SCSI

Small Computer System Interface ( SCSI , / ˈskʌzi / SKUZ -ee ) [ ^{2 ] ist} ein Standard für die physische Verbindung und Datenübertragung zwischen Computern und Peripheriegeräten . Bekannt ist SCSI vor allem für seine Verwendung mit Speichermedien wie Festplatten . SCSI wurde in den 1980er-Jahren eingeführt und findet seitdem weite Verbreitung auf Servern und High-End-Workstations. Der neueste SCSI-Standard , SAS-4, wurde erst 2017 veröffentlicht .

Die SCSI-Standards definieren Befehle , Protokolle sowie elektrische, optische und logische Schnittstellen . Der SCSI-Standard definiert Befehlssätze für spezifische Peripheriegerätetypen. Die Kategorie „unbekannt“ bedeutet, dass diese theoretisch als Schnittstelle für nahezu jedes Gerät verwendet werden kann. Der Standard ist jedoch stark praxisorientiert und auf kommerzielle Anforderungen zugeschnitten. Das ursprüngliche Parallel-SCSI wurde hauptsächlich für Festplatten und Bandlaufwerke eingesetzt , kann aber eine Vielzahl anderer Geräte, darunter Scanner und optische Laufwerke , anbinden . Allerdings können nicht alle Controller alle Geräte unterstützen.

Der erste SCSI-Standard, X3.131-1986, allgemein als SCSI-1 bezeichnet, wurde 1986 vom technischen Komitee X3T9 des American National Standards Institute (ANSI) veröffentlicht. SCSI-2 erschien im August 1990 als X3.T9.2/86-109, mit weiteren Überarbeitungen im Jahr 1994 und der anschließenden Einführung einer Vielzahl von Schnittstellen. Weitere Verbesserungen führten zu Leistungssteigerungen und der Unterstützung stetig wachsender Datenspeicherkapazitäten. ^{[ 3 ]}

SCSI basiert auf der Shugart Associates System Interface (SASI), ^{[ 4 ]} die ab 1979 entwickelt wurde ^{[ 5 ]} und 1981 öffentlich vorgestellt wurde. ^{[ 1 ]} Larry Boucher gilt aufgrund seiner Pionierarbeit zunächst bei Shugart Associates und später bei Adaptec , das er 1981 gründete, als der „Vater“ von SASI und letztendlich von SCSI. ^{[ 6 ]}

Ein SASI-Controller bildete die Schnittstelle zwischen der Low-Level-Schnittstelle einer Festplatte und einem Host-Computer, der Datenblöcke lesen musste. SASI-Controller-Platinen hatten typischerweise die Größe einer Festplatte und wurden üblicherweise physisch im Gehäuse der Festplatte montiert. SASI, das in Mini- und frühen Mikrocomputern verwendet wurde, definierte die Schnittstelle über einen 50-poligen Flachbandstecker, der als SCSI-1-Anschluss übernommen wurde. SASI ist eine vollständig kompatible Teilmenge von SCSI-1, sodass viele, wenn nicht sogar alle der damals existierenden SASI-Controller SCSI-1-kompatibel waren. ^{[ 7 ]}

Um 1980 entwickelte die NCR Corporation einen konkurrierenden Schnittstellenstandard namens BYSE. Im Sommer 1981 gab NCR die internen Bemühungen auf, um SASI weiterzuentwickeln und dessen Design für die eigenen Computersysteme zu verbessern. Aus Sorge vor Marktverwirrung durch die Erweiterung des SASI-Standards kündigte NCR jedoch vorübergehend den Vertrag mit Shugart. Die von NCR vorgeschlagenen Verbesserungen am SCSI-Design weckten das Interesse von Optimem, einer Tochtergesellschaft von Shugart. Optimem bat NCR und Shugart um eine Zusammenarbeit an einem einheitlichen Standard. Im Oktober 1981 vereinbarten die beiden Unternehmen die gemeinsame Entwicklung von SASI und die gemeinsame Präsentation ihres Standards mit ANSI. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

