第4章 并行接口技術(shù)(下)

4.1并行接口簡(jiǎn)介4.2簡(jiǎn)單并行接口電路4.3可編程并行接口4.4打印機(jī)并行接口標(biāo)準(zhǔn)4.5IEEE-1284并行接口標(biāo)準(zhǔn)4.6IEEE-488接口標(biāo)準(zhǔn)4.6IDE接口標(biāo)準(zhǔn)4.7SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算機(jī)接口技術(shù)第四章并行接口技術(shù)（下）目錄西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院司棟森14.6IEEE-488接口標(biāo)準(zhǔn)4.6.1．概述在前面的并行接口討論中，我們了解了在接口和外設(shè)間采用一條控制狀態(tài)線，可以傳遞“數(shù)據(jù)有效”的控制信息，加強(qiáng)了接口的功能；若采用兩條控制狀態(tài)線，可以實(shí)現(xiàn)接口和外設(shè)間的對(duì)話，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的握手聯(lián)絡(luò)傳送，使接口的功能進(jìn)一步加強(qiáng)。

若采用三條握手線可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)接口同時(shí)和多個(gè)外設(shè)間的握手聯(lián)絡(luò)傳送。一般在接口和外設(shè)間除數(shù)據(jù)線外的控制狀態(tài)線越多，越能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的接口功能，越有利于使接口概念向高級(jí)的方向發(fā)展。

(Centronics接口雖有三條握手聯(lián)絡(luò)線，其實(shí)際作用等于二條握手聯(lián)絡(luò)線)。2IEEE488卡及IEEE488-USB轉(zhuǎn)接線31.IEEE488總線的演變美國(guó)HP公司為了解決各種儀器、儀表與各種計(jì)算機(jī)相連時(shí)接口由于互相不兼容帶來(lái)的麻煩，于1970年提出一個(gè)具有8條(3條握手和5條控制線)控制狀態(tài)線的HP接口總線標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)，簡(jiǎn)稱HPIB。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)很快得到全美國(guó)的承認(rèn)，上升為IEEE的標(biāo)準(zhǔn)，稱為IEEE488接口。經(jīng)過(guò)IEEE機(jī)構(gòu)的推薦，又上升為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱IEC-IB。在我國(guó)和其他一些國(guó)家稱它為GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus—通用接口總線)。4GPIB上升為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)后，GPIB系統(tǒng)得到了空前的發(fā)展，因此對(duì)編碼格式、通信協(xié)議和通用命令等方面標(biāo)準(zhǔn)化的要求更加突出。在這種背景下，IEEE又公布了兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)．即IEEE488.1-1987及IEEE488.2-1987。IEEE488.1和IEEE488的內(nèi)容相比，變化很少。IEEE488.2的名稱是：《使用可程控儀器IEEE標(biāo)推數(shù)字接口時(shí)的編碼、格式、規(guī)程和通用指令》，進(jìn)一步完善了標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，使該接口標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用更加廣泛。雖然我們本節(jié)不對(duì)GPIB系統(tǒng)作過(guò)細(xì)的討論，但希望大家能認(rèn)識(shí)到它的重要地位。52.IEEE488的特點(diǎn)IEEE488是一種并行的外總線，它以機(jī)架層疊式智能儀器為主要器件，構(gòu)成開放式的積木測(cè)試系統(tǒng)，是工業(yè)上應(yīng)用最廣泛的通信總線之一。與其它接口總線相比，其顯著特點(diǎn)是：i一個(gè)接口可連接14個(gè)設(shè)備(包括計(jì)算機(jī)為15個(gè)設(shè)備)CPU總線微處理器系統(tǒng)GPIB接口GPIB總線設(shè)備1設(shè)備N設(shè)備26i系統(tǒng)組建和拆散靈活，使用方便，可采用串行連接和星形連接。這一點(diǎn)是一般接口系統(tǒng)所無(wú)法相比的，所以GPIB接口系統(tǒng)應(yīng)用越來(lái)越廣泛。目前具有GPIB接口的設(shè)備有打印機(jī)，繪圖儀，磁盤驅(qū)動(dòng)鋸，數(shù)字化儀，電壓表，功率源，信號(hào)發(fā)生器，示波器等等。你可以用微型計(jì)算機(jī)和具有GPIB接口的各種設(shè)備，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的電纜連接，很容易地組建自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)和微計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。GPIB接口系統(tǒng)開始主要在儀器系統(tǒng)中使用，有儀器接口之稱?，F(xiàn)在雖然主要仍在儀器領(lǐng)域，但已向其他領(lǐng)域滲透。7i傳輸速率≤1Mb/s。i使用負(fù)邏輯。邏輯“1”電平<+0.8V、邏輯“0”電平>+2.0V。設(shè)備間最大距離≤20米，整個(gè)系統(tǒng)電纜長(zhǎng)度≤220米。若電纜長(zhǎng)度超過(guò)220米，由于延時(shí)會(huì)改變定時(shí)關(guān)系，造成系統(tǒng)工作不可靠。這種情況應(yīng)加調(diào)制解調(diào)器。i

使用三線握手，允許連接不同速率的設(shè)備。84.6.2系統(tǒng)上設(shè)備的工作方式1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)IEEE488總線接口結(jié)構(gòu)如圖所示。利用IEEE488總線將微型計(jì)算機(jī)和其它若干設(shè)備連接在一起?？梢圆捎么羞B接，也可以采用星形連接。92.工作方式在IEEE488系統(tǒng)中，每一個(gè)設(shè)備可按如下3種方式工作：“聽者”方式：從數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)。一個(gè)系統(tǒng)在同一時(shí)刻，可以有兩個(gè)以上的“聽者”在工作?？梢猿洚?dāng)“聽者”功能的設(shè)備有：微型計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、繪圖儀等?！爸v者”方式：向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

一個(gè)系統(tǒng)可以有兩個(gè)以上的“講者”，但任一時(shí)刻只能有一個(gè)講者在工作。具有“講者”功能的設(shè)備有：微型計(jì)算機(jī)、磁帶機(jī)、數(shù)字電壓表、頻譜分析儀等?！翱刂普摺狈绞剑菏且环N向其它設(shè)備發(fā)布命令的方式。發(fā)布命令，對(duì)其他設(shè)備尋址，允許講者使用總線?？偩€上可設(shè)多個(gè)，但同一時(shí)刻只允許一個(gè)工作。10在IEEE488總線上的各種設(shè)備可以具備不同的功能。有的設(shè)備如微型計(jì)算機(jī)可以同時(shí)具有控制者、聽者、講者3種功能。有的設(shè)備只具有收、發(fā)功能，而有的設(shè)備只具有接收功能，如打印機(jī)。在某一時(shí)刻系統(tǒng)只能有一個(gè)控制者。而當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)，某一時(shí)刻只能有一個(gè)發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)。允許多個(gè)接收器接收數(shù)據(jù)，也就是可以進(jìn)行一對(duì)多的數(shù)據(jù)傳送。114.6.3IEEE488接口信號(hào)定義1.插座結(jié)構(gòu)IEEE488接口采用24芯簧片插頭座，和Centronics插頭座屬同一類型。IEEE488接口的24芯簧片式插頭座是一種組合插頭座。它既有插頭又有插座。當(dāng)它的插頭插入設(shè)備時(shí)，它自己所帶的插座又可供其他電纜插頭插入，在插頭座上還有鎖緊螺栓，用這種方式可將多臺(tái)設(shè)備方便可靠地連接成系統(tǒng)。122.插座引腳引腳符號(hào)說(shuō)明引腳符號(hào)說(shuō)明1D0低4位數(shù)據(jù)線13D4高4位數(shù)據(jù)線2D114D53D215D64D316D75EOI結(jié)束或識(shí)別線17REN遠(yuǎn)程控制6DAV數(shù)據(jù)有效線18GND地7NRFD未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)線198NDAC數(shù)據(jù)未接收完畢線209IFC接口清0線2110SRQ服務(wù)請(qǐng)求線2211ATN監(jiān)視線2312GND機(jī)殼地24133.數(shù)據(jù)總線4.數(shù)據(jù)傳送控制線D7-D0：8條雙向數(shù)據(jù)線。D7～

