| SCSI | |||||
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Small Computer System Interface, SCSI umgangssprachlich auch Skasi ('scuzzy') genannt. Small Computer System Interface ist wie IDE (Integrated Device Electronics) ein Standard für eine Schnittstelle, die hauptsächlich bei Festplatten Verwendung findet, allerdings ein sichereres Übertragungsprotokoll bietet. Zudem erlaubt diese Schnittstelle auch den Anschluss anderer Geräte als Festplatten, z.B. Drucker, Bandgeräte, Scanner und optische Laufwerke. Es lassen sich maximal 8 bzw. 16 Geräte ansteuern. SCSI ist ähnlich 'intelligent' wie IDE (parallel ATA) sowie gepuffert und basiert auf einer Peer-to-Peer Schnittstelle. Die physische Datenschicht wird abstrahiert. Es werden Hand-Shake Signale zwischen den SCSI-Einheiten verwendet, bei SCSI-1 und SCSI-2 besteht die Möglickeit einer Paritätsfehlerüberprüfung. Ab SCSI-160 erfolgt eine zyklische Redundanzprüfung mit CRC32 sowie eine Domain-Validierung. Im SCSI-Protokoll ist eine Host zu Host Kommunikation, Host zu Peripherie-Einheit Kommunikation und eine Peripherie-Einheit zu Peripherie-Einheit Kommunikation vorgesehen. Die meisten SCSI-Einheiten sind jedoch SCSI-Targets, welche nicht selber als SCSI-Initiatoren handeln können und damit keine SCSI-Aktionen starten können. Grundsätzlich ist es möglich, daß ein SCSI-Peripherie Gerät als SCSI-Initiator handelt. SCSI verfügt über einen auf den Laufwerken integrierten Controller, ist jedoch nach einem anderen Konzept als IDE aufgebaut. SCSI wird über einen SCSI-Host-Adapter an den Systembus angeschlossen. SCSI ist nicht auf einen PC-Systembus wie ISA, EISA oder PCI beschränkt, da es auch Host-Adapter für Apple (Nubus) oder Sun (SBus) gibt. SCSI verfügt ursprünglich über 8-Bit und ein SCSI-Protokoll, wobei der Host-Adapter als SCSI-Einheit ein Bit belegt. Die Busbreite variiert von 8 Bit (SCSI-1, SCSI-2, Differential SCSI, Ultra SCSI und Ultra-2 SCSI) bis 16 Bit (Wide SCSI, Ultra Wide SCSI, Ultra2 Wide SCSI, Ultra-160 SCSI und Ultra-320 SCSI). Der Datenaustausch kann zwischen 2 SCSI-Einheiten ohne die CPU erfolgen, oder zwischen Host-Adapter und Festplatte. Einer SCSI-Einheit ist eine Adresse zugeordnet. Diese ist über einen Jumper oder einen DIP-Schalter (Dual In-line Package) eingestellt. Der Host-Adapter belegt i.d.R. die Adresse Nr. 7 (einstellbar im SCSI-BIOS-Setup). Bei der 1-Byte-wertigen Adresse entspricht Bit 0 der Adresse SCSI ID 7 und Bit 7 der Adresse SCSI ID 0. Die Konfiguration der SCSI-Einheiten beinhaltet neben der Identifikation durch die ID-Nummer auch die Priorität der SCSI-Geräte. Davon zu unterscheiden ist die LUN (Logical Unit Number). Eine LUN wird von einem SCSI-Controller angesteuert, z.B. bei Verwaltung mehrerer Laufwerke in einem RAID-System. Der RAID-Controller stellt dann die Verbindung zum SCSI-Bus her. Da einem sochen RAID-Controller mehrere Laufwerke zugeordnet sind, werden diese durch die LUN unterschieden. Die LUN ist zusätzlich zur ID-Nummer konfiguriert. Um die Konfiguration zu vereinfachen und automatisieren wird SCAM (SCSI Configured Automatically) eingesetzt, daß sich jedoch in der Praxis nicht hat durchsetzen