Bis mindestens Februar 1982 entwickelte ANSI die Spezifikation unter den Bezeichnungen „SASI“ und „Shugart Associates System Interface“. ^{[ 10 ]} Das Komitee, das den Standard dokumentierte, erlaubte jedoch nicht, dass er nach einem Unternehmen benannt wurde. Fast ein ganzer Tag wurde darauf verwendet, sich auf den Namen „Small Computer System Interface“ zu einigen. Boucher beabsichtigte, ihn wie „sexy“ auszusprechen, doch Dal Allan von ENDL ^{[ 11 ]} sprach das neue Akronym als „scuzzy“ aus, und dabei blieb es. ^{[ 12 ]}

Das NCR-Werk in Wichita, Kansas, entwickelte den branchenweit ersten SCSI-Controller-Chip, den NCR 5385, der 1983 auf den Markt kam. Laut den Entwicklern funktionierte der Chip beim ersten Test. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Zahlreiche Unternehmen, darunter Adaptec und Optimem, gehörten zu den frühen Befürwortern von SCSI. ^{[ 10 ]} Ende 1990 boten mindestens 45 Hersteller 251 Modelle von parallelen SCSI- Hostadaptern an. ^{[ 15 ]} Heute sind diese Hostadapter weitgehend durch die schnelleren seriellen SCSI-Hostadapter (SAS) ersetzt worden. ^{[ 16 ]}

Der Bezug auf „klein“ in „Small Computer System Interface“ ist historisch bedingt; seit Mitte der 1990er Jahre ist SCSI auch auf den größten Computersystemen verfügbar.

Seit seiner Standardisierung im Jahr 1986 ist SCSI weit verbreitet in den Computerreihen von Amiga , Atari , Apple Macintosh und Sun Microsystems sowie in PC-Serversystemen. Apple begann 1994 mit dem kostengünstigeren Parallel ATA (PATA, auch bekannt als IDE ) für seine Einsteigermodelle, beginnend mit dem Macintosh Quadra 630, und integrierte es ab 1997 auch in seine High-End-Desktop-Computer, ab dem Power Macintosh G3. Mit dem (blau-weißen) Power Mac G3 im Jahr 1999 verzichtete Apple vollständig auf Onboard-SCSI zugunsten von IDE und FireWire , bot aber bis einschließlich der Modelle Power Macintosh G4 (AGP-Grafik) weiterhin einen PCI- SCSI-Hostadapter als Option an. ^{[ 17 ]} Mit der Einführung der Einsteiger-Workstations Ultra 5 und 10, die den CMD640 IDE-Controller nutzten , stellte Sun seine günstigere Produktreihe auf Parallel ATA (PATA) um und setzte diesen Trend bei den späteren Einsteigersystemen Blade 100 und 150 fort. Selbst mit der Einführung des Blade 1500 im Jahr 2003 verzichtete Sun auf die Umstellung auf die zeitgemäße SATA- Schnittstelle, während das gleichzeitig erschienene High-End-Modell Blade 2500 weiterhin Ultra320 Parallel SCSI-3 verwendete. Mit den letzten UltraSPARC-III-basierten Workstations im Jahr 2006, dem Einsteigermodell Ultra 25 und dem Mittelklassemodell Ultra 45, wechselte Sun zu SATA- und SAS- Schnittstellen. Commodore integrierte SCSI in die Amiga 3000/3000T-Systeme, wobei es sich um eine Erweiterung der vorherigen Amiga 500/2000-Modelle handelte. Ab den Amiga 600/1200/4000-Systemen setzte Commodore auf die IDE-Schnittstelle. Atari integrierte SCSI standardmäßig in seine Computermodelle Atari MEGA STE , Atari TT und Atari Falcon . Im preisgünstigen IBM-PC-Bereich war SCSI aufgrund der niedrigeren Kosten und der ausreichenden Leistung des ATA-Festplattenstandards nie weit verbreitet. SCSI-Laufwerke und sogar SCSI- RAID-Systeme wurden jedoch in PC-Workstations für die Video- und Audioproduktion gängig.