D0上可以傳送數(shù)據(jù)、設(shè)備地址和命令。除了用于傳送數(shù)據(jù)外，還用于“聽”、“講”方式的設(shè)置，以及設(shè)備地址和設(shè)備控制信息的傳送。(1)DAV(DataAvailable)：數(shù)據(jù)有效線。當(dāng)發(fā)送器控制的數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效時(shí)，發(fā)送器置DAV線有效(邏輯1，低電平)，表示數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效，接收器可以從總線上接收數(shù)據(jù)。14(2)NRFD(NotReadyForData)：接收器沒(méi)有準(zhǔn)備好。當(dāng)總線上至少有一個(gè)接收器設(shè)備未準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)時(shí)，則接收器置NRFD有效(邏輯l，低電平)；當(dāng)所有接收器都準(zhǔn)備好時(shí)，NRFD變?yōu)闊o(wú)效(邏輯0，高電平)。

用OC門實(shí)現(xiàn)。(3)NDAC(NotDataAccepted)：未接收完數(shù)據(jù)。當(dāng)總線上接收器設(shè)備至少有一個(gè)尚未接收完數(shù)據(jù)時(shí)，則接收器置NDAC有效(邏輯1、低電平)，告訴發(fā)送器不要撤消當(dāng)前數(shù)據(jù)。當(dāng)所有按收器都接收完數(shù)據(jù)后；此信號(hào)才變?yōu)闊o(wú)效。

用OC門實(shí)現(xiàn)。

以上三線是握手聯(lián)絡(luò)控制線，用于控制數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送(三線掛鉤控制傳送)。155.接口管理線(1)IFC(InterfaceClear)：接口清零線。該線的狀態(tài)由控制器建立，并作用于所有設(shè)備。當(dāng)它為有效低電平時(shí)(邏輯1，低電平)，整個(gè)IEEE488總線停止工作，發(fā)送器停止發(fā)送，接收器停止接收。使系統(tǒng)處于已知的初始狀態(tài)。它類似于復(fù)位信號(hào)RESET?？捎糜?jì)算機(jī)的復(fù)位鍵來(lái)產(chǎn)生IFC信號(hào)。(2)SRQ(ServiceRequest)：服務(wù)請(qǐng)求線。它用來(lái)指出某個(gè)設(shè)備請(qǐng)求控制器的服務(wù)，所有設(shè)備的請(qǐng)求線是“線或”在一起的，因此任何一個(gè)設(shè)備都可以使這條線有效，來(lái)向控制器請(qǐng)求服務(wù)。但請(qǐng)求能否得到控制器的響應(yīng)，完全由程序安排，當(dāng)系統(tǒng)中有計(jì)算機(jī)時(shí)，SRQ是發(fā)向計(jì)算機(jī)的中斷請(qǐng)求線。16(3)ATN(AttentionLine)：監(jiān)視線。它由控制器驅(qū)動(dòng)，用它的不同狀態(tài)對(duì)數(shù)據(jù)總線上的信息作出解釋。

當(dāng)ATN＝“1”時(shí)，表示數(shù)據(jù)線上傳送的是地址或命令，這時(shí)只有控制器能發(fā)送信息，其它設(shè)備都只能接收信息。

當(dāng)ATN＝“0”時(shí)，表示數(shù)據(jù)總線上傳送的是數(shù)據(jù)。(4)EOI(EndorIdentify)：結(jié)束或識(shí)別線。與ATN線一起指示是數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，還是用來(lái)識(shí)別一個(gè)具體設(shè)備。當(dāng)ATN＝“0”時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，當(dāng)傳送最后一個(gè)字節(jié)使EOI＝“1”時(shí)，表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。當(dāng)ATN＝“1”，若EOI＝“1”時(shí)，則表示數(shù)據(jù)總線上是設(shè)備識(shí)別信息，即可得到請(qǐng)求服務(wù)的設(shè)備編碼。17(5)REN(RemoteEnable)：遠(yuǎn)程控制線。該信號(hào)為低電平時(shí)，系統(tǒng)處于遠(yuǎn)程控制狀態(tài)，設(shè)備面板開關(guān)，按鍵均不起作用；若該信號(hào)為高電平，則遠(yuǎn)程控制不起作用，本地面板控制開關(guān)，按鍵起作用。184.6.4IEEE488總線傳送數(shù)據(jù)時(shí)序

1.握手信號(hào)及連接結(jié)構(gòu)IEEE488總線上數(shù)據(jù)傳送采用異步方式，即每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)都要利用DAV，NRFD和NDAC這3條信號(hào)線進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)。“0”“1”DAVNRFDNDAC＋5V講者聽者1聽者2假如聽者1未準(zhǔn)備好，聽者2準(zhǔn)備好。192.時(shí)序關(guān)系從時(shí)序圖可見，總線上每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，就有一次DAV，NRFD和NDAC3線握手過(guò)程。目前在自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)中IEEE488總線雖仍然廣泛使用，但由于它的數(shù)據(jù)總線只有8位寬，系統(tǒng)的最高傳輸速率只有1MB/s，體積也較大。因此往往不能適應(yīng)現(xiàn)代科技和生產(chǎn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的需要。有效(沒(méi)有準(zhǔn)備好)無(wú)效(準(zhǔn)備好)有效數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)DBNDACDAVNRFD204.7ATA／IDE接口標(biāo)準(zhǔn)4.7.1概述1.硬盤硬磁盤機(jī)自1956年問(wèn)世以來(lái)，得到了飛速的發(fā)展，在存儲(chǔ)容量，存取速度以及性能上都有重大改進(jìn)。它是目前在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中占統(tǒng)治地位的外存儲(chǔ)器，直接與主機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)工作。

PC機(jī)使用的硬磁盤機(jī)大多是采用溫徹斯特（Winchester）技術(shù)的固定盤式的磁盤機(jī)，簡(jiǎn)稱溫盤機(jī)或固定盤。它把磁頭部件、小車、導(dǎo)軌、主軸和盤片制成一個(gè)不可拆卸的密封整體，工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起。采用這種技術(shù)使硬磁盤機(jī)的盤、頭壽命提高，存取快速可靠，而且成本也較低。21大約在1986年左右，硬磁盤機(jī)的結(jié)構(gòu)有一重大改進(jìn)。以前，硬盤機(jī)專指硬盤驅(qū)動(dòng)器，而硬盤控制器在硬盤適配器中，二者用電纜連接。1986年左右，由Compag（康柏）公司和WesternDagital（西數(shù)）公司聯(lián)手對(duì)老式硬盤機(jī)進(jìn)行了改進(jìn)，將硬盤控制器與硬盤驅(qū)動(dòng)器集成在一起。當(dāng)前的硬盤機(jī)已多是這種結(jié)構(gòu)了。