können. Ein SCSI-Strang muss mit exakt 2 Terminatoren (ein Terminator für jedes physikalische Leitungsende) abgeschlossen werden. Auf der Seite des HBA besteht meist die Möglichkeit, eine Seite des Busses mit einem Steckterminator zu terminieren. Am besten verwendet man aktive Terminatoren statt passive. Aktive Terminatoren sind bei LVD-Bussen (Low Voltage Differential) notwendig. SCSI-Einheiten werden über ein 50-poliges Flachbandkabel mit 50-poligen Steckern angebunden Ab Ultra Wide SCSI gibt es 68-polige Kabel (auch bei Ultra2 Wide SCSI, Ultra-160 SCSI und Ultra-320 SCSI). Grundsätzlich möglich ist auch ein Kabel mit 25 gedrillten Leitungspaaren. Dabei muss eine Masseleitung stets um die Signalleitung gewickelt sein. Der SCSI-Controller befindet sich auf der SCSI-Einheit, die über einen Host-Bus-Adapter (HBA) an den System-Bus angeschlossen ist. Der HBA befindet sich entweder auf dem Mainboard oder wird über eine SCSI-Karte eingesteckt. Parallele SCSI-Schnittstellen SCSI-1 (narrow SCSI), Fast SCSI, Wide SCSI, Fast Wide SCSI, SCSI-2, Ultra-SCSI, SCSI-3, Ultra-2 SCSI, Ultra2 Wide SCSI, Ultra-160 SCSI (Ultra3 SCSI), Ultra-320 SCSI Serielle SCSI Schnittstellen SAS (Serial Attached SCSI), SSA (Serial Storage Architecture), SSA 40, FC-AL 1 Gb (Fibre Channel Arbitrated Loop), FC-AL 2Gb, FC-AL 4Gb, iSCSI (internet SCSI, 'eye-scuzzy'): die Netzwerklösung welche TCP als Übertragungsprotokoll verwendet. SCSI-Standards SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3 SPI (SCSI Parallel Interface), SPI-2, SPI-3, SPI-4. SCSI-Protokoll Das SCSI-Protokoll stellt eine parallele Schnittstelle zur Verfügung zwischen den angeschlossenen SCSI-Einheiten (Peripherie) und dem Bus. In der SCSI-Terminologie erfolgt die Kommunikation zwischen dem SCSI-Initiator und dem SCSI-Target, wobei der SCSI-Initiator Befehle an das Target sendet, welches dann antwortet. Befehle werden über einen Command Descriptor Block (CDB) gesendet. Der CDB besteht aus einem 1-Byte Befehlscode sowie einigen Kommandozeilenparametern. SCSI-Protokolle flossen in die umfassende SCSI-3 Spezifikation ein, und wurden weiterentwickelt zu SAS (Serial Attached SCSI). SAS bietet eine serielle Schnitstelle (serial SCSI) und damit Geschwindigkeitsvorteile, Hot-Swapping-Fähigkeit und bessere Fehlerisolierung. SAS löste Ultra-320 SCSI ab, welches auch aus diesem Grund nicht mehr zu Ultra-640 weiterentwickelt wurde. Das SCSI-Protokoll verfügt über eine große Anzahl, auch von der SCSI-Technologie grundsätzlich unabhängiger Spezifikationen, wie einen eigenen Befehlssatz oder physikalische Beschaffenheiten der Bustechnologie und der Signalsteuerung. SCSI-Kommandos wurden daher auch von anderen Übertragungstechnologien wie Fibre Channel, InfiniBand, iSCSI, ATAPI, FireWire, Serial Storage Architecture, SAS oder USB adaptiert. |
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| Siehe auch: SCSI-Standard Alan-Shugart SCSI-Geschichte SCSI-3-Architektur Serial-Attached-SCSI S-ATA Host-Bus-Adapter RAID Festplatte Adaptive-Active-Filtering | |||||
| Festplatte | |||||
