Fonctionnement et normes de l'interface SCSI

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Interface SCSI

Sur un ordinateur "classique", nous pouvons connecter 4 périphériques (disques durs et CD-Rom) sur plusieurs connecteurs. Si nous désirons connecter plus de périphériques, nous devons avoir recours à l'interface SCSI (Small Computer System Interface). Il s'agit simplement d'une carte contrôleur à insérer sur la carte mère, capable d'accepter 7 ou 15 périphériques (carte comprise), reliés sur un câble plat commun. Cette chaîne de périphérique doit impérativement être équipée d'une résistance de terminaison à ses extrémités. Cela est décrit plus en détail plus bas. Un ordinateur est capable d'accepter un maximum de 4 cartes SCSI. Il existe plusieurs versions du SCSI. La première version, SCSI 1, à été créé en 1986. L'interface a évolué depuis cette date, et plusieurs versions sont apparues au fil des années. A partir du SCSI 2, deux versions des standards sont disponibles. L'une est équipée d'un bus 8 bits et est appelée "Narrow", comprenant de connecteurs 50 broches. La seconde version est appelée "Wide", fonctionne sur un bus de 16 bits et utilise 68 broches. Il existe un nombre particulièrement important de variantes et de versions de l'interface SCSI. Toutes ces variantes sont décrites ci-dessous.

Fast SCSI

Le terme "Fast SCSI" (SCSI rapide) désigne la capacité de transfert haute vitesse des périphériques. Le Fast SCSI permet d'obtenir un taux de transfert théorique de 10Mo par seconde, lorsqu'il est équipé de câbles standards 8 bits. Sa vitesse de transmission peut atteindre 20 et 40 Mo par seconde lorsqu'il est couplé Wide SCSI de 16 ou 32 bits.

Wide SCSI

Le Wide SCSI (SCSI large), permet d'effectuer des transmissions de données sur 16 ou 32 bits. Le câble utilisé pour cette largeur de bus est appelé "câble P", et est aussi utilisé sur le SCSI 3. Ce câble comporte 68 broches.

SCSI asymétrique et différentiel (SE / LVD - HVD)

SCSI asymétrique SE (Single Ended): Le SCSI est habituellement utilisé en SE (Single Ended). Cela correspond simplement à la méthode de transmission des données. Dans le cas du SCSI asymétrique (SE), un seul fil est utilisé pour envoyer chaque signal. La longueur maximale du câble est de 12 mètres.
SCSI différentiel LVD / HVD: Dans le cas d'une transmission LVD (Low Voltage Differentiel) ou HVD (High Voltage Differentiel), le signal est envoyé par deux fils. Le premier transmet simplement le signal, et le second transmet le signal logique inverse. Cela a comme effet de réduire le risque de corruption des données suite à des perturbations électromagnétiques extérieures. Nous pouvons alors utiliser un câble plus long. La longueur maximale du câble atteint 25 mètres. Notez que ce type de transmission est assez rare. Les périphériques utilisant la transmission LVD/HVD sont signalés par l'inscription "DIFF". Un autre moyen de vérifier cela est de mesurer la résistance entre les broches 21 et 22. Dans le cas d'un périphérique différentiel, la résistance mesurée est infinie ou très élevée. Dans le cas d'un périphérique asymétrique la résistance mesurée doit être nulle ou très faible.
Attention, les périphériques SE et LVD/HVD ne peuvent en aucun cas être mélangés sur un même bus SCSI. Cela pourrait détruire définitivement le matériel utilisé.

SCSI 1

SCSI 1 est la première version de l'interface SCSI. Elle a été fabriquée, comme déjà dit, en 1986. Cette première version fonctionne avec une largeur de bus de 8 bits, à la fréquence de 4 MHz. Son taux de transfert théorique maximum est de 5 Mo par seconde. Le SCSI 1 permet de connecter au maximum 7 périphériques. Il n'y a pas d'autres variantes de cette version.