22希捷硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)232.硬盤接口的發(fā)展史最早用于PC的硬盤接口是ST-506/412，它是由希捷公司開發(fā)的一種硬盤接口。這種接口把磁盤的編解碼器位于PC插槽上的磁盤控制卡上，用一個(gè)34芯的控制電纜（Controlcable）接頭和一個(gè)20芯的數(shù)據(jù)電纜（Datacable）把硬盤連接起來(lái)。在早期PC如IBMPC/XT和PC/AT上，使用的硬盤就是以ST－506/412為接口的硬盤。這種接口由于使用“改進(jìn)調(diào)頻制”（MFM）來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)編解碼，所以也常稱為MFM硬盤。它支持的傳輸速度和穩(wěn)定性都不高，因此到了1987年左右這種接口就基本上被淘汰了。24ST-506/412問(wèn)世之后不太久，硬盤接口技術(shù)出現(xiàn)了ESDI（EnhancedSmallDriveInterface）接口，它是邁拓公司于1983年開發(fā)完成，其設(shè)計(jì)目的是升級(jí)和改進(jìn)ST506。它的特點(diǎn)是將磁盤數(shù)據(jù)編解碼器放在硬盤本身之中而不是在控制卡上，使硬盤的穩(wěn)定性和速度都得到了提高。ESDI和ST506一樣仍然使用兩根電纜來(lái)連接硬盤，不過(guò)電纜的定義做了改變。ESDI的理論傳輸速度是ST-506/412接口的2-4倍，一般可達(dá)到10Mbps。當(dāng)時(shí)許多PC品牌機(jī)都使用了ESDI接口，并一直使用到九十年代初。上述兩種接口雖然比較原始，但在硬盤接口技術(shù)的發(fā)展上，對(duì)規(guī)范硬盤接口標(biāo)準(zhǔn)起到了非常重要的作用，它們使PC硬盤的硬件兼容性得到了保證25對(duì)于ATA硬盤接口技術(shù)發(fā)展來(lái)說(shuō)，有實(shí)質(zhì)意義上的飛躍當(dāng)屬IDE接口的推出。并行ATA技術(shù)是一個(gè)關(guān)于IDE（IntegratedDriveElectronics）的技術(shù)規(guī)范族。最初，IDE只是一項(xiàng)企圖把控制器與盤體集成在一起為主要意圖的硬盤接口技術(shù)。安裝時(shí)不再需要磁盤控制器接口卡，只需要一根電纜。實(shí)踐表明，這種技術(shù)由于減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院退俣鹊玫搅颂岣摺Ｕ腔谒哂械闹T多優(yōu)點(diǎn)與好處，當(dāng)前個(gè)人電腦上使用的硬盤中，絕大多數(shù)都是IDE兼容的。26

由美國(guó)的Cornice公司所開發(fā)的僅有1英寸的1.5GB手提式設(shè)備專用硬盤已經(jīng)走上市場(chǎng)開始大批量生產(chǎn)。

CorniceSE硬盤，它以兼?zhèn)溆脖P驅(qū)動(dòng)器的大容量和快速閃存的價(jià)格的兩方面優(yōu)熱。將成為下一代小型存儲(chǔ)設(shè)備。它的尺寸為5毫米x42.8毫米x36.4毫米，具有1.5GB的容量。最新、最小的硬盤27在早期的IDE之后，西部數(shù)據(jù)公司在IDE原有基礎(chǔ)上制定了增強(qiáng)版IDE（EIDE，EnhancedIDE）。EIDI增加了2種PIO和2種DMA模式，把最高傳輸率提高到了16.7MB/s，同時(shí)引進(jìn)了LBA（LogicalBlockAddress邏輯塊地址）地址數(shù)據(jù)訪問(wèn)方式，突破了老BIOS固有504MB的限制，支持最高可達(dá)8.1GB的硬盤。LBA概念的引進(jìn)突破了硬盤按照CHS（柱面、磁頭、扇區(qū)）方式訪問(wèn)硬盤的老觀念，為適應(yīng)以后硬盤容量的快速增長(zhǎng)打下了的良好基礎(chǔ)?，F(xiàn)在只要你的電腦支持EIDE，就可以在CMOS設(shè)置中找到LBA（LBA，LogicalBlockAddress）或（CHS，Cylinder,Head,Sector）的設(shè)置。EIDE支持的硬盤數(shù)目也有增加，它允許主板上具有兩個(gè)插口，每個(gè)插口可以分別連接一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備，從而可以支持四個(gè)IDE設(shè)備。28隨著IDE/EIDE得到的日益廣泛的應(yīng)用，全球標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議將該接口自誕生以來(lái)使用的技術(shù)規(guī)范歸納成為全球硬盤標(biāo)準(zhǔn)，這樣就產(chǎn)生了ATA（AdvancedTechnologyAttachment）。硬盤接口在并行ATA標(biāo)準(zhǔn)上的發(fā)展，從ATA-1一直發(fā)展到了ATA-6標(biāo)準(zhǔn)。在最早的ATA-1中一共規(guī)定了3種PIO模式和4種DMA模式（DMA并沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用），速度最高不超過(guò)8.3MByte/s；

