Memoire de masse : LES DISQUES SCSI

Introduction

Le SCSI ( Small Computer System Interface ) est une norme qui définit un protocole de communication entre les périphériques et le système. Les périphériques supportés peuvent être des disques durs, CD-ROM, Streamer, DAT, scanner, … le tout étant géré par une même carte contrôleur. Le nombre maximum de composants variera selon le type de norme SCSI. Bien que plus cher que l’EIDE, ce système de disque est extrêmement performant, surtout en multitâches. Il sera le système idéal pour un serveur réseau, ou les machines multimédias haut de gamme.

Les standards

Le standard SCSI a évolué au fil du temps, pour s’adapter aux demandes des utilisateurs les plus exigeants. Il est important de comprendre qu’il ne s’agit ici que de la norme de base, sans tenir compte de ses différentes déclinaisons (Fast, Wide, …).

SCSI 1

Approuvée en 1986, il s’agit ici de la norme de base SCSI qui définit la connectique, les périphériques, le jeu de commandes, … Cette norme autorisait la gestion de 7 périphériques (plus la carte contrôleur). En dehors des disques durs, peu d’autres périphériques étaient disponibles à cette époque. Le jeu de commandes SCSI 1 était donc très restreint. Les performances habituellement rencontrées offraient un débit de 5 Mo/s, le tout étant 8bits. Il convient de savoir que cette norme a été moyennement respectée, d’où de nombreuses incompatibilités.

SCSI 2

Normalisée en 1990 par l’ANSI, cette seconde révision offre de nombreux avantages. En premier lieu, le jeu de commandes (CCS ou Common Command Set) a été amélioré afin de supporter de nouveaux périphériques. Désormais, il est possible de connecter des lecteurs CD, CD-R, DAT, scanners, disques optiques, …. Ce jeu de 18 commandes, implémenté en standard sur tout contrôleur SCSI2 accepte tout périphérique nécessitant un débit de données soutenu. Tout en restant compatible avec le SCSI 1, le nombre de périphérique a été porté à seize (contrôleur inclus). Le Command Queuing permet l’envoi simultané de 256 commandes à un périphérique, qui les stocke et les traite dès que possible. Ce procédé permet d’alléger le contrôleur, qui peut ainsi se consacrer à d’autres tâches. Enfin, les modes Fast et Wide sont disponibles en SCSI 2.

SCSI 3

Pas encore normalisée ANSI, le SCSI 3 sert actuellement de norme fourre-tout. En effet, les constructeurs y placent tous les derniers cris technologiques. Ne vous étonnez donc pas d’y retrouver les modes Ultra, Ultra-Wide, FireWire, ….

Les câbles Single-Ended

Les différentes normes SCSI autorisent la connexion de nombreux périphériques. Ceux-ci sont reliés par un câble qui va d’un élément à l’autre. Tout ca est très bien, mais attention toutefois à la longueur totale du câble. En effet, chaque variante SCSI (Fast, Wide, …) a ses propres recommandations au niveau de la longueur du câble. Dans le cas où vous désireriez dépasser ses limites, il faudra alors vous tourner vers le câblage différentiel.

Single-Ended

Il s’agit du câblage le plus courant, qui est aussi le plus restrictif au niveau de la longueur. A l’intérieur de ce câble, l’information circule une fois. Sa cohérence ne peut donc pas être vérifiée par le périphérique destinataire. Ainsi, si le câble est trop long, les données peuvent être corrompues, sans que les périphériques puissent le déterminer

Différentiel

Nettement moins courant et plus coûteux, ce câble permet de dépasser les limitations de longueur habituelles. A cet effet, un double signal est envoyé au travers du câble. Le premier contient l’information sous forme normale, la seconde contient l’inverse logique(le XOR). Ce procédé, appelé parité, permet au périphérique de comparer ces deux valeurs et de vérifier la véracité des informations. Ce système nécessite une carte contrôleur et des câbles spécifiques, de plus, il n’est pas possible de le mélanger sur le même brin avec des périphériques Single-Ended.

Les modes Narrow et Wide

Ces deux modes définissent la largeur du bus utilisé par le SCSI.

  • Le mode Narrow est en fait le mode standard, tellement standard que ce terme n’est presque jamais utilisé. Il correspond à un bus de 8 bits, qui autorise 8 périphériques, carte contrôleur incluse.
  • Le mode Wide, quant à lui, permet des transferts à 16 bits, avec jusqu’à 16 périphériques. A la différence du mode Narrow, le mode Wide nécessite un câblage spécifique, plus coûteux, ainsi qu’une carte contrôleur adéquate. Vous pouvez aussi connecter des périphériques Narrow et Wide sur un même brin, mais à condition d’utiliser des adaptateurs prévus à cet effet.

La vitesse du bus

Le mode SCSI 2 permet de travailler avec différentes vitesses de bus