SCSI 2

Le SCSI 2 présente deux variantes: il est utilisé en "Fast SCSI", ou en "Fast Wide SCSI". Le SCSI 1 était capable uniquement d'une vitesse de transfert réduite, n'excedant pas 5 Mo par seconde. Dans la variante "Fast SCSI", le taux de transfert est doublé et passe à 10 Mo par seconde. La fréquence est augmentée et passe à 10 MHz. Le nombre maximal de périphériques est de 7, et la longueur des câbles est réduite de moitié, c'est à dire à 3 mètres. Dans sa seconde variante (Fast Wide SCSI), le SCSI travaille sur un bus de 16 bits, et sa vitesse de transmission est donc doublée. Elle est alors portée à 20 Mo par seconde. Le nombre de périphériques maximal est de 15. Avec le SCSI 1, la carte SCSI ne pouvait envoyer qu'une commande par périphérique. Avec le SCSI 2, l'adaptateur peut envoyer 256 commandes, qui seront stockées et traitées par le périphérique auquel elles sont destinées. Les autres caractéristiques ne changent pas. Le SCSI est compatible avec le SCSI 1.

SCSI 3

La version SCSI 3 est disponible dans un nombre particulièrement important de variantes. Celles-ci sont décrites ci-dessous.
Ultra SCSI: La fréquence du bus est doublée, mais la largeur de bus est réduite de moitié. La vitesse de transmission est donc semblable à celle du SCSI 2 (Fast Wide SCSI), c'est à dire 20 Mo par seconde. Le nombre de périphériques maximum s'élève à 7, et la longueur maximum des câbles est de 1 mètre 50 (SE).
Ultra Wide SCSI: La largeur du bus est doublée, et permet donc un taux de transfert de 40 Mo par seconde. Le nombre maximum de périphériques pouvant être connectés s'élève à 15. La longueur maximale du câble (SE) est de 3 mètres.
Ultra 2 SCSI: La fréquence de bus est à nouveau doublée, ce qui permet d'obtenir une vitesse de transmission deux fois plus élevée, de 80 Mo par seconde.
Ultra 3 SCSI: La largeur du bus est réduite de moitié, et la fréquence est doublée. La vitesse de transmission est donc semblable à l'Ultra 3 SCSI, et reste à 80 Mo par seconde.
Ultra 160: L'Ultra 160 est utilisé en LVD. La fréquence importante génère une plus grande probabilité de corruption des données. Pour cette raison, l'Ultra 160 gère le CRC (Cyclic Redundancy Check), qui est un moyen de vérification de l'intégrité des données, se référant à la taille de celle-ci.
L'une des fonctions de l'Ultra 160 est que la carte est capable de "négocier" avec le périphérique le meilleur taux de transmission pouvant être utilisé. Cela permet donc d'obtenir une vitesse optimale entre la carte et le périphérique.
L'Ultra 160 utilise le "Double transition Clocking". Il s'agit d'un moyen de transmission des données en utilisant le front montant et descendant du signal numérique. Les commandes sont transférées uniquement sur le front montant. Cela permet de doubler la vitesse de transmission. Pour cette raison, la vitesse maximale de l'Ultra 160 est de 160 Mo par seconde.
Ultra 320: L'Ultra 320 a une façon différente de gérer les données. Le protocole "Packetized SCSI" est chargé de gérer les paquets de données, en utilisant les fronts montants et descendants du signal numérique. Cela a comme effet de réduire le nombre de commandes envoyées en même temps que les données.
L'Ultra 320 est équipé du "Quick Arbitration and Selection", qui permet de réduire fortement le nombre de commandes utilisées dans la gestion du bus.
Dans les versions précédentes, lorsqu'un paquet était envoyé, des commandes de contrôle vérifiaient la remise correcte du paquet. L'Ultra 320 utilise "Read and Write Data Streaming", qui permet d'envoyer des paquets sans intercaler les commandes de vérification. Cela permet d'augmenter la vitesse de transmission.
La gestion "Flow Control" fait un traitement primaire des données dans une mémoire cache FIFO avant de les envoyer sur le bus. L'Ultra 320 permet d'atteindre une vitesse de transmission de 320 Mo par seconde.
Ultra 640: L'Ultra 640 reprend les caractéristiques de l'Ultra 320, mais la fréquence est doublée et atteint 160 MHz. La vitesse de transmission est par conséquent également doublée et atteint 640 Mo par seconde.