ATA-2是對(duì)ATA-1的擴(kuò)展，它增加了2種PIO和2種DMA模式，把最高傳輸率提高到了16.7MB/s，實(shí)際上，它就是對(duì)西部數(shù)據(jù)公司制定的EIDE接口規(guī)范化。29而后的ATA標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，推出了廣為人知的UltraDMA33、UltraDMA66，這兩種接口分別被劃為ATA-3、ATA-4規(guī)范中，其中ATA-3支持的最高傳輸率為33MB/s。也正是從ATA-3（UltraDMA33）起，PC才開始廣泛地真正使用DMA來(lái)進(jìn)行硬盤數(shù)據(jù)傳輸。而ATA-4是從2001年開始，成為PC機(jī)硬盤的主流接口類型，和ATA-3相比，將系統(tǒng)支持的最高傳輸率提高了一倍?，F(xiàn)在市場(chǎng)上主流硬盤接口使用的UltraDMA100，屬于ATA-5規(guī)范，顧名思義，它支持的最高傳輸率為100MB/s，將硬盤帶寬進(jìn)一步拓寬至100MB/s。最近邁拓公司推出的ATA/133接口類型如果正式被列為標(biāo)準(zhǔn)則將會(huì)是屬于ATA-6規(guī)范，它支持的最高數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/s。30縱觀并行ATA標(biāo)準(zhǔn)，自ATA-1到ATA-6標(biāo)準(zhǔn)，IDE硬盤接口的技術(shù)核心一直都沒(méi)怎么變化，即都是在西部數(shù)據(jù)公司制定的IDE/EIDE基礎(chǔ)上不斷改良而產(chǎn)生，它們都屬于并行ATA接口。而在系統(tǒng)中使用的連接電纜一共也只有兩種，自ATA-4（UltraDMA66）起硬盤的接口電纜由40針40芯變?yōu)?0針80芯的接口電纜。隨著并行ATA接口的不斷提速，在40針80芯的電纜上的速度極限到底有多大呢？多數(shù)硬盤業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為并行ATA的最高傳輸率將不超過(guò)200MB/s。并行ATA接口性能極限的冰山已經(jīng)已經(jīng)浮出水面，基于這樣的原因，英特爾公司聯(lián)合西部數(shù)據(jù)公司（WesternDigital）等幾大硬盤廠商共同制定了SerialATA接口（串行ATA）。31完全不同于并行ATA接口，串行ATA以連續(xù)串行的方式傳送資料，在同一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)只會(huì)有1位數(shù)據(jù)傳輸。這種技術(shù)極大地簡(jiǎn)化了接口的針腳數(shù)目，只用四個(gè)針就完成了所有的工作。串行ATA工作的時(shí)候，第1針發(fā)出數(shù)據(jù)、第2針接收數(shù)據(jù)、第3針向硬盤供電、第4針為地線。和我們的習(xí)慣性思維帶來(lái)的想法相反，這種串行接口技術(shù)將提供比并行接口技術(shù)更高的傳輸速率，還將同時(shí)降低電力消耗，減小發(fā)熱量。32Molex的SerialATA連接線及插頭、插座SerialATA連接使機(jī)箱內(nèi)部空間整潔33在2001年秋季的開發(fā)者論壇（IDF2001）上，串行ATA被正式確立為硬盤接口新標(biāo)準(zhǔn)：SerialATA1.0。在本屆IDF上，英特爾確定的最初版本串行ATA支持最高傳輸率為150MB/s。盡管這只是這項(xiàng)新技術(shù)的“入門級(jí)”技術(shù)指標(biāo)，也比邁拓公司制定的ATA/133標(biāo)準(zhǔn)還高了一些，而它的最終目標(biāo)將是實(shí)現(xiàn)600MB/s的外部數(shù)據(jù)傳輸率。鑒于串行ATA的特點(diǎn)及其潛在的技術(shù)發(fā)展能力，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為SerialATA將會(huì)取代并行ATA接口類型成為將來(lái)硬盤的主流接口類型。34

串行ATA技術(shù)將會(huì)減少平臺(tái)成本并提高性能，同時(shí)支持從并行ATA技術(shù)的無(wú)縫過(guò)渡。串行ATA將會(huì)在未來(lái)的數(shù)代里提供更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，從1.5Gbps開始，并可以擴(kuò)展到2倍、4倍和4倍以上。與此同時(shí)，串行ATA是一項(xiàng)與現(xiàn)有的并行ATA軟件驅(qū)動(dòng)程序兼容并且無(wú)需修改就可以在標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)上運(yùn)行的解決方案。串行ATA設(shè)備的配置將會(huì)更加簡(jiǎn)單，使目前對(duì)跨接線和設(shè)定值的要求將不再必要。串行SATA提供的存儲(chǔ)接口將滿足未來(lái)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和連接集中系統(tǒng)在存儲(chǔ)方面的需要，SATA同時(shí)還將激勵(lì)計(jì)算機(jī)制造商使用更小的連接器，用更低的電壓來(lái)對(duì)現(xiàn)存在并行ATA技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。35從目前來(lái)看，SerialATA唯一的不足就是：

每條通道只能連接一臺(tái)設(shè)備正是由于SerialATA采用的是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議，這使得主/從（master/slave）的概念在也不存在了，并且，每部驅(qū)動(dòng)器再也無(wú)需共享帶寬了。36硬盤接口特性及其發(fā)展簡(jiǎn)表接口名稱傳輸速率連接方式ATA-140針電纜連接單字節(jié)DMA02.1MByte/sPIO-03.3Mbyte/s單字節(jié)DMA1，多字節(jié)DMA04.2MByte/sPIO-15.2MByte/sPIO-2，單字節(jié)DMA28.3MByte/sATA-240針電纜連接PIO-311.1MByte/s多字節(jié)DMA113.3MByte/sPIO-4，多字節(jié)DMA216.6MByte/sATA-340針電纜連接多字節(jié)DMA3，UltraDMA3333.3MByte/sATA-440針80芯電纜連接UltraDMA6666.7MByte/sATA-540針80芯電纜連接UltraDMA100100.0MByte/sATA-640針80芯電纜連接UltraDMA133133.0MByte/sSerialATA1.04針電纜連接SerialATA1.0150MByte/s374.7.2ATA／IDE接口標(biāo)準(zhǔn)1.ATA/IDE接口ATA即ATAttachment（AT嵌入式）的縮寫，它是IDE（IntegratedDriveE1ectronics）類硬盤的特定接口標(biāo)準(zhǔn)。

ATA硬盤適配器卡相對(duì)于早期的接口變得異常簡(jiǎn)單（當(dāng)然，往往已不是一塊單獨(dú)的插卡了，而是多功能卡的一部分），插入AT機(jī)的總線擴(kuò)充槽內(nèi)，與ISA總線相連。硬盤適配器卡用一個(gè)40芯的扁平電纜與（最多兩個(gè)）IDE硬盤相接。這個(gè)40線（40個(gè)引腳中，20號(hào)引腳是鍵位）的接口標(biāo)準(zhǔn)即稱為ATA接口標(biāo)準(zhǔn)。

3839ATA接口信號(hào)線有16位數(shù)據(jù)線，ISA總線的地址信號(hào)經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng)ATA的兩個(gè)芯片選擇信號(hào)（CS0，CS1）和三個(gè)設(shè)備選擇信號(hào)（DA2，DA1，DA0），用來(lái)選擇硬盤機(jī)的I／O端口。一般是0號(hào)硬盤機(jī)的地址為1FXH，1號(hào)硬盤機(jī)的地址為3FXH。使用硬件可屏中斷IRQ14。一般不使用DMA傳送方式而采用PIO傳送方式，支持的三種PIO方式是PIO0，1，2，它們的最小總線周期分別是600，383，240ns。限定每個(gè)硬盤機(jī)的最大容量為528MB。

上表列出ATA接口的引腳信號(hào)，并與ISA總線信號(hào)作了一個(gè)比較，不難看出，ATA信號(hào)只不過(guò)是AT總線信號(hào)的一個(gè)子集，換句話說(shuō)，它把適配器的大部分功能都移入到硬盤機(jī)內(nèi)，從而工作更加可靠，而且接口價(jià)格低廉、使用更加方便。因此，ATA／IDE作為一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在硬盤領(lǐng)域中獲得了巨大成功，并沿用至今。

2.ATA/IDE接口信號(hào)404.7.2ATA-2／EIDE標(biāo)準(zhǔn)1.ATA/IED類接口標(biāo)準(zhǔn)傳輸方式隨著軟件的發(fā)展，ATA/IDE標(biāo)準(zhǔn)的硬盤其速度和容量已不能滿足需要。硬盤驅(qū)動(dòng)器工業(yè)組織以SFF（SmallFormFactor）的名義在1993年推出了一個(gè)增強(qiáng)型ATA接口標(biāo)準(zhǔn)，即ATA-2標(biāo)準(zhǔn)或稱EIDE標(biāo)準(zhǔn)。

