Die Abkürzung SCSI steht für Small Computer System Interface. Hierbei handelt es sich um eine intelligente Input/Output Computerschnittstelle. Diese Schnittstelle ist für den Anschluss von Festplatten, Bandlaufwerken (DAT, MO und ZIP/JAZ), CD-ROMs, Worms und Scannern vorgesehen. Die Vorgaben waren: hohe Datenübertragungsraten, Flexibilität und einfache Konfiguration sowie die Möglichkeit mehr als ein Gerät an das SCSI Interface anschliessen zu können. Durch diese Vorgaben musste bei den anzuschliessenden Geräten viel Intelligenz (Steuerungselektronik) vorhanden sein. SCSI ist keine Schnittstelle im klassischen Sinn, wie seriell oder parallel, SCSI ist ein Peripheriebus über den der Host Adapter mit dem Laufwerk kommuniziert. Im Laufe der Jahre wurde SCSI ständig weiterentwickelt und den aktuellen Bedürfnissen angepasst. Deshalb gibt es momentan SCSI 1, SCSI 2 und SCSI 3 Produkte, wie Laufwerke, Kabel, Adapter und Terminatoren. Die verschiedenen SCSI Klassifizierungen sind untereinander kompatibel d.h., dass Geräte verschiedener Klassifizierung an einem Bus gemischt werden können. Durch die vielen verschiedenen Kabel, Adapter, Terminatoren und Klassifizierungen ist es jedoch nicht immer einfach, die passenden Produkte zu finden.
SCSI 1 unterstützt primär nur Festplatten und Bandlaufwerke. Der SCSI 1 Bus ist 8 Bit breit (NARROW) und arbeitet mit einer Datentransferrate von 5 MByte/sec. Es können bis zu 7 Laufwerke an den Bus angeschlossen werden.
Diese Normung beinhaltet wesentliche Verbesserungen im Vergleich zu SCSI 1. Dem bestehenden Kommandosatz wurden einige Kommandos zugefügt, die den Einsatz von Festplatten, Bandlaufwerken, CD-ROMs, Scannern etc. entweder optimierten oder überhaupt ermöglichen. Dabei gelang das Kunststück diese so zu integrieren, dass die Kompatibilität zu SCSI 1 gewährleistet blieb und Geräte mit und ohne Erweiterungen an einem Bus betrieben wenden können. Des Weiteren wurde FAST SCSI (ULTRA) eingeführt, die Taktrate des Busses wird erhöht und somit eine Datentransferrate bei 8 Bit von 10 MByte/sec. erreicht. Ebenfalls neu ist WIDE SCSI, dabei wird der Bus von 8 auf 16 Bit erweitert. Bei der Kombination von FAST und WIDE SCSI erhöht sich der Datentransfer auf max. 20 MByte/sec. Fälschlicherweise wird WIDE SCSI mit 16 Bit Bus als SCSI 3 Norm bezeichnet, entspricht jedoch SCSI 2.
SCSI 3 ist der Tradition folgend kompatibel zu SCSI 2. Mit SCSI 3 wurde FAST-20 SCSI (ULTRA2) eingeführt, die Taktrate des Busses wird erhöht und somit bei 8 Bit eine Datentransferrate von 20 MByte/sec. erreicht. WIDE SCSI wurde von 16 auf 32 Bit erhöht. Bei der Kombination von FAST-20 und WIDE SCSI mit 16 Bit erhöht sich der Datentransfer auf bis zu 40 MByte/sec. bei 32 Bit auf bis zu 80 MByte/sec.
Übersicht der SCSI Klassen
Der SCSI Bus kann zwischen 8 und 32 Bit Breite variieren. Im Grundaufbau mit 8 Bit (NARROW) passen alle Signale auf ein 50-poliges Kabel. Bei SCSI 2 kommt der 16 Bit (WIDE) Bus zum Tragen, hierbei wird ein zweites zusätzliches Kabel (B-Kabel) benötigt. Voraussetzung dafür ist, dass die Geräte über einen zweiten Anschluss für die Unterstützung von WIDE SCSI verfügen. Diese in SCSI 2 eingeführte Verkabelung mit einem zusätzlichen B-Kabel hat sich aber nie durchgesetzt. Mit SCSI 3 wurden die 68poligen P- und Q-Kabel eingeführt, diese ermöglichen 16/32 Bit WIDE SCSI auf einem einzigen Kabel. WIDE SCSI ist immer mehr auf dem Vormarsch. Der Vorteil ist, dass bei gleicher Taktrate doppelt so viele Daten übertragen werden können wie bei NARROW SCSI.