Neuere physikalische SCSI-Varianten – Serial Attached SCSI (SAS), SCSI-over- Fibre-Channel-Protokoll (FCP) und USB Attached SCSI (UAS) – brechen mit dem traditionellen parallelen SCSI-Bus und übertragen Daten seriell über Punkt-zu-Punkt -Verbindungen. Obwohl ein Großteil der SCSI-Dokumentation die parallele Schnittstelle beschreibt, nutzen alle modernen Entwicklungsarbeiten serielle Schnittstellen. Serielle Schnittstellen bieten gegenüber parallelem SCSI eine Reihe von Vorteilen, darunter höhere Datenraten, vereinfachte Verkabelung, größere Reichweite, verbesserte Fehlerisolierung und Vollduplex- Fähigkeit. Der Hauptgrund für den Wechsel zu seriellen Schnittstellen ist die Taktverzerrung bei Hochgeschwindigkeits-Parallelschnittstellen, die die schnelleren Varianten von parallelem SCSI anfällig für Probleme durch Verkabelung und Terminierung macht. ^{[ 18 ]}

Das nicht-physische iSCSI bewahrt das grundlegende SCSI- Paradigma , insbesondere den Befehlssatz, nahezu unverändert durch die Einbettung von SCSI-3 über TCP/IP . Daher verwendet iSCSI logische Verbindungen anstelle physischer Verbindungen und kann auf jedem IP-fähigen Netzwerk ausgeführt werden. Die eigentlichen physischen Verbindungen werden unabhängig von iSCSI auf niedrigeren Netzwerkschichten realisiert. Vorwiegend wird Ethernet verwendet, das ebenfalls seriell arbeitet.

SCSI ist bei leistungsstarken Workstations, Servern und Speichersystemen weit verbreitet. Fast alle RAID-Subsysteme auf Servern nutzen seit Jahrzehnten SCSI-Festplatten (anfangs Parallel SCSI, zwischenzeitlich Fibre Channel, seit Kurzem SAS), obwohl einige Hersteller SATA -basierte RAID-Subsysteme als kostengünstigere Alternative anbieten. SAS bietet zudem Kompatibilität mit SATA-Geräten und erweitert so – zusammen mit Nearline-SAS -Laufwerken (NL-SAS) – die Auswahl an RAID-Subsystemen erheblich. Moderne Desktop-Computer und Notebooks verwenden anstelle von SCSI typischerweise SATA-Schnittstellen für interne Festplatten. NVMe über PCIe gewinnt dabei zunehmend an Bedeutung, da SATA moderne SSDs ausbremsen kann .

SCSI ist mit verschiedenen Schnittstellen verfügbar. Die erste war Parallel-SCSI (auch SCSI Parallel Interface oder SPI genannt), das einen parallelen Bus verwendet . Seit 2005 wird SPI schrittweise durch Serial Attached SCSI (SAS) ersetzt, das seriell arbeitet , aber andere Aspekte der Technologie beibehält. Viele andere Schnittstellen, die nicht auf den vollständigen SCSI-Standards basieren, implementieren weiterhin das SCSI-Befehlsprotokoll ; andere verzichten vollständig auf die physische Implementierung, behalten aber das SCSI-Architekturmodell bei . iSCSI beispielsweise nutzt TCP/IP als Transportmechanismus, der meist über Gigabit-Ethernet oder schnellere Netzwerkverbindungen übertragen wird .

SCSI-Schnittstellen waren häufig in Computern verschiedener Hersteller für die Verwendung unter Microsoft Windows , dem klassischen Mac OS , Unix , Amiga und Linux integriert, entweder auf dem Motherboard oder mittels Steckadaptern. Mit dem Aufkommen von SAS- und SATA- Laufwerken wurde die Unterstützung für paralleles SCSI auf Motherboards eingestellt. ^{[ 19 ]}

Ursprünglich war die SCSI Parallel Interface (SPI) die einzige Schnittstelle, die das SCSI-Protokoll nutzte. Ihre Standardisierung begann 1986 mit einem einseitigen 8-Bit- Bus , der Daten mit bis zu 5 MB/s übertrug, und entwickelte sich zu einem differenziellen 16-Bit-Bus mit niedriger Spannung, der bis zu 320 MB/s ermöglichte . Der letzte SPI-5-Standard von 2003 definierte auch eine Geschwindigkeit von 640 MB/s , die jedoch nicht erreicht wurde.