41422.ATA-2／EIDE標(biāo)準(zhǔn)的特點(diǎn)（1）支持每臺(tái)硬盤機(jī)的最大容量可達(dá)8GB。

（2）適配器卡又增加了輔助的第二個(gè)40腳的插座，以扁平電纜菊花鏈方式又可接兩臺(tái)硬盤機(jī)，端口地址是17Xh和37Xh，使用IRQ15硬件中斷，這樣，EIDE的適配器卡最多可連接4臺(tái)硬盤機(jī)。

（3）PIO方式，除原有的PIO0，1，2方式外，又增加了快速的PIO方式：PIO3和PIO4。（4）DMA方式在ATA／IDE標(biāo)準(zhǔn)中是一種可選方式，新標(biāo)準(zhǔn)將其規(guī)范化并分為單字DMA方式和多字DMA方式。單字DMA方式是每次DMA請(qǐng)求下只傳送一個(gè)16位的字，稱為周期竊取。多字DMA方式是只要DMA請(qǐng)求信號(hào)保持有效，就將不斷傳送16位的字，直到終止計(jì)數(shù)。多字DMA方式是一種猝發(fā)式傳送。43

DMA方式依據(jù)DMAC的位置還分為第一方DMA（firspartyDMA）和第三方DMA（thirdpartyDMA）兩種類型。第三方DMA是指在主板上的DMA控制器（DMAC）下完成DMA傳送。第一方DMA是指適配器卡本身就提供DMA控制邏輯，即硬盤機(jī)和適配器卡一起可作為總線的主設(shè)備去競(jìng)爭(zhēng)總線。

（5）原來(lái)的ATA標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)不足是它只支持硬盤，隨著CD-ROM和廉價(jià)的磁帶機(jī)出現(xiàn)，又推出一個(gè)低成本的ATAPI（ATAttachedPackedInterface）接口標(biāo)準(zhǔn)，在相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序支持下，具有ATAPI標(biāo)準(zhǔn)的CD-ROM和磁帶機(jī)都可直接接在ATA類接口上，而且具有較高的性能。

444.8SCSI接口標(biāo)準(zhǔn)4.8.1SCSI技術(shù)綜述1.SCSI技術(shù)介紹

小型計(jì)算機(jī)接口SCSI(Small

Computer

System

Interface)

是美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會(huì)

ANSI(American

National

Standards

Institute)

的標(biāo)準(zhǔn),

它定義了一種輸入/輸出(Input/Output)總線和邏輯接口。

邏輯接口用來(lái)支持計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備互聯(lián)的總線。

SCSI

的主要目標(biāo)是提供一種設(shè)備獨(dú)立的機(jī)理用來(lái)連接主機(jī)和訪問(wèn)設(shè)備。

SCSI

設(shè)計(jì)成提供一種有效的同等的

I/O

總線

,

用來(lái)支持多個(gè)設(shè)備,

包括一個(gè)或多個(gè)主機(jī)。

這樣

,

通過(guò)單一的

SCSI

接口

,

不同的磁盤設(shè)備、磁帶設(shè)備、打印機(jī)、光介質(zhì)設(shè)備和其它的設(shè)備能增加到主機(jī)系統(tǒng)中

,

而不需要去修改一般的系統(tǒng)硬件或軟件。45SCSI

是在寬數(shù)據(jù)傳輸速率范圍內(nèi)工作的本地

I/O

總線。

SCSI

規(guī)范允許一系列不同的物理互聯(lián)配置。

SCSI

總線的物理長(zhǎng)度和所能達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率依賴于實(shí)際所選的物理配置。

對(duì)于利用并聯(lián)銅線互聯(lián)的方案,其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍從5MByte/s到80MByte/s，對(duì)應(yīng)的SCSI總線長(zhǎng)度最大是

25m,

最小為

1.5m

。對(duì)于利用串行光纖互聯(lián)的方案，SCSI設(shè)備間最遠(yuǎn)可分離到3Km,

最高數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在可達(dá)100MByte/S,

將來(lái)會(huì)達(dá)到更高的速率。

SCSI是優(yōu)越的高速總線技術(shù)，用于系統(tǒng)和外設(shè)之間互聯(lián)和建立外設(shè)子系統(tǒng)。

SCSI接口支持

UNIX、NT系統(tǒng)，SCSI

接口適用的系統(tǒng)范圍從桌面的

PC

機(jī)到多處理器的超級(jí)計(jì)算機(jī)。462.SCSI的歷史和演變

SCSI的來(lái)源可追溯到60年代IBM大型機(jī)系統(tǒng)的I／O通道結(jié)構(gòu)。智能的I／O通道使CPU擺脫了對(duì)各種設(shè)備的煩瑣控制。iSugartAssociates公司繼承了這種I／O通道思想，設(shè)計(jì)了一種低成本的對(duì)等（Peer-to-Peer）接口，稱為SASI(ShurgartAssociatesSystemInterface)。這是SCSI的雛形。對(duì)磁盤而言，SASI

定義了邏輯級(jí)的接口而不是設(shè)備級(jí)

,

這種邏輯級(jí)的接口從系統(tǒng)角度看可使磁盤設(shè)備系統(tǒng)獨(dú)立于實(shí)際的磁盤物理設(shè)備,

允許不同的公司獨(dú)立地開發(fā)系統(tǒng)和外設(shè)

,

并可能一起使用。這種思路在以后成功地開發(fā)開放系統(tǒng)的平臺(tái)中起了一定作用。47i1978年，ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局）負(fù)責(zé)I/O標(biāo)準(zhǔn)化的小組開始討論小型計(jì)算機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)接口，SASI被提交給了ANSI小組。被

ANSI

拒絕。i在被ANSI拒絕后，系統(tǒng)制造商N(yùn)CR和

Shugart

Associates

共同改進(jìn)SASI。i1982年，SASI再次被提交給ANSI，ANSI把它作為小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口(SCSI)

標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。i1983年，SCSI規(guī)范成熟的標(biāo)志是NCR公司開始交付第一片SCSI芯片。iANSI于1986年批準(zhǔn)了最初版本標(biāo)準(zhǔn)（ANSIX．131-1986），(也被稱為SCSI-1)。i最初規(guī)范的改進(jìn)版本(也被稱為SCSI-2)于1994年完成。iANSI委員會(huì)現(xiàn)在正在制定SCSI-3。近期，SCSI-3的部分規(guī)范已被同意,其他仍在討論之中。483.SCSI-1技術(shù)介紹SCSI-1的規(guī)范定義了一種工作于最高速率為5MHz,8位寬共享總線的邏輯接口。

8個(gè)不同的設(shè)備可連接在同一條

SCSI-1

的物理總線上

,

可把設(shè)備連接成菊花狀形成總線，或在背板中實(shí)現(xiàn)。在菊花狀連接的情況下,

設(shè)備用電纜連接在一起,

總線兩端被終結(jié)。在背板實(shí)現(xiàn)的情況下,

設(shè)備可插進(jìn)背板或通過(guò)插頭連接到背板。49SCSl－1性能特點(diǎn)：（1）接口總線由8條數(shù)據(jù)線、一條奇偶校驗(yàn)線和9條控制線組成。使用50芯電纜，規(guī)定了兩種電氣條件，即不平衡型（單端驅(qū)動(dòng)，電纜最長(zhǎng)6m）和平衡型（差分驅(qū)動(dòng)，電纜最長(zhǎng)25m）。

