Small Computer System Interface

Das Small Computer System Interface (SCSI, umgangssprachlich auch [ˈskʌzi]) ist eine standardisierte, parallele Schnittstelle zur Datenübertragung zwischen Geräten auf einem Computer-Bus.

Shugart Technology (die von Alan Shugart nach seinem Ausstieg aus Shugart Associates gegründete Firma) führte SCSI 1979 ein, damals hieß die Technik allerdings noch SASI (Shugart Associates System Interface). Nachdem sich einige andere Unternehmen (NCR war eines der ersten) 1981 dafür entschieden hatten, SASI zu unterstützen, wurde SASI in SCSI umbenannt. NCR initiierte auch den im darauffolgenden Jahr beginnenden Standardisierungsprozess, und 1986 wurde die SCSI-Spezifikation als X3.131-1986 von der ANSI standardisiert. Seitdem hat sich SCSI zum Industriestandard entwickelt, der in beinahe jedem Computer-System verwendet werden konnte (es gibt sogar SCSI-Implementationen für den Commodore 64-Heimcomputer).

Verwendung

Um an einen Computer SCSI-Geräte anschließen zu können, wird ein SCSI-Hostadapter benötigt, der den Datentransfer auf dem SCSI-Bus kontrolliert und rückseitig an die I/O-Baugruppen des Computers angebunden ist; das anzuschließende SCSI-Gerät besitzt einen SCSI-Controller, um die Daten über den Bus zu übertragen und mit dem Hostadapter zu kommunizieren. Der SCSI-Controller ist heute generell in die Geräteelektronik eingebettet, lediglich in der SCSI-Anfangszeit gab es Controller zum Nachrüsten vorhandener Nicht-SCSI-Geräte. SCSI wird meist zur Anbindung von Festplatten und Bandlaufwerken genutzt, kann jedoch auch mit einer Reihe von weiteren Geräten verwendet werden, wie zum Beispiel Scannern, CD-ROM-Laufwerken, CD-Brennern und DVD-Laufwerken. Der SCSI-Standard ist geräteunabhängig ausgelegt, so dass theoretisch jedes Peripheriegerät SCSI benutzen kann.

Die verschiedenen SCSI-Standards

SCSI wurde über die Jahre weiterentwickelt. Folgende Standards (in chronologischer Reihenfolge) sind definiert:

SCSI-1 (1986)

Der ursprüngliche von SASI (Shugart Associates Systems Interface) abgeleitete und von der ANSI herausgegebene Standard von 1986. SCSI-1 bietet einen Bus mit 8 Bit Breite und Paritätsprüfung, der asynchron mit 3,5 MB/s oder synchron mit 5 MB/s läuft, die maximale Kabellänge beträgt dabei 6 Meter (das konkurrierende ATA-Interface war damals auf 1,5 m beschränkt). Eine Variation des SCSI-1-Standards (Differential-SCSI) verwendete eine auf differentiellen Signalpegeln basierende Übertragungstechnik und ermöglichte so eine Kabellänge von 25 m. Zur Unterscheidung gegenüber der modernen Low-Voltage-Differential (LVD) Schnittstelle nennt man die alte Technik heute High-Voltage-Differential (HVD). HVD war teuer, elektrisch nicht kompatibel und wurde vor allem im professionellen Umfeld genutzt.

SCSI-2 (1989)

Dieser Standard wurde 1989 verabschiedet und bildete die Basis für die Fast SCSI- und Wide SCSI-Varianten. Fast SCSI (8 Bit, F) verdoppelte die maximale Transferrate auf 10 MB/s, und Wide SCSI (W) verdoppelte die Busbreite auf 16 Bit, so dass insgesamt 20 MB/s erreicht werden konnten. Diese Verbesserungen erfolgten jedoch auf Kosten der Kabellänge, die nunmehr auf 3 m begrenzt war. SCSI-2 spezifizierte auch eine 32-bit-Version von Wide SCSI, die zwei 16-bit-Kabel pro Bus verwendete; diese Technik wurde von SCSI-Geräteherstellern größtenteils ignoriert, und daher mit SCSI-3 wieder abgeschafft. Die SCSI-2-Stecker sind 50- oder 68-polig.