Le tableau ci-dessous résume l'ensemble des notions présentées jusqu'ici.

Version	SCSI 1	SCSI 2		SCSI 3
Type	SCSI	Fast SCSI	Fast Wide SCSI	Ultra SCSI	Ultra Wide SCSI	Ultra 2 SCSI	Ultra3 SCSI	Ultra 160 SCSI	Ultra 320 SCSI	Ultra 640 SCSI
Largeur de bus	8 bits	8 bits	16 bits	8 bits	16 bits	16 bits	8 bits	16 bits	16 bits	16 bits
Transfert	5Mo/s	10Mo/s	20Mo/s	20Mo/s	40Mo/s	80Mo/s	80Mo/s	160Mo/s	320Mo/s	640Mo/s
Fréquence de bus	4 MHz	10 MHz	10 MHz	20 MHz	20 MHz	40 MHz	80 MHz	80 MHz	80 MHz	160 MHz
Nombre max. de périphérique	7	7	15	7	15	15	15	15	15	15
Longueur des câbles (SE)	6 m.	3 m.	3 m.	1,5 m.	3 m.	Non défini	Non défini	Non défini	Non défini	Non défini
Longueur max. des câbles (LVD)	Non défini	Non défini	Non défini	Non défini	Non défini	12	12	12	12	12
Longueur max. des câbles (HVD)	25	25	25	25	Non défini	25	25	Non défini	Non défini	Non défini

Numérotation des périphériques

Un numéro de priorité est attribué à chacun des périphériques. En règle générale, le numéro de priorité le plus élevé (7 ou 15) est attribué à la carte contrôleur. Le 6 ou le 14 peut être attribué au disque dur de démarrage, bien que cela ne soit pas une obligation. Pour attribuer un numéro de priorité à un périphérique, il est nécessaire de disposer les cavaliers situés généralement à l'arrière du périphérique dans une position appropriée. Un schéma est souvent présent sur l'une des faces du périphérique concerné.

Résistances de terminaison

Le bus SCSI doit impérativement disposer d'une résistance terminale à chacune de ses extrémités. Il existe trois types de résistance qu'il convient de placer à l'extrémité du bus SCSI: les résistances passives, actives, ou parfaites forcées. Les résistances passives ont une valeur de 132 Ohm. Il s'agit du type de résistance le plus simple, dépourvue de circuit de régulation. Si ce type de résistance est utilisé, le signal varie en même temps que la tension d'alimentation. Ce type de résistance a été utilisé avec le SCSI 1, et permet une longueur de câble allant de 5 à 8 cm.
La résistance terminale active est équipée d'un circuit de régulation, qui permet donc d'obtenir constamment une tension correcte. Sa valeur est de 110 Ohm. Elle est principalement utilisée avec le SCSI 2.
Les résistances parfaites forcées sont équipées d'un circuit de régulation à diodes permettant de supprimer les variations du signal. Ce type de résistance est utilisé lorsque la longueur des câbles et la vitesse sont importantes.
Parfois, la résistance terminale est présente sur les périphériques, et peut être activée à l'aide d'un cavalier.

Câble et connecteurs

Bien que plusieurs type de câble sont utilisés pour l'interface SCSI, le câble le plus souvent utilisé pour relier la carte contrôleur aux autres éléments comporte généralement 50 broches et n'est pas blindé. Le câble utilisé pour relier des éléments extérieurs (par exemple scanner) comporte lui aussi 50 broches, et est équipé d'attaches métalliques. Pour le standard SCSI 3, le câble utilisé comporte 68 fils, et est appelé "câble P".

Démarrage retardé

La totalité des périphériques SCSI disposent d'une fonction leur permettant de démarrer quelques secondes après la mise sous tension de la machine. Lors de l'enclenchement, un disque dur demande 3 à 4 fois plus d'énergie que durant son fonctionnement normal. Cela est du au démarrage du moteur de rotation des plateaux. Si beaucoup de disques durs démarrent simultanément, l'alimentation ne sera pas capable de livrer le courant nécessaire. Pour éviter cela, il est généralement possible de placer un cavalier qui active le démarrage retardé. En utilisant ce procédé, le disque dur ayant le numéro de priorité le plus élevé démarre en premier. Les autres disques durs démarrent les uns après les autres dans l'ordre de leur priorité.