Die kompletten Übertragungen auf dem SCSI Bus erfolgen zunächst grundsätzlich asynchron. In dieser Betriebsart ist die Taktrate auf 3 MHz begrenzt. Des weiteren gibt es die synchrone Übertragung die bei SCSI 1 bei 5 MHz liegt und unter SCSI 2 mit bis zu 10 MHz (FAST) Taktrate arbeitet. SCSI 3 arbeitet hingegen mit bis zu 20 MHz Taktrate (FAST-20) dies erfordert jedoch Einschränkungen bei der max. Kabellänge. Die SCSI Geräte handeln untereinander aus mit welcher Taktrate der synchrone Datentransfer stattfindet. Deshalb können SCSI 1, SCSI 2 und SCSI 3 Geräte am gleichen Bus, gemischt betrieben werden.
Bei NARROW werden die Daten auf einem 8 Bit Bus übertragen. Die maximal erreichbare Datentransferrate bei NARROW SCSI liegt bei max. 5 MByte/sec. Die A- und B- Kabel entsprechen NARROW SCSI.
WIDE SCSI wurde mit SCSI 2 eingeführt. Die Daten werden in einem 16 oder 32 Bit Bus verarbeitet. Dazu sind allerdings 29 weitere Signalleitungen nötig. 16 Bit SCSI passt auf das mit SCSI 3 definierte P-Kabel. Für 32 Bit SCSI ist das Q-Kabel vorgesehen.
Können an einem Bus gemischt werden. Hierbei müssen aber die 50 und 68poligen Kabel verbunden werden. In diesem Fall müssen die entsprechenden Pins miteinander verbunden und die überzähligen Leitungen (die hohen 8 Bit) terminiert werden. Hierzu sind Adapter mit integriertem Terminator erhältlich, die diese Terminierung vornehmen. Das P-Kabel verwendet übrigens auf den Leitungen 11 bis 60 die gleiche Belegung wie das A-Kabel auf seinen 50 Adern. Bei Flachbandkabeln wird einfach ein Pfostenverbinder auf die entsprechenden Leitungen gecrimpt.
Dies Beispiel zeigt eine gemischte Konfiguration mit WIDE SCSI. P- und Q-Kabel werden eingesetzt. Man sieht, dass 8, 16 und 32 Bit SCSI Geräte an einem Bus gemischt werden können. Wenn 32 bit Datentransfer stattfinden soll werden zwei Kabel benötigt, das P-Kabel für den primären SCSI Bus und das Q-Kabel für den sekundären Bus.
Single Ended SCSI
Momentan werden fast alle SCSI Geräte mit Single Ended ausgerüstet. Der Vorteil ist der geringe elektrische Aufwand gegenüber Differential. Bei SCSI 2 darf der Bus bei Single Ended max. 6 Meter lang sein. Wenn die Datentransferrate über 5 MByte/sec liegt, beschränkt SCSI 2 die Kabellänge auf max. 3 Meter. Bei SCSI 3 gibt es bei der FAST-20 Option eine weitere Einschränkungen, bei mehr als vier angeschlossenen Geräten darf der Bus nur noch 1,5 Meter betragen. Dies ist nicht weiter störend, solange der Bus intern betrieben wird, beim externen Bus, jedoch nicht von Vorteil. Single Ended und Differential dürfen nicht an einem Bus gemischt werden, ausser es werden spezielle Umsetzer eingesetzt.