Ultra-SCSI (1992)

Hostadapter mit 50 Pin-Kabel

Ultra SCSI wurde 1992 als Teil der umfassenden SCSI-3-Norm eingeführt. Die Busgeschwindigkeit wurde erneut verdoppelt auf 20 MB/s für „schmale“ (8 Bit, U) Systeme und 40 MB/s für die Wide-Variante (16 Bit, UW). Die maximale Kabellänge blieb bei 3 m, was SCSI den unverdienten Ruf einbrachte, sehr empfindlich auf Kabellänge und Bedingungen zu reagieren (meist waren Kabel, Stecker und Terminatoren von schlechter Qualität an diesen Problemen schuld).

SCSI-3 (1993)

SCSI-3 ist erstmalig ein Bündel von eigenständigen Normdokumenten, das auch Protokolle für alternative Transfertechniken wie IEEE-1394 (Apples FireWire-Standard) und Fibre-Channel enthält.

Ultra-2 SCSI (1997)

Dieser Standard wurde 1997 eingeführt, und brachte einen neuen Bus mit niedrigem Signalpegel mit sich (Low Voltage Differential, LVD). Daher wird Ultra-2 auch manchmal als LVD SCSI bezeichnet. Durch die LVD-Technik wurde es möglich, die Kabellänge auf 12 Meter zu erhöhen, bei wesentlich besserer Rauschimmunität. Gleichzeitig wurde die Transferrate auf 40 MB/s (narrow, 8 Bit, U2) bzw. 80 MB/s (wide, 16 Bit, U2W) gesteigert. Ultra-2 SCSI hatte nur ein kurzes Leben, da es bald von Ultra-3 (Ultra-160) SCSI abgelöst wurde.

Ultra-160 (1999)

Diese Version wurde gegen Ende 1999 eingeführt und wird von einigen Herstellern auch als Ultra-3 SCSI bezeichnet, abgekürzt U160 oder U3. Prinzipiell handelte es sich um eine Verbesserung des Ultra-2-Standards, indem die Transferrate durch Einführung des Doppelflankentakts (Double-Edge-Clock) auf nun 160 MB/s verdoppelt wurde. Bei diesem Verfahren werden sowohl bei der ansteigenden wie bei der abfallenden Flanke des Taktsignals ein Datenwort übertragen. Ultra-160 SCSI bietet außerdem neue Funktionen wie eine Zyklische Redundanzprüfung (ZRP, engl. CRC) und Domain-Validierung. Bei letzterem werden bei der Initialisierung des Busses Testdaten an die Geräte und von denen zurück geschickt. Sollten Fehler auftreten, wird die Geschwindigkeit solange verringert, bis die Übertragung fehlerfrei funktioniert. Ab Ultra-160 SCSI gab es nur noch 16 Bit breite Busse.

Ultra-320 (2002)

Prinzipiell ein Ultra-160 mit auf 320 MB/s verdoppelter Transferrate. Fast alle gegenwärtig (Januar 2004) produzierten SCSI-Festplatten sind Ultra-320-Geräte. Markteinführung erstmals 2002.

Die Entwicklung von Ultra-640 (Fast-320) hätte die Geschwindigkeit noch einmal auf 640 MB/s verdoppelt, wird aber nicht mehr weiterverfolgt. Statt dessen setzt die Industrie auf Serial Attached SCSI (SAS).

SCAM

SCAM (SCSI Configured Automatically) hat niemals praktische Bedeutung erlangt. Es ist ein Standard für SCSI-Geräte, der automatische Konfiguration ermöglicht hätte. Für neu angeschlossene Geräte muss zum Beispiel nicht mehr manuell eine SCSI-ID eingegeben werden; SCAM erledigt dies selbsttätig.

SCA

SCA (Single Connector Attachment) ist kein eigenständiger SCSI-Standard sondern ein 80-poliger Anschluss, der häufig bei Hotplug-SCSI-Platten verwendet wird.

Allgemeine Informationen zu den SCSI-Standards

Kompatibilität

Ultra-2, Ultra-160 und Ultra-320-Geräte können auf dem LVD-Bus ohne Performance-Verluste gemischt werden, da der Hostadapter die Geschwindigkeit und sonstigen Management-Entscheidungen mit jedem Gerät einzeln abspricht. Ältere Geräte sollten nicht an den LVD-Bus angeschlossen werden, da dies den gesamten Bus in die Betriebsart „single-ended“ zwingen würde; mit den bekannten Einschränkungen der Geschwindigkeit (40 MB/s) und der Kabellänge (3m).

Generell sind SCSI-Geräte abwärtskompatibel, das heißt, es ist möglich, eine Ultra-3-Festplatte an einen Ultra-2-Hostadapter anzuschließen und zu benutzen (allerdings mit reduzierter Geschwindigkeit und ohne spezifische Ultra-3-Befehle).