Pilotes SCSI

Chaque périphérique nécessite un pilote pour pouvoir fonctionner correctement, à l'exception des disques durs. Il existe deux types de pilotes primaires SCSI. Le type le plus utilisé est l'interface ASPI (Advanced SCSI Programming Interface). Le but d'un tel pilote est de faire fonctionner le périphérique concerné sur n'importe quelle carte SCSI. Le second type de pilote primaire est l'interface CAM (Common Access Method). Le but du type CAM est qu'un seul et unique pilote commande plusieurs adaptateurs hôte. Notez qu'il existe des convertisseurs CAM-ASPI.

Interfaces séries SCSI

Lorsque nous utilisons une interface parallèle dans la transmission des données, le risque de perturbation électromagnétique est élevé. Dans les interfaces de transmission série, les informations empruntent une seule voie. Cela a comme effet de réduire considérablement les risques de perturbation électromagnétique. Il existe trois interfaces SCSI séries: FC-AL, SSA, et IEEE 1394.
FC-AL: FC-AL signifie "Fibre Chanel Arbitrated Loop". Il s'agit d'une méthode de communication point-à-point, pouvant atteindre le débit maximal théorique de 400 Mo par seconde. FC-AL est utilisé dans les serveurs vidéo et graphiques. Il peut être utilisé pour les solutions RAID. La rupture d'un câble rend la machine inutilisable.
SSA: SSA signifie "Serial Storage Architecture", et a été conçu par IBM. Il s'agit d'une interface série moins rapide que FC-AL, pouvant atteindre le débit théorique maximal de 80 Mo par seconde. SSA utilise une technologie CMOS 3,3 V. Contrairement à l'interface FC-AL, la rupture d'un câble n'entraîne pas l'arrêt du système.
IEEE 1394: IEEE 1394 est aussi appelé "Fire Wire" et est une interface série récente. Elle est utilisée dans la transmission des données avec un grand nombre de périphériques différents. Utilisé comme interface série SCSI, la vitesse théorique de transmission est de 200 Mo par seconde. Le nombre de périphérique qui peut être accepté est inférieur aux deux autres interfaces série. En effet, IEEE 1394 peut accepter jusqu'à 63 périphériques, alors que FC-AL et SSA acceptent plus de 100 périphériques.
Le tableau ci-dessous résume les notions relatives aux interfaces séries SCSI.

Type	Ultra SCSI (interface parallèle)	FC-AL	SSA	IEEE 1394
Vitesse max.	640 Mo / sec	400 Mo / sec.	80 Mo / sec.	200 Mo / sec
Nombre max. de périphériques	15	126	128	63
Distance max.	SE: 12 m. LVD / HVD: 25 m.	Cuivre: 100 m. Fibre optique: 10 km	Cuivre: 20 m. Fibre optique 680 m.	72 m.

Serial Attached SCSI

Le SAS (Serial Attached SCSI) est un développement récent destiné à répondre au besoin de débit rapide des données. Il s'agit d'une interface série. Son taux de tranfert atteint 3Go par seconde. Ce taux est le même pour tous le périphériques, ceux-ci ne se partageant plus de bande passante. Le SAS reste compatible avec le SCSI classique et est équipé de connecteurs SATA. 128 périphériques peuvent être utilisés par contrôleur.

Comparaison entre SCSI et SATA

Les disques durs SCSI, SATA ou IDE ne sont mécaniquement pas différents. Ils sont cependant destinés à un usage différent. Les périphériques SATA sont largement les plus répandus. En revanche leurs performances globales sont plus faibles. Ils ne sont toutefois pas affectés aux mêmes applications. Actuellement, la vitesse maximale théorique en SATA est d'environ 60 Mo par seconde. Il est donc évident que l'interface SCSI permet d'aller au-delà de ces performances. Cependant, l'utilisation du SATA est très suffisante pour les stations de travail classiques. Le matériel SCSI est particulièrement onéreux en comparaison du matériel SATA.