（2）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸方式有異步方式（缺省方式）和同步方式?？偩€時(shí)鐘頻率為5MHZ，于是，異步方式和同步方式的最高數(shù)據(jù)傳輸率分別是2．5MB／s和5MB／s。

（3）SCSI接口總線以菊花鏈形式最多連接8臺(tái)設(shè)備。在PC中的結(jié)構(gòu)通常是：由一個(gè)主適配器HBA（HostBusAdapter）與最多7臺(tái)外圍設(shè)備相接，HBA也算作1個(gè)SCSI設(shè)備，由HBA經(jīng)系統(tǒng)總線如PCI與CPU連通，如圖所示。50（4）每個(gè)SCSI設(shè)備有自己的唯一設(shè)備號(hào)（ID0～7）。ID為7的設(shè)備具有最高優(yōu)先權(quán)，0為最低，SCSI采用分布式總線仲裁策略，在仲裁階段，競(jìng)爭(zhēng)的設(shè)備以自己的設(shè)備號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)線中相應(yīng)的位線（如，ID為7的設(shè)備驅(qū)動(dòng)DB7線），并與數(shù)據(jù)線上的值進(jìn)行比較。于是，SCSI設(shè)備的仲裁邏輯較為簡(jiǎn)捷，而且SCSI的總線選擇（或再選擇）階段，啟動(dòng)設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備的設(shè)備號(hào)能同時(shí)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上。51（5）SCSI設(shè)備是實(shí)際連接在SCSI總線上的智能設(shè)備，即除主適配器外，其他SCSI設(shè)備實(shí)際是外圍設(shè)備的適配器或控制器。每個(gè)適配器或控制器通過(guò)各自的設(shè)備級(jí)I/O線連接一臺(tái)或幾臺(tái)同類型的外圍設(shè)備，例如一個(gè)SCSI磁盤控制器可能去掛接兩臺(tái)硬盤驅(qū)動(dòng)器，標(biāo)準(zhǔn)允許每個(gè)SCSI設(shè)備最多有8個(gè)邏輯單元，每個(gè)邏輯單元可以是物理設(shè)備也可以是虛擬設(shè)備。每個(gè)邏輯單元有一個(gè)邏輯單元號(hào)LUN（LogicalUnitNumber），從0到7。6）由于SCSI設(shè)備是智能設(shè)備，對(duì)SCSI總線（以至主機(jī)）屏蔽了實(shí)際外設(shè)的固有物理屬性（如磁盤的柱面數(shù)、磁頭數(shù)等參數(shù)），各SCSI設(shè)備之間就可用一套標(biāo)準(zhǔn)的命令進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，也為設(shè)備的升級(jí)或系統(tǒng)的系列化提供了靈活的處理手段。

52（7）SCSI設(shè)備之間是一種對(duì)等關(guān)系，而不是主從關(guān)系，SCSI設(shè)備可分為啟動(dòng)（initiator）設(shè)備和目標(biāo)（target）設(shè)備，啟動(dòng)設(shè)備是發(fā)命令的設(shè)備，目標(biāo)設(shè)備是接受并響應(yīng)命令的設(shè)備，但啟動(dòng)設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備是依當(dāng)時(shí)總線運(yùn)行狀態(tài)來(lái)劃分的，而不是預(yù)先規(guī)定的?？傊?，SCSI是系統(tǒng)級(jí)通信接口，是處于主適配器和智能設(shè)備控制器之間的并行I／O接口總線。一塊主適配器可以接7臺(tái)具有SCSI接口的設(shè)備，而且這些設(shè)備可以是類型完全不同的設(shè)備，主適配器卻只占主機(jī)的一個(gè)槽口。534.有關(guān)SCSI數(shù)據(jù)傳輸速率的說(shuō)明SCSI-15MByte/s的數(shù)據(jù)傳輸速率只是一計(jì)算值，是指理論上可達(dá)到的最大速率。實(shí)際上由于各種原因，從來(lái)不可能達(dá)到上述速率。主要原因有

:規(guī)范允許傳輸速率低于

5MHz,

速率可由兩個(gè)通信設(shè)備中速率較慢的設(shè)備定義

;

SCSI

允許數(shù)據(jù)以互鎖

(

異步

,Asychronous)

方式傳輸

,

導(dǎo)致吞吐率降低

在兩個(gè)設(shè)備建立連接期間

,

在傳輸命令和狀態(tài)信息期間

,

不能傳輸數(shù)據(jù)

,

因此所能達(dá)到的合計(jì)吞吐率大大低于計(jì)算的數(shù)據(jù)傳輸率

;

545.SCSI-21990年開始，為提高數(shù)據(jù)傳輸率和改善接口的兼容性，開始提出SCSI-2標(biāo)準(zhǔn)。SCSI-2標(biāo)準(zhǔn)又分為四類。第一類是只遵從更嚴(yán)格的擴(kuò)展的SCSI-2命令集，最高數(shù)據(jù)傳輸率仍為5MB／s；第二類是FastSCSI-2，通過(guò)提高時(shí)鐘速率將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到10MB／s，仍然使用50芯電纜；第三類是WideSCSI-2，通過(guò)把數(shù)據(jù)線寬度提高到16位乃至32位，不提高時(shí)鐘速率，即可將最高數(shù)據(jù)傳輸率提高到10MB／s乃至20MB／s。55WideSCSI-2適配器卡目前用得較多，使用68芯電纜和高密度連接器?？ǖ捻敳坑?0芯和68芯連接器供機(jī)箱內(nèi)部使用，卡的側(cè)背部（露在機(jī)箱背面）是68芯連接器。供機(jī)外使用；第四類是FastWideSCSI-2，同時(shí)提高時(shí)速速率和數(shù)據(jù)線寬度，最高數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)40MB／s，采用68芯電纜。SCSI-2擴(kuò)充了SCSI-1的命令集，對(duì)電纜采用有源終端器。

566.SCSI-3不待SCSI-2正式標(biāo)準(zhǔn)脫稿，ANSI己開始著手制訂SCSI-3標(biāo)準(zhǔn)了。該標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)主要工作是把前面的報(bào)告更加標(biāo)準(zhǔn)化，更加精確他說(shuō)明SCSI是如何工作的。SCSI-3將SCSI總線結(jié)構(gòu)分成三層：最底層是物理層（physicallayer），定義了所使用的電纜和連接器；第二層是協(xié)議層（protocallayer），描述信號(hào)應(yīng)如何組織、編排以實(shí)現(xiàn)信息包的傳送；第三層是結(jié)構(gòu)層（architecturelayer），闡述命令請(qǐng)求是如何組織、排隊(duì)和被響應(yīng)的。結(jié)構(gòu)層支持的命令有基本命令（所有SCSI設(shè)備都必須支持的命令）和可選命令（專門用于某一類設(shè)備的特有命令）。

57SCSI-3并不打算提出新的性能標(biāo)準(zhǔn)，基本的數(shù)據(jù)線寬度定為16位，基本的最高數(shù)據(jù)傳輸率定為20MB／s。但它顯著的一個(gè)變化是發(fā)展了串行SCSI。串行SCSI使用串行而非并行鏈路介質(zhì)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。串行鏈路介質(zhì)可以是6芯電纜或光纖，使用類似FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）和ATM（異步傳輸模式）的方法，使串行數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到640兆位/秒（電纜）或1吉位/秒（光纖）。