Installation

Jedes SCSI-Gerät (einschließlich des Hostadapters) muss mit einer eindeutigen ID-Nummer konfiguriert werden. Dem Hostadapter, bzw. Controller, wurde die ID=7 generell zugeordnet. So werden die einzelnen Geräte auf dem SCSI-Bus eindeutig identifiziert und die Priorität der Geräte festgelegt. Die Priorität der IDs lautet in absteigender Reihenfolge 6 bis 0 und dann 15 bis 8. Eventuell bestehen Einschränkungen seitens BIOS oder Betriebssystem bei der Vergabe der ID-Nummern. Jedes Gerät mit einer ID hat darunter zusätzlich mindestens eine LUN (Logical Unit Number) konfiguriert.

Jeder SCSI-Strang muss mit genau zwei Terminatoren abgeschlossen werden. Es gibt sowohl aktive als auch passive Terminatoren, wobei dem aktiven Typ der Vorzug gegeben werden sollte (auf LVD-Bussen ist er zwingend notwendig). Unsachgemäße Terminierung ist eines der häufigsten Probleme bei SCSI-Installationen.

Es ist möglich, aus einem „Wide“-Bus einen „schmalen“ zu machen, wenn die Wide-Geräte direkt hinter dem Hostadapter hängen, und die Schmalband-Geräte am Ende des Busses. Dazu wird ein Kabel benötigt, das den „weiten“ Teil des Busses terminiert und den schmalen durchschleift. Hierbei spricht man auch von High-9-Terminierung. Spezielle Kommandos erlauben es dem Hostadapter festzustellen, welche Breite der Bus zu einem Gerät hat.

Weitere Entwicklungen

In der Vergangenheit war SCSI auf allen Arten von Computern weit verbreitet. Für Hochleistungs-Workstations, Server und High-End-Peripherie gilt dies auch heute noch. Desktop-Computer und Notebooks nutzen allerdings überwiegend die langsamere ATA- bzw. (seit etwa 2004) Serial-ATA-Schnittstelle für ihre Laufwerke und USB (USB nutzt SCSI-ähnliche Kommandos für einige Operationen) für andere Geräte, da diese Schnittstellen, obwohl sie weniger allgemein verwendbar sind, in der Implementierung weniger kosten.

Die ursprünglichen SCSI-Standards spezifizierten die physikalischen Eigenschaften der Busse und die elektrische Signalisierung, sowie einen Befehlssatz, der die unterschiedlichen Kommandos definierte, die die SCSI-Geräte ausführen konnten. Dieser Befehlssatz ist auch unabhängig vom SCSI-Bus sehr nützlich, da er ausgereift ist und es eine große Zahl von damit vertrauten Benutzern und Entwicklern gibt. Daher tauchen Teile des SCSI-Befehlssatzes auch in anderen Standards wie ATAPI, Fibre Channel, Serial Storage Architecture, InfiniBand, iSCSI, USB, IEEE 1394 und Serial Attached SCSI auf.

Einige Beobachter erwarten, dass der iSCSI-Standard, eine Einbettung von SCSI-3 über TCP/IP, auf lange Sicht Fibre Channel ersetzen wird, da gegenwärtig die mit Ethernet erreichten Datenraten schneller anwachsen als die mit Fibre Channel oder anderen Anschlusstechnologien erreichbaren Raten. iSCSI kann daher sowohl den Low-Cost- als auch den High-End-Markt mit einer kostengünstigen Lösung bedienen. iSCSI behält die grundlegenden SCSI-Paradigmen, vor allem den Befehlssatz, fast unverändert bei.

Die wichtigsten Daten im Überblick

Interface	Übertragungsgeschwindigkeit (MBytes/sec)	Busbreite (bits)	max. Kabellänge (m)	max. Anzahl an Geräten
SCSI	5	8	6	8
Fast SCSI	10	8	1,5-3	8
Differential SCSI	5-10	8	12-25	8
Wide SCSI	20	16	1,5-3	16
Ultra SCSI	20	8	1,5-3	5-8
Ultra Wide SCSI	40	16	1.5-3	5-8
Ultra2 SCSI	40	8	12	8
Ultra2 Wide SCSI	80	16	12	16
Ultra3 SCSI	160	16	12	16
Ultra-320 SCSI	320	16	12	16
Serial Attached SCSI	600	1 (Seriell)	25	16.256
iSCSI	nur durch das IP-Netzwerk begrenzt	nicht zutreffend	nicht zutreffend	??