE : é l'interfaccia SCSI  piú comune . Single-ended (letteralmente singola terminazione) impiega un conduttore per ogni segnale , assieme ad uno comune per il ritorno . É un sistema economico , sviluppato da tempo e ben consolidato ; per contro , la semplicità dell'interfaccia limita la lunghezza dei cavi ed il numero dei dispositivi che si possono collegare contemporaneamente su un bus senza ridurne l'affidabilità .
  Il segnale varia tra 0 e +5 volt , a livello quindi TTL , il che non permette grandi estensioni del cavo . Il terminatore , che stabilizza l'impedenza dei conduttori , é assolutamente indispensabile . Tra segnali (dati e controlli) e linee di ritorno comune , l'interfaccia impiega parecchi conduttori , minimo 25, standard 50, su lunghezze tipiche non superiori a 3 metri , anche se , con cura particolare , si puó arrivare piú in là .
  Fast SCSI raggiunge i 10Mbytes/s , mentre Fast-20 (Ultra SCSI) e Fast-40 arrivano a 20 e 40 Mbytes/s , anche se la lunghezza del cavo si riduce a 1,5m e 0.75 m rispettivamente .
• Differenziale , che puó anche essere chiamata HVD-High Voltage Differential (differenziale ad alta tensione) , risolve i problemi del single-ended separando la massa comune dai segnali che impiegano due conduttori ciascuno . Possono essere impiegati cavi di lunghezza maggiore , con un numero maggiore di dispositivi collegati in modo affidabile e diventa possibile una trasmissione a velocitá maggiori grazie alla riduzione del rumore e delle interferenze . per contro , si tratta di un sistema piú complesso e costoso .
  La lunghezza dei cavi puó arrivare anche a 25 metri , permettendo il collegamento con molti dispositivi esterni al PC , ideale per server e workstation accoppiate con array di dischi o juke box .
• LVD-Low Voltage Differential ovvero differenziale a bassa tensione : é la piú recente tecnologia per le interfacce SCSI e sta rapidamente diventando lo standard de facto nei dischi ad alte prestazioni . Questa interfaccia é simile ad HVD , ma meno costosa ed in grado di supportare anche unitá con interfaccia SE .
  Una unitá dichiarata Ultra2Wide é attrezzata con interfaccia LVD ; non é detto , peró , che un dispositivo con interfaccia LVD sia automaticamente U2W .

Per chiarire maggiormente la differenza tra  SCSI "normale" e SCSI differenziale si puó dire che , per ogni segnale , sul bus parallelo é richiesto almeno un conduttore ; su questo filo fisico passano le correnti che costituiscono il segnale logico (dati , comandi, controlli , ecc.) . Una massa comune sará indispensabile per il ritorno di queste correnti .
La struttura "normale" o single-ended dispone di un conduttore per ogni segnale e di una massa comune che, nelle versioni piú raffinate , é suddivisa in un conduttore affianca o si avvolge (Twisted) con quello del segnale , schermandolo e mantenendone piú costante possibile l'impedenza .
Se sulla linea si verificano disadattamenti di impedenza , disturbi indotti elettromagneticamente ed ogni altro genere di rumore elettrico , il segnale ricevuto sará diverso da quello trasmesso ; se il livello dei disturbi diventa troppo elevato , il segnale arriva cosí deformato da non essere piú riconoscibile .
Nella soluzione differenziale , allo scopo di ridurre al minimo i disturbi elettromagnetici , la trasmissione di un segnale é realizzata non con una , ma con due correnti che circolano su due fili distinti ; il ricevitore effettua la "differenza" dei segnali e scarta quello che risulta , ovvero l'eventuale disturbo che vi si é sovrapposto .
Questo consente maggiori velocitá e/o maggiori lunghezze di cavo . 
Quasi tutte le piú recenti unitá SCSI (controller e dischi) possono operare sia in modo SE che LVD, commutando automaticamente la loro interfaccia a seconda dell'ambiente di installazione. La differenziazione tra SE e LVD é stabilita da un pin dell'interfaccia wide detto DIFFSENS (Differential Sensor, ovvero sensore del modo differenziale ); il livello elettrico di questo pin individua la modalitá di funzionamento del bus, secondo la seguente tabella :

Il pin DIFFSENS é il 16 nell'interfaccia a 68 poli e il 46 nella SCA a 80 poli.

Velocitá : a che velocitá avviene il trasferimento dei dati . Questo parametro é legato a quelli precedenti : la velocitá di trasmissione é uno dei fattori , assieme all'affidabilità , su cui si é lavorato piú intensamente , generando una serie di famiglie con caratteristiche via via migliori . Si possono distinguere le seguenti variazioni :

Dal tipo di interfaccia e dal carico applicato (ovvero dai numero dei dispositivi collegati) si determina un limite massimo per la lunghezza dei cavi di connessione . La lunghezza massima del bus é relativa anche alla qualitá dei componenti impiegati (cavi, connettori, adattatori) é puó anche essere maggiore adottando cure particolari nella scelta della topologia e dei materiali.
Da osservare che dopo Ultra2, le definizioni riguardano solo dispositivi Wide, a 16 bit, e con modalitá SE o LVD, che diventano lo standard corrente per i dischi rigidi SCSI.

Possono esistere dispositivi con diverse combinazioni di questi quattro elementi , il che rende il mondo SCSI bello e vario ....

[continua]

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Aggiornato il 07/07/00.