SCSI 总线和协议

I/O 技术实现在计算机和存储设备之间的数据交换。实现从CPU 到存储系统的I/O通路的一个中间就是SCSI(Small Computer System Interface).

一. I/O 通路

在计算机中，一个或多个CPU 处理在CPU缓存或主存储器（RAM：Random Access Memory）中的数据。 CPU缓存或主存储器是非常快的器件，但是断电就不能保存，价钱也比较昂贵。 所以数据还需要放在存储设备上。

通常，数据从主存储器（RAM）通过系统总线，主机I/O 总线 和 I/O 总线移动到磁盘或者磁带等存储设备。

1.1 系统总线

在计算机的核心部分，系统总线保证数据在CPU和主存储器之间进行快速的传递。 系统总线必须使用非常高的时钟频率，使得它能够足够快的给CPU 提供数据。 该总线的实现采用在主电路板上印制导线的形式。 出于物理性能的原因，高的系统速度需要短的印制导线。 因此，系统总线应该尽可能的短一些，并且只能连接CPU和主存储器。

1.2 主机I/O 总线

在现在计算机中，为了释放CPU 的应用处理负担，人们把尽可能多的任务移到诸如图像处理器这样的特别的处理器中。 由于上述物理上的限制条件，这些器件不可以连接到系统总线。 因此大多数计算机都实现了称作主机I/O总线的第二个总线。 桥接芯片提供在系统总线和主机I/O总线之间的连接。 PCI（Peripheral Component Interconnection:外围互联设备）是当前最广泛使用的实现主机I/O 总线的技术。

1.3 I/O 总线

设备驱动器负责控制外围设备以及与外围设备的通信。针对存储设备的设备驱动器部分以软件形式存在，该软件由CPU处理。由于跟存储设备通信的部分设备驱动器几乎总是以固件的形式实现，该固件由特别的处理器（ASIC:Application Specific Integration Circuit）处理。 当前这些ASIC 有的集成到主电路板（如SCSI 控制器），也有的通过附加的PCI卡连接到主板。 这些附加的卡通常被称作控制器。 存储设备通过主机总线适配器（HBA:Host Bus Adapter）或者通过在板上的控制器连接到服务器。 在控制器和外围设备之间的通信连接叫作I/O总线。

当前用户I/O 总线的最重要的技术是SCSI 和光纤通道。 SCSI 定义了一种总线，该总线能够连接16个设备（包括服务器和存储设备）。 在另一方面，光纤通道定义存储网络的不同拓扑结构，该存储网络可以连接数百万个设备（包括服务器和存储设备）。 作为替代光纤通道的其他选择，工业界正在使用TCP/IP 和以太网（IP存储）实现存储网络。 注意的是，这些新技术都是继续使用SCSI 协议在设备间通信。

二. 并行SCSI 总线

把磁盘和磁带设备连接到应用服务器或文件服务器，最常用的方法就是通过传统的SCSI总线。尽管SCSI主要是一个块协议，但这个术语也被用来指称运行该协议的并行线缆机制。

最初的SCSI物理层传输介质是一种并行电缆，由8根数据线和一些控制线构成。在每个发送时钟里传输8位数据，传输速率相对说来是比较高的；但是由于电气方面的问题，使得多数SCSI设备所允许的传输距离被限制在15-25m左右。随着时间的推移，SCSI并行总线的性能一直在提高，并通过提供更多的数据通路(例如采用16位数据线和32位数据线)和更快的时钟，得到了更大的带宽。

并行总线存在的一个问题是飘移现象。如果把一组并行的多位数据同时发出，每条数据线上的传输延迟会出现差异，导致各个位不会在精确的同一时间到达目的地。所谓飘移指的是一个时间窗口，所有的数据位在这段分布的时间内都能到达目的地。各个传输线上传输延迟的差别越大，飘移窗口也就越大。根据传输线理论，总线中每条线路的传输阻抗(包括容抗和感抗)跟它所处的位置有关，因此，传输延迟是位线所处的物理位置的函数。对于给定长度的线缆，要想增加时钟频率，就必须减小飘移窗口，从而最小化线路间的传输延迟差。显然在高频条件下，电缆越长，飘移窗口越大。

SCSI规范的第1个版本发布于1986年。自那时以来，它被广泛应用于服务器和高档PC中，其速率由最初的4MBps发展到现在的320MBps，而且还在提高着。

作为一种介质，SCSI定义了一个并行总线，用于数据传输和通信控制。总线本身可以是印制导线的形式，也可以是一根电缆。外部SCSI设备使用电缆以菊花链的形式连接到服务器上的控制器。在菊花链中，每个设备都跟其他设备串接。由于这个原因，外部SCSI设备典型地都有两个SCSI连接器，可以分别连接到链中的前一个设备和后一个设备。现在的一个SCSI总线可以连接多至16个设备。其中包括1个SCSI控制器和15个存储装置。

2.1 SCSI 类型

SCSI有三个基本规范：

SCSI-1：SCSI-1是在1986年开发的原