SCSI總線更適合于高速外圍設(shè)備。SCSI的不足是：硬件較昂貴，并需要通用設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序（負(fù)責(zé)主適配器和操作系統(tǒng)通訊）和各類設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序模塊的支持，這些軟件的安裝也較為麻煩。

587.SCSI的術(shù)語(yǔ)在

SCSI

總線上的任何兩臺(tái)設(shè)備，可通過(guò)建立連接、交換控制信息和傳送數(shù)據(jù)的方式進(jìn)行相互間通信。啟動(dòng)連接的設(shè)備稱之為初始者(Initiator),

初始者連接的目標(biāo)設(shè)備稱之為目標(biāo)(Target)

。

SCSI

規(guī)范允許和總線相連的任何設(shè)備都可具有支持初始者和目標(biāo)功能。在SCSI

規(guī)范中所描述的術(shù)語(yǔ)“設(shè)備”

既可以指主機(jī)系統(tǒng),

也可以指與

SCSI

總線相連的外設(shè)系統(tǒng)。實(shí)際上,

主機(jī)系統(tǒng)接口通常用來(lái)啟動(dòng)總線上的通信

,

而外設(shè)往往是通信的目標(biāo)。59SCSI總線上的任何設(shè)備可通過(guò)唯一的SCSI識(shí)別號(hào)(SCSI

ID)來(lái)識(shí)別。SCSI

ID和總線的位寬對(duì)應(yīng)。當(dāng)

SCSI-1

總線只有

8

位寬時(shí),

最大可尋址

8

個(gè)設(shè)備

(ID

0

到

ID

7)。為了減少這些尋址方式的限制，SCSI

允許每一個(gè)目標(biāo)被分為邏輯單元(LUN,LogicalUnits)

。每一個(gè)目標(biāo)可分為邏輯單元的最大數(shù)量為

8(LUN

0

到

LUN

7)。如果目標(biāo)是一個(gè)支持多個(gè)子單元(如一定的

RAID

系統(tǒng))的控制器時(shí)，或如果目標(biāo)還支持分散的控制或管理接口時(shí)，將目標(biāo)劃分為邏輯單元是非常有用的。實(shí)際上，大多數(shù)SCSI-1磁帶設(shè)備和大量的磁盤設(shè)備僅僅支持單一的LUN(LUN

0)。60SCSI-1規(guī)范中描述的總線最高工作速率為5MHz,

也就是說(shuō)，每秒有5M個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期。一些資料使用術(shù)語(yǔ)

“megatransfers”來(lái)描述總線的周期速率。由于SCSI-1總線是

8位寬，總線的數(shù)據(jù)傳輸速率為

5MByte/s。SCSI

標(biāo)準(zhǔn)支持兩種類型的電氣接口配置：“Single-ended”（單端方式）和“Differential”（差分方式）?！癝ingle-ended”總線的每一信號(hào)，均以一根信號(hào)線進(jìn)行傳輸，為TTL邏輯?！癉ifferential”總線的每一信號(hào)，均以差分信號(hào)的形式在一對(duì)信號(hào)線上進(jìn)行傳輸，總線信號(hào)的接收/發(fā)送需要差分接收器/差分發(fā)送器。61相對(duì)于“Single-ended”，“Differential”接口連線多，連接器復(fù)雜，差分接收/發(fā)送器昂貴；但信號(hào)以差分方式傳輸，抗干擾能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)。Single-ended總線的總長(zhǎng)度最長(zhǎng)為6m，Differential總線的總長(zhǎng)度最長(zhǎng)

25m。如果沒(méi)有使用特殊的轉(zhuǎn)換器,Single-ended接口或總線不能和Differential接口或總線互聯(lián)。62SCSI-2

規(guī)范允許的總線寬度從

8-bit(1

byte)

到

16-bit(

2

byte)。因此：術(shù)語(yǔ)“Wide”(寬帶)用來(lái)指16-bit帶寬的總線；術(shù)語(yǔ)“Narrow”(窄帶)指8-bit帶寬的總線；寬帶連接接口有68針(68pin)；窄帶通常是50針(50pin),在一些特別情況下,可能會(huì)少一些。63SCSI-2將最大數(shù)據(jù)傳輸周期增加到10MHz，在5MHz到10MHz范圍內(nèi)工作的總線被稱為"Fast“。由于增加了"Fast"和"

Wide"的屬性,現(xiàn)在有Fast

SCSI、Wide

SCSI和Fast

WideSCSI：對(duì)于Fast

SCSI,帶寬為8-bit,能支持8個(gè)設(shè)備,最大數(shù)據(jù)傳輸速率為10MB/s；

Wide

SCSI帶寬為16-bit,能支持16個(gè)設(shè)備,最大數(shù)據(jù)傳輸速率為10MB/s；

Fast

Wide

SCSI帶寬為16-bit,能支持16個(gè)設(shè)備,最大數(shù)據(jù)傳輸速率為20MB/s。64

SCSI-3現(xiàn)在支持三種串行接口:1394(也被稱為Firewire),光纖通道(Fibre

Channel),串行存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)(Serial

Storage

Architecture)。

SCSI-3還繼續(xù)適應(yīng)并行銅導(dǎo)線接口,由于驅(qū)動(dòng)器和接收器技術(shù)的進(jìn)步,已經(jīng)允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷谠黾拥矫棵?0MHz(Ultra),最高可到40

MHz(Ultra2)。對(duì)于Fast,Ultra和Ultra2：支持8-bit定義、最大可訪問(wèn)的設(shè)備數(shù)量為8個(gè)的Ultra

SCSI和Ultra2

SCSI；支持16-bit的定義、最大可訪問(wèn)的設(shè)備數(shù)量為16個(gè)的(Wide

Ultra

SCSI,Wide

Ultra2

SCSI),65

對(duì)于Ultra

SCSI、Wide

Ultra

SCSI、Ultra2

SCSI和

Wide

Ultra2

SCSI，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率分別為20MB/s、40MB/s和80MB/s。為了支持Ultra2,一種匯集了Single-ended

和Differential優(yōu)點(diǎn)的新的收發(fā)器技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn),Low

Voltage

Differential(LVD),在Ultra2傳輸速率下,LVD的最大距離可達(dá)12m。LVD還支持其他的Fast,Wide和Ultra

SCSI類型,最大距離也為12m。664.8.2SCSI的協(xié)議層1.SCSI適配器SCSI總線主適配器HBA和各外設(shè)智能控制器中，都有一個(gè)微處理器和一個(gè)協(xié)議控制器。

微處理器主要負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)層功能，對(duì)命令和狀態(tài)信息進(jìn)行解釋、執(zhí)行和管理，以及啟動(dòng)I／O進(jìn)程，即參加競(jìng)爭(zhēng)、仲裁選擇對(duì)方等。

協(xié)議控制器接受微處理器的操作指令，執(zhí)行SCSI總線操作，直接控制總線的活動(dòng)，包括爭(zhēng)用與放棄總線以及控制總線階段的轉(zhuǎn)變等。由物理層將協(xié)議控制器給出的總線信號(hào)邏輯轉(zhuǎn)換成符合規(guī)定的單端驅(qū)動(dòng)的或差分驅(qū)動(dòng)的電信號(hào)，送往總線電纜。