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Eine Festplatte (englisch: Hard Disk Drive, HDD) ist eines der wichtigsten magnetischen Speichermedien eines Computers. Auf der Festplatte wird das Betriebssystem und alle Programme installiert. Innerhalb des Gehäuses der Festplatte befinden sich auf einer Achse mehrere Scheiben, die beidseitig magnetisiert sind. Weiterhin sind da mehrere Schreib-Lese-Köpfe, welche für die Lese- und Schreibvorgänge der Daten zuständig sind. Die heute üblicherweise bei Desktop PCs und Servern verwendeten Festplatten haben eine Grösse von 3,5 Zoll. In Notebooks werden 2,5" Platten verbaut. Die Speicherkapazität bei 3,5" SATA Platten liegt bei 2000 GB (2 TB), bei 2,5" SATA Platten bei 750 GB (Stand 2. Quartal 2010). Zu einem RAID zusammen geschlossen kann man auch ein Vielfaches von 2 TB erzielen. Im Labor sind schon grössere Festplattenkapazitäten erzeugt worden: 3 - 5 TB. Schnittstellen von Festplatten: IDE, parallel ATA (EIDE), SCSI, SAS, Fibre Channel, S-ATA Festplatten sind mit dem Computer über eine Schnittstelle verbunden. Dazu verfügen sie über eine Controller Elektronik. Das ist üblicherweise IDE (Integrated Device Electronics) oder ATA (Advanced Technology Attachment), Enhanced-IDE (EIDE oder ATA-2), S-ATA (Serial Advanced Technology Attachment), S-ATA II oder SCSI (Small Computer System Interface: auch Ultra-SCSI, Ultra-320 SCSI, SCAM (SCSI Configured Automatically), SAS (Serial Attached SCSI)). IDE Platten rotieren mit Geschwindigkeiten von 5.400, 7.500 oder 10.000 Umdrehungen pro Minute (U/m). SCSI Platten rotieren mit 10.000-15.000 U/m, 2,5" Platten mit 4.200 -7200 U/m. Mehrere Festplatten können auch im Verbund laufen: RAID-Systeme können redundante Datenstrukturen aufbauen, die Ausfallsicherheit und Transferrate erhöhen oder grössere logische Laufwerke aufbauen. Es gibt mehrere RAID-Level. Man kann Festplatten auch über ein Fibre-Channel Interface anschliessen. Die Festplatte wird dann über einen Fibre-Channel-Controller, einen Fibre-Channel Hub oder einen Fibre-Channel-Switch gesteuert. Von der Industrie wurde der Begriff P-ATA (Parallel ATA) eingeführt um S-ATA von den Standards ATA (ATA I - III), ATA/ATAPI 4-7, ATA-8, ACS-2 und EIDE abzugrenzen. ATA/ATAPI (ATA with Packet Interface) stellt eine Ausbaustufe des ATA Protokolls dar. Bei ATAPI wurde ATA ausgebaut um SCSI-Befehle durch den Packet-Befehl des ATA-Protokolls ausführen zu können. Der ATA-Standard wurde durch das T13 Technical Committee des International Committee for Information Technology Standards (INCITS) entwickelt. Normiert wurde er durch die ANSI. Bei dem ATA-Stecker handelt es sich um einen 40-poligen, zweireihigen Stecker mit einem Pinabstand von 2,54 mm. Die modernen ATAPI-5-Kabel mit 80-Adern besitzen farbige Kennzeichnungen: Blau für Controller/PC, Grau für Device 1 (Slave), IDE 1 sowie Schwarz für Device 0 (Master) IDE 0. Funktionsweise von Festplatten Die Daten werden auf rotierenden Magnetscheiben, meist Aluminium-Legierungen, gespeichert. Der Schreib/Lesekopf (Magnetkopf) befindet sich nur wenige Mikrometer über der Oberfläche der Magnetscheibe. Bei moderneren Festplatten beträgt dieser Abstand nur 20 Nanometer, bei Festplatten mit Perpendicular-Recording-Technik