Die Spezifikationen für Parallel-SCSI umfassen mehrere synchrone Übertragungsmodi für das Parallelkabel sowie einen asynchronen Modus. Der asynchrone Modus ist ein klassisches Anfrage-Bestätigungs-Protokoll, das es auch Systemen mit langsamen Bussen oder einfachen Systemen ermöglicht, SCSI-Geräte zu verwenden. Schnellere synchrone Modi werden häufiger eingesetzt.

Interne parallele SCSI-Kabel sind üblicherweise Flachbandkabel mit zwei oder mehr 50-, 68- oder 80-poligen Steckverbindern. Externe Kabel sind in der Regel geschirmt (können aber auch ungeschirmt sein) und verfügen je nach unterstützter SCSI-Busbreite an jedem Ende über 50- oder 68-polige Steckverbinder. Der 80-polige Single Connector Attachment (SCA) wird typischerweise für Hot-Plug-fähige Geräte verwendet.

Fibre Channel kann zum Transport von SCSI-Informationseinheiten verwendet werden, wie im Fibre Channel Protocol for SCSI (FCP) definiert. Diese Verbindungen sind im laufenden Betrieb austauschbar und werden üblicherweise mit Glasfaser realisiert.

Serial Attached SCSI (SAS) verwendet ein modifiziertes Serial-ATA -Daten- und Stromkabel.

iSCSI (Internet Small Computer System Interface) verwendet üblicherweise Ethernet- Anschlüsse und -Kabel als physisches Transportmedium, kann aber über jedes physische Transportmedium betrieben werden, das IP übertragen kann .

Das SCSI RDMA-Protokoll (SRP) legt fest, wie SCSI-Befehle über eine zuverlässige RDMA-Verbindung übertragen werden. Dieses Protokoll kann über jede RDMA-fähige physische Übertragungstechnologie, z. B. InfiniBand oder Ethernet , bei Verwendung von RoCE oder iWARP ausgeführt werden .

USB Attached SCSI ermöglicht es SCSI-Geräten, den Universal Serial Bus zu nutzen .

Das Automation/Drive Interface – Transport Protocol (ADT) dient zur Verbindung von Wechseldatenträgern wie Bandlaufwerken mit den Steuerungen der Bibliotheken (Automatisierungsgeräte), in denen sie installiert sind. Der ADI-Standard sieht die Verwendung von RS-422 für die physischen Verbindungen vor. Der ADT-2-Standard der zweiten Generation definiert iADT, die Nutzung des ADT-Protokolls über IP-Verbindungen (Internet Protocol), beispielsweise über Ethernet . Die Automation/Drive Interface – Commands-Standards (ADC, ADC-2 und ADC-3) definieren SCSI-Befehle für diese Installationen.

Neben zahlreichen Hardware-Implementierungen umfassen die SCSI-Standards auch einen umfangreichen Satz an Befehlsdefinitionen. Die SCSI-Befehlsarchitektur wurde ursprünglich für parallele SCSI- Busse entwickelt, konnte aber mit minimalen Änderungen für iSCSI und serielles SCSI übernommen werden. Weitere Technologien, die den SCSI-Befehlssatz verwenden, sind die ATA-Paketschnittstelle , USB-Massenspeicher und FireWire SBP-2 .

In der SCSI-Terminologie findet die Kommunikation zwischen einem Initiator und einem Ziel statt . Der Initiator sendet einen Befehl an das Ziel, das daraufhin antwortet. SCSI-Befehle werden in einem Befehlsbeschreibungsblock (Command Descriptor Block, CDB) gesendet. Der CDB besteht aus einem ein Byte langen Operationscode, gefolgt von mindestens fünf Bytes mit befehlsspezifischen Parametern.