672.SCSI總線信號(hào)基本SCSI-2和FastSCSI-2使用的50芯電纜中，共有18個(gè)（差分驅(qū)動(dòng)）信號(hào)線，其它為保留、地線和終端器電源（TERMPER）線，這18個(gè)信號(hào)線中，有8個(gè)數(shù)據(jù)線和1個(gè)奇偶校驗(yàn)線，其余9個(gè)是控制信號(hào)線?？刂菩盘?hào)線為：BSY：總線忙（busy）。可被總線任何一個(gè)啟動(dòng)方或目標(biāo)方置為有效，以指示當(dāng)前總線忙（busy）。SEL：用于啟動(dòng)方選擇（select）一個(gè)目標(biāo)方來(lái)執(zhí)行一個(gè)I／O進(jìn)程，或者由目標(biāo)方重新選擇啟動(dòng)方來(lái)恢復(fù)一個(gè)掛起的I／O進(jìn)程，以I／O信號(hào)線指定的方向來(lái)區(qū)分選擇和再選擇。

C／D：由目標(biāo)方用來(lái)指示當(dāng)前數(shù)據(jù)線上是控制（control）信息（包括命令、狀態(tài)、消息）還是數(shù)據(jù)（Data）信息。68I／O：由目標(biāo)方用來(lái)指示當(dāng)前數(shù)據(jù)線上信息傳送方向。邏輯1為至啟動(dòng)方，作為輸入（in）；否則，至目標(biāo)方為輸出（out）。MSG：由目標(biāo)方用來(lái)指示當(dāng)前數(shù)據(jù)線上傳送的是消息（message）。REQ：由目標(biāo)方用來(lái)請(qǐng)求（request）一次數(shù)據(jù)線上的信息傳送。無(wú)論是命令、狀態(tài)、消息還是數(shù)據(jù)，每一次的傳送都要求有REQ／ACK的掛鉤信號(hào)進(jìn)行握手聯(lián)絡(luò)。ACK：由啟動(dòng)方用來(lái)指示對(duì)REQ的認(rèn)可（acknowledge）。不僅異步數(shù)據(jù)傳送時(shí)需要REQ／ACK來(lái)保證，而且同步數(shù)據(jù)傳送也要求REQ／ACK。只不過(guò)同步允許REQ與ACK有一定的偏移值，即目標(biāo)方在收到啟動(dòng)方的ACK之前所允許發(fā)出的最多REQ脈沖數(shù)，達(dá)到此數(shù)還未收到ACK的話，則停止發(fā)送REQ。一個(gè)完整的數(shù)據(jù)傳送階段必須包含相同個(gè)數(shù)的REQ和ACK脈沖。69

ATN：用于啟動(dòng)方通知目標(biāo)方，它有一個(gè)消息要發(fā)送。以此信號(hào)引起目標(biāo)方的注意（attention），目標(biāo)方可進(jìn)入消息輸出階段來(lái)得到此消息。

RST：任何SCSI設(shè)備都可使此信號(hào)有效（并保持至少一個(gè)"復(fù)位保持時(shí)間"）來(lái)復(fù)位（reset）總線，即清除總線的SCSI設(shè)備。復(fù)位可選擇硬復(fù)位或軟復(fù)位方式（預(yù)先設(shè)定），軟復(fù)位可保存未完I／O進(jìn)程的設(shè)備操作模式和設(shè)備權(quán)限保留字。70由上可見，SCSI總線的控制信號(hào)線較少，簡(jiǎn)潔明了。它的突出特點(diǎn)是：雖然是由啟動(dòng)方去參與總線競(jìng)爭(zhēng)，獲勝后選擇目標(biāo)方以開始一個(gè)I／O進(jìn)程，但是無(wú)論是命令、狀態(tài)、消息還是數(shù)據(jù)，這些信息傳送階段的進(jìn)入都是在目標(biāo)方的控制下，而不是在啟動(dòng)方的控制下完成的。下頁(yè)表給出了，在目標(biāo)方控制的MSG，C／D，I／O信號(hào)作用下，數(shù)據(jù)線上傳送的內(nèi)容和傳送方向定義。不僅如此，而且每一次具體的傳送，也都是由目標(biāo)方提出REQ，以啟動(dòng)方回答ACK來(lái)完成握手聯(lián)絡(luò)。除上述5個(gè)信號(hào)以及ATN（由啟動(dòng)方控制）外，其余的3個(gè)控制信號(hào)BSY，SEL和RST，是啟動(dòng)方和目標(biāo)方都可控制的，各SCSI設(shè)備的此3根信號(hào)線是分別"線或"連在一起的。71目標(biāo)方對(duì)數(shù)據(jù)線使用的控制723.SCSI總線階段

總線階段（busphase）是指在完成I／O操作過(guò)程中總線所經(jīng)歷的不同狀態(tài)。為了完成一個(gè)I／O進(jìn)程，SCSI總線及其設(shè)備一般要經(jīng)歷如下的子過(guò)程：申請(qǐng)使用總線，選擇I／O操作對(duì)象，交代I／O任務(wù)，數(shù)據(jù)傳送，返回狀態(tài)信息，消息傳送。為此，SCSl標(biāo)準(zhǔn)定義了八個(gè)總線階段，它們是：

（1）總線空閑階段：以BSY和SEL兩信號(hào)都無(wú)效指示當(dāng)前沒(méi)有任何設(shè)備正在使用總線。73

（2）總線仲裁階段：任何打算爭(zhēng)用總線控制權(quán)的設(shè)備，都可在測(cè)出總線處于空閑階段并經(jīng)歷一定的穩(wěn)定延時(shí)后啟動(dòng)BSY有效（其它信號(hào)都無(wú)效）來(lái)使總線進(jìn)入仲裁階段。并將自己的ID號(hào)送上數(shù)據(jù)線。SCSI采用了一種簡(jiǎn)單而有效的分布式仲裁方式，即只驅(qū)動(dòng)與自己ID號(hào)（例如ID＝7）相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)位線（例如DB7）來(lái)參加競(jìng)爭(zhēng)。在8位總線的情況下，ID號(hào)越大優(yōu)先權(quán)越高，仲裁邏輯較為簡(jiǎn)單，獲得總線控制權(quán)的設(shè)備以啟動(dòng)SEL信號(hào)有效來(lái)結(jié)束總線仲裁階段，立即進(jìn)入選擇階段或再選擇階段。74（3）選擇階段：若爭(zhēng)用總線控制權(quán)獲勝的SCSI設(shè)備是一個(gè)I／O進(jìn)程的啟動(dòng)方，則在總線仲裁階段之后立即進(jìn)入選擇階段，用于啟動(dòng)方選擇目標(biāo)方。此階段開始，BSY、SEL信號(hào)有效，而且I／O信號(hào)繼續(xù)保持邏輯“0”狀況以區(qū)別于再選擇階段。啟動(dòng)方將自己的ID號(hào)和欲選擇目標(biāo)方的ID號(hào)同時(shí)放在數(shù)據(jù)線上，然后撤除BSY信號(hào)。經(jīng)過(guò)一定的穩(wěn)定延時(shí)后，識(shí)別出數(shù)據(jù)線有自己ID號(hào)的設(shè)備知