sogar nur 10 Nanometer. Der Magnetkopf schwebt auch (Bodeneffekt) aufgrund des Luftpolsters, das durch Reibung der Luft an der rotierenden Scheibenoberfläche erzeugt wird, über der Magnetscheibe. Heute setzt man MR-Leseköpfe (magnetoresistiver Effekt) oder GMR-Leseköpfe (Riesenmagnetowiderstand, Spintronik) ein. Der Schreib/Lesekopf wird von dem Aktuator bogenförmig geführt. Je nach Kapazität werden Ober- und Unterseite der Magnetscheibe zur Speicherung verwendet. Pro Scheibe sind dann zwei Magnetköpfe erforderlich. Die Grundeinheit der Magnetscheibe ist der Sektor mit 512, 1024 oder 4096 Bytes. Sektoren sind in konzentrischen Datenkreisen angeordnet. Diese Kreise sind von aussen nach innen mit Zahlen versehen und bilden so die Spuren. Als Spur 0 bezeichnet man den äusseren Kreis der Magnetplatte. Die Spuren wiederum sind in Sektoren aufgeteilt. Das Lesen eines Sektors erfolgt, indem der Magnetkopf in der Spur positioniert wird und abwartet, bis der entsprechende Sektor unter ihm auftaucht. Da man heute mehrere Magnetscheiben übereinander verwendet und beide Oberflächen einsetzt, befinden sich Spuren mit derselben Nummerierung stets übereinander. Darum bezeichnet man diese als Zylinder, so dass durch Angabe der Sektornummer, Zylindernummer bzw. Spur- und Kopfnummer der jeweiligen Plattenoberfläche ein Sektor eindeutig identifizierbar ist. Ein Sektor besteht aus einem Header und einem Datenfeld. Im Header befindet sich ein Datenseparator der über Informationen des Kodierverfahren verfügt. Weiterhin befinden sich dort die Zylinderkopf- und Sektornummern. Technische Merkmale Die Aluminium-Legierungen der Magnetscheiben sind oberflächenbehandelt und verfügen neben einer dünnen Magnetschicht über eine Eisen- und Kobaltschicht von einem Mikrometer. Die Magnetscheiben müssen Belastungen aushalten können und über eine geringe elektrische Leitfähigkeit verfügen. Moderne HDDs werden, um eine höhere Datendichte zu erreichen, besputtert mit einem entsprechenden Material wie z.B. einer Kobalt-Chrom-Platin-Legierung. Um die Magnetscheibe vor mechanischen Schäden zu bewahren, kann man die magnetische Schicht mit einer harten Kohlenstoffschicht (carbon overcoat) überziehen. Vor dem Schreiben werden die Daten kodiert nach verschiedenen Vefahren: Group-Coded Recording (GCR), Modified Frequency Modulation (MFM), Run Length Limited (RLL) oder nach moderneren Verfahren wie Partial Response/Maximum Likelihood (PRML) oder Extended PRML. Heutige Festplatten verfügen über Perpendicular Recording: die magnetischen Dipolmomente, die i.V.m. der Kodierung wie PRML ein logisches Bit darstellen, stehen nicht parallel zur Rotationsrichtung sondern senkrecht (perpendicular). Die Datendichte erhöht sich. |
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| Siehe auch: ATA ATAPI S-ATA S-ATA-II SCSI Fibre-Channel NCQ Extended-Partial-Response-Maximum-Likelihood NAS RAID | |||||
| SCSI-Geschichte | |||||