Am Ende der Befehlssequenz sendet das Zielsystem ein Statuscode-Byte zurück, z. B. 00h für Erfolg, 02h für einen Fehler (Prüfbedingung) oder 08h für belegt. Sendet das Zielsystem als Antwort auf einen Befehl eine Prüfbedingung zurück, sendet der Initiator üblicherweise einen SCSI-Anforderungs-Sense-Befehl , um einen Schlüsselcode-Qualifizierer ( KCQ ) vom Zielsystem zu erhalten. Die Prüfbedingungs- und Anforderungs-Sense-Sequenz beinhaltet ein spezielles SCSI-Protokoll, die sogenannte Contingent Allegiance Condition (CAC).

Es gibt vier Kategorien von SCSI-Befehlen: N (Nicht-Daten), W (Schreiben von Daten vom Initiator zum Ziel), R (Lesen von Daten) und B (bidirektional). Insgesamt existieren etwa 60 verschiedene SCSI-Befehle, wobei die am häufigsten verwendeten folgende sind:

• Testgerät bereit: Fragt das Gerät ab, um festzustellen, ob es für Datenübertragungen bereit ist (Festplatte hochgefahren, Medium geladen usw.).
• Anfrage: Gibt grundlegende Geräteinformationen zurück.
• Anfrage-Sinn: Gibt alle Fehlercodes des vorherigen Befehls zurück, der einen Fehlerstatus zurückgegeben hat.
• Sendet Diagnosedaten und empfängt Diagnoseergebnisse: Führt einen einfachen Selbsttest oder einen auf einer Diagnoseseite definierten Spezialtest durch.
• Start/Stop-Einheit: Dreht Datenträger auf und ab oder lädt/entlädt Medien (CD, Band usw.).
• Lesekapazität: Gibt die Speicherkapazität zurück.
• Format unit: Prepares a storage medium for use. In a disk, a low-level format will occur. Some tape drives will erase the tape in response to this command.
• Read: (four variants): Reads data from a device.
• Write: (four variants): Writes data to a device.
• Log sense: Returns current information from log pages.
• Mode sense: Returns current device parameters from mode pages.
• Mode select: Sets device parameters in a mode page.

Each device on the SCSI bus is assigned a unique SCSI identification number or ID. Devices may encompass multiple logical units, which are addressed by logical unit number (LUN). Simple devices have just one LUN; more complex devices may have multiple LUNs.

A "direct access" (i.e., disk type) storage device consists of a number of logical blocks, addressed by Logical Block Address (LBA). A typical LBA equates to 512 bytes of storage. The usage of LBAs has evolved over time and so four different command variants are provided for reading and writing data. The Read(6) and Write(6) commands contain a 21-bit LBA address. The Read(10), Read(12), Read Long, Write(10), Write(12), and Write Long commands all contain a 32-bit LBA address plus various other parameter options.

The capacity of a sequential access (i.e., tape-type) device is not specified because it depends, amongst other things, on the length of the tape, which is not identified in a machine-readable way. Read and write operations on a sequential access device begin at the current tape position, not at a specific LBA. The block size on sequential access devices can either be fixed or variable, depending on the specific device. Tape devices such as half-inch 9-track tape, DDS (4 mm tapes physically similar to DAT), Exabyte, etc., support variable block sizes.

Auf einem parallelen SCSI-Bus wird ein Gerät (z. B. Hostadapter, Festplatte) durch eine „SCSI-ID“ identifiziert. Diese ist eine Zahl im Bereich von 0 bis 7 auf einem schmalen Bus und von 0 bis 15 auf einem breiten Bus. Bei älteren Modellen wurde die SCSI-ID des Initiators ( Hostadapter ) über einen Jumper oder Schalter festgelegt. Bei modernen Hostadaptern (seit etwa 1997) wird die SCSI-ID durch E/A-Operationen am Adapter gesetzt. Beispielsweise enthält der Adapter häufig ein Option-ROM (SCSI-BIOS), das beim Systemstart ausgeführt wird und über Menüs die SCSI-ID des Hostadapters auswählt. Alternativ kann dem Hostadapter Software beiliegen, die auf dem Host-Computer installiert werden muss, um die SCSI-ID zu konfigurieren. Die traditionelle SCSI-ID für einen Hostadapter ist 7, da diese ID bei der Bus-Arbitrierung die höchste Priorität hat (auch auf einem 16-Bit-Bus).