Differential SCSI benötigt im Gegensatz zu Single Ended für jedes Signal zwei Leitungen. Es wird vor allem dann eingesetzt, wenn die Länge des Kabels 6 Meter überschreitet. Bei Differential können bis zu 25 Meter lange Kabel bei allen Geschwindigkeiten genutzt werden. Differential SCSI ist nicht stark verbreitet, da Laufwerke und Hostadapter im Gegensatz zu Single Ended sehr teuer sind.
Eine Übertragungsleitung, welcher Form auch immer, hat nicht nur einen Ohmschen Widerstand, sondern auch eine auf die gesamte Länge der Leitung verteilte Induktivität L und Kapazität C. Die so vorhandenen Blindwiderstände sind bei längeren Leitungen oder höheren Frequenzen praktisch allein wirksam. Sie ergeben den sogenannten Wellenwiderstand Z der Leitung, der sich mit folgender Formel berechnen lässt: Z = Quadratwurzel aus L/C, wobei L die Induktivität in Henry und C die Kapazität in Farad ist. Dieser Wellenwiderstand ist nun der Lastwiderstand, den ein Datensender gewissermassen „sieht", wenn er an eine solche Leitung angeschlossen ist. Allerdings gilt das nur für eine unendlich lange Leitung. In der Praxis haben natürlich alle Leitungen eine endliche Länge. Es ist aber leicht, dem Sender eine unendlich lange Leitung vorzuspiegeln. Dazu muss die Leitung mit dem Wellenwiderstand Z nur am Empfangsort mit einem Ohmschen Widerstand R gleicher Grösse abgeschlossen werden. Dieser Abschluss mit R = Z ist sehr wichtig in der Übertragungstechnik. Damit wird nämlich eine Erscheinung verhindert, die sich sehr störend bemerkbar machen kann, nämlich die Reflexion am Leitungsende. Ist nämlich am Leitungsende kein passender Abschlusswiderstand vorhanden, dann wird die in die Leitung hineingeschickte Impulsenergie am Empfangsort nur zum Teil aufgenommen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von absorbieren oder verschlucken. Damit wird nun aber nicht nur der Wirkungsgrad verschlechtert, es kann auch die Übertragung verfälscht werden. Der nicht absorbierte Teil läuft nämlich jeweils wieder zum Sender zurück. Auf dem Weg dahin überlagert er sich mit den entgegenkommenden Impulsen und verfälscht sie. Bei gleicher Phasenlage wird der resultierende Impuls oder Teile davon grösser, bei entgegengesetzter Phasenlage wird der resultierende Impuls kleiner oder gar ganz ausgelöscht. Nicht, falsch oder unvollständig terminierte Leitungen können von sporadischen Lesefehlern bis zum Totalausfall des ganzen Busses führen.
Normalerweise ist der Hostadapter mit einem Terminator ausgestattet und am letzten Gerät des Busses wird ein Ter-minator auf den Sockel des entsprechenden Gerätes aufgesteckt. Sowohl bei der aktiven wie auch bei der passiven Terminierung ist eine Spannungsversorgung der Terminatoren nötig. Diese wird vom Controller zur Verfügung gestellt und vom Kabel, über reservierte Terminator-Power-Leitungen weitergeleitet.Der ganze Aufwand dient dazu, einer sogenannten Masseschleife vorzubeugen. In dieser können nähmlich hochfrequente Störungen aufgefangen werden, die Bus-Signale negativ beeinflussen.Es gibt zwei miteinander inkompatible Varianten der SCSI Schnittstelle. Die Single Ended und die Differential Schnittstelle. Diese beiden können nicht an einem SCSI Bus gemischt werden. Im Single Ended Bereich unterscheiden wir zwischen passiven und aktiven Terminatoren, bei Differential wird nur ein Terminatortyp eingesetzt.
Passiv, Single Ended
Der Bus wird mittels passiver Spannungsteiler auf etwa 3V gehalten. Die Spannung kann im Kabel je nach Kabeltyp und -länge stark schwanken. Dies kann zu Datenverlust führen. Unterstützt werden Kabellängen von bis zu 6 Meter.
Aktive Terminatoren arbeiten mit einem integrierten Spannungsregler der die Spannung mittels aktiven Bauelementen auf konstant 2,85V hält. Dadurch ist eine besondere Datensicherheit gewährleistet. Wir empfehlen grundsätzlich aktive Terminatoren einzusetzen da diese wesentlich störsicherer als passive Terminatoren arbeiten. Unterstützt werden Kabellängen von bis zu 6 Metern.
Passive Terminierung
Aktive Terminierung
Ein- und Ausgang eines SCSI-Gerätes
Alle Daten- und Steuersignale auf dem SCSI-Bus sind in negativer Logik ausgführt. Das bedeutet, dass ein Pegel £ 0,8V einer logischen Eins und ein Pegel ³ 2,4V einer logische Null entspricht. SCSI-Geräte besitzen als Eingang auf jeder Leitung ein Eingangsgatter mit negiertem Eingang. Zum Senden liegt parall dazu ein NAND-Ausgangsgatter mit mit Open-Collector.
SCSI 1
DB 25SP
DB 50SP
Centronics 50SP
Standard Raster (SP) = 2.54 mm
Bei der Einführung von SCSI wurden Standard Steckverbinder aus dem bestehenden
Computerbereich eingesetzt. Die D-SUB und Centronics Steckverbinder. Diese haben ein
Rastermass von 2,54 mm. Standard Raster wird im Englischen als Standard Pitch bezeichnet,
abgekürzt nur SP.
DB 50HP
DB 68HP
Centronics 50HP
Centronics 68HP
Halbes Raster (HP) = 1.27 mm
SCSI 2 definiert die Option WIDE SCSI. Dabei werden Kabel mit mehr als 50 Adern benötigt.
Aus diesem Grund wurden für SCSI 2 neue Steckverbinder entwickelt. Dabei griff man auf
die bewährten D-SUB und Centronics Steckverbinder zurück. Diese wurden miniaturisiert,
d.h. auf das halbe Raster gebracht. Somit von 2,54 auf 1,27 mm Rastermass. Wir benutzen
für diese Steckverbinder das Kürzel HP (Half Pitch).
Kabel
A-Kabel sind 50-polig und einsetzbar für SCSI 1 und SCSI 2. Diese
Kabel arbeiten im 8 Bit NARROW Modus.
B-Kabel sind 68-polig und einsetzbar für SCSI 2. Werden jedoch, weil uneffektiv
bei SCSI nicht genutzt.
P-Kabel sind 68-polig und einsetzbar für SCSI 2 und SCSI 3. Diese Kabel arbeiten
im 16 Bit WIDE Modus.
Q-Kabel sind 68-polig und einsetzbar für SCSI 2 und SCSI 3. Diese Kabel arbeiten
im 16/32 Bit WIDE Modus.
Bezeichnet 2 Einzeladern, die zu einem Paar verdrillt werden. Der Vorteil von Twisted Pair Kabeln liegt darin, dass durch die Verdrillung die gegenseitige Beeinflussung der Einzeladern drastisch reduziert wird. Dadurch ist ein Twisted Pair Kabel besser gegen interne und externe Störeinflüsse geschützt.
Die nach UL2990 genormten Rohkabel sind doppelt geschirmt und verfügen über eine Abschirmung aus Aluminium-folie und einem Kupfergeflechtschirm. Die Einzelader besteht aus 7 verzinnten Cu-Litzen und entspricht AWG28 ( 0,32mm Æ). Die Impedanz beträgt 90W. Die Steckverbinder unserer UL 2990 Kabel sind innen ebenfalls mit einer metallischen Folie geschirmt und vergossen.
Die nach UL2919 genormten Rohkabel sind dreifach geschirmt und verfügen über eine Abschirmung aus Aluminiumfolie und einem Kupfergeflechtschirm. Zusätzlich wird zwischen der Aluminiumfolie und dem Kupfergeflecht eine Kunststofftrennschicht eingesetzt. Die Einzelader besteht aus 7 verzinnten Cu-Litzen und entspricht ebenfalls AWG28 (0,32mm Æ). Die Impedanz beträgt 110W. Die Steckverbinder unserer UL2919 Kabel sind innen ebenfalls mit einer metallischen Folie geschirmt und vergossen.