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Vorläufer von SCSI war SASI (Shugart Associates System Interface) das heute SCSI-1 (Narrow-SCSI) heisst und 1986 von der ANSI als SCSI-Spezifikation X3.131-1986 standardisiert wurde. Alan Shugart bei IBM, 8-Zoll-Diskette In den späten 60ern arbeitete Alan Shugart bei IBM in San José, Kalifornien. Er war dort maßgeblich an der Entwicklung der 8-Zoll Diskette beteiligt. Shugart stieg bei IBM schnell auf und wechselte 1969 von IBM San José zu dem IBM Hauptsitz in Harrison, NY und wurde Director of Engineering. Memorex und Shugart Associates Sehr kurz darauf wurde er von Memorex abgeworben, was ihm auch ermöglichte wieder nach Kalifornien zu gehen. Shugart war so einflussreich, daß ca. 200 (!) IBM Ingenieure ihm zu Memorex folgten. Dort wurde 1971 dann die Entwicklung der 800kB 8-Zoll-Diskette fertiggestellt. Bis 1972 sammelte er einiges Venture Capital um dann 1973 Shugart Associates zu gründen. Jedoch war das Seed Capital nach 2 Jahren aufgebraucht, ohne daß man Erfolge vorweisen konnte. Angeblich wurde Shugart von dem Management der Venture Capital Firma gefeuert. 1976 entwickelte ein Shugart Ingenieur im Shugart Lab nach einem Kundengespräch ein 5,25 Zoll MiniFloppy-Drive in der Grösse einer Serviette. Es wurde vermarktet als das 100kb SA-400. Das SA-400 verkaufte sich 4000 mal am Tag und wurde von Matsushita in Japan gefertigt. Shugart Associates wurde später von Xerox übernommen. Shugart Technology und SASI Alan Shugart gründete 1979 mit Finnis Conner Shugart Technology welche den SASI-Standard einführte. Dieser entspricht SCSI-1 (Narrow SCSI). Ein SASI-Controller stellt eine Brücke zwischen der Low-Level Schnittstelle einer Festplatte und einem Host-Computer zur Verfügung. Der Host-Computer kann die Daten dann in Form von Blöcken auslesen. Die SASI-Schnittstelle nutzte einen 50-pin Flachbandkabel-Stecker. Dieses Design wurde vom SCSI-1-Stecker übernommen. SASI ist eine voll kompatible Teilmenge von SCSI-1, so daß SASI-Controller kompatibel zu SCSI-1 sind. SASI wurde 1973 oder 1974 von den Shugart Ingenieuren entwickelt, von denen einige später Shugart verliessen (u.a. Larry Boucher) um 1981 den Host Adapter Hersteller Adaptec zu gründen. Angeblich war Shugart nicht bereit, SASI bei der SA-1000 einzuführen. Larry Boucher gilt als der maßgebende Entwickler von SASI und SCSI durch seine Arbeit bei Shugart Associates und Adaptec. 1982 wurde SASI durch die ANSI standardisiert und musste umbenannt werden, da im Standardisierungsprozess keine Firmennamen verwendet werden dürfen. So wurde aus SASI die Bezeichnung Small Computer System Interface, da SASI hauptsächlich für den Kleinrechnermarkt konzipiert war. Boucher sprach SCSI gerne als 'sexy' aus, woraus dann Dal Allan von ENDL 'scuzzy' machte. SASI wurde von der NCR Corporation (National Cash Register), Adaptec und Optimem unterstützt, was dieser Technologie den Durchbruch brachte. Bei der NCR Niederlassung in Wichita, Kansas, wurde der erste SCSI-Chip entwickelt. Seagate Technology Shugart Technology firmierte später in Seagate Technology um und wurde der Weltmarktführer in der Herstellung von Festplatten und abgeleiteten Technologien. |
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| Siehe auch: Alan-Shugart SCSI SCSI-Standard Adaptive-Active-Filtering ATA S-ATA Diskettenlaufwerk IBM SCSI-3-Architektur | |||||