Die SCSI-ID eines Geräts in einem Laufwerksgehäuse mit Backplane wird je nach Gehäusemodell entweder über Jumper oder über den Steckplatz im Gehäuse festgelegt. Im letzteren Fall sendet jeder Steckplatz auf der Backplane Steuersignale an das Laufwerk, um eine eindeutige SCSI-ID auszuwählen. Ein SCSI-Gehäuse ohne Backplane verfügt oft über einen Schalter für jedes Laufwerk zur Auswahl der SCSI-ID. Dem Gehäuse liegen Steckverbinder bei, die an das Laufwerk gesteckt werden müssen, wo sich üblicherweise die Jumper befinden; der Schalter emuliert die benötigten Jumper. Obwohl es keinen Standard für diese Funktionsweise gibt, verwenden Laufwerkshersteller in der Regel ein einheitliches Jumper-Header-Format, das der Implementierung dieser Schalter entspricht.

Die Konfiguration der bootfähigen (oder ersten) Festplatte mit der SCSI-ID 0 ist eine anerkannte Empfehlung der IT-Community. Die SCSI-ID 2 ist üblicherweise für das Diskettenlaufwerk reserviert, während die SCSI-ID 3 typischerweise für ein CD-ROM-Laufwerk vorgesehen ist. ^{[ 20 ]}

Beachten Sie, dass ein SCSI-Zielgerät (auch physische Einheit genannt ) mitunter in kleinere logische Einheiten unterteilt ist . Beispielsweise kann ein High-End-Festplattensubsystem aus einem einzigen SCSI-Gerät bestehen, aber Dutzende einzelner Festplatten enthalten, die jeweils eine logische Einheit darstellen. Ebenso kann ein RAID-Array aus einem einzigen SCSI-Gerät bestehen, aber viele logische Einheiten enthalten, die jeweils eine „virtuelle“ Festplatte sind – ein Stripe- oder Spiegel-Set, das aus Teilen realer Festplatten zusammengesetzt ist. Die SCSI-ID, WWN usw. identifizieren in diesem Fall das gesamte Subsystem, und eine zweite Nummer, die LUN, identifiziert ein Festplattengerät (real oder virtuell) innerhalb des Subsystems.

Es ist zwar üblich, aber nicht korrekt, die logische Einheit selbst als „LUN“ zu bezeichnen. ^{[ 21 ]} Manchmal wird die eigentliche LUN redundant auch als „LUN-Nummer“ oder „LUN-ID“ bezeichnet. ^{[ 22 ]}

In modern SCSI transport protocols, there is an automated process for the "discovery" of the IDs. The SSA initiator (normally the host computer through the host adaptor) "walk the loop" to determine what devices are connected and then assigns each one a 7-bit "hop-count" value. Fibre Channel – Arbitrated Loop (FC-AL) initiators use the LIP (Loop Initialization Protocol) to interrogate each device port for its WWN (World Wide Name). For iSCSI, because of the unlimited scope of the (IP) network, the process is quite complicated. These discovery processes occur at power-on/initialization time and also if the bus topology changes later, for example, if an extra device is added.

SCSI has the CTL (Channel, Target or Physical Unit Number, Logical Unit Number) identification mechanism per host bus adapter, or the HCTL (HBA, Channel, PUN, LUN) identification mechanism; one host adapter may have more than one channel.^[23]

While all SCSI controllers can work with read/write storage devices, i.e. disk and tape, some will not work with some other device types; older controllers are likely to be more limited,^[24] sometimes by their driver software, and more Device Types were added as SCSI evolved. Even CD-ROMs are not handled by all controllers. Device Type is a 5-bit field reported by a SCSI Inquiry Command; defined SCSI Peripheral Device Types include, in addition to many varieties of storage devices, printers, scanners, communications devices, and a catch-all processor type for devices not otherwise listed.

In larger SCSI servers, the disk-drive devices are housed in an intelligent enclosure that supports SCSI Enclosure Services (SES). The initiator can communicate with the enclosure using a specialized set of SCSI commands to access power, cooling, and other non-data characteristics.

• Fibre Channel
• List of device bandwidths
• Parallel SCSI
• Serial Attached SCSI
• Intelligent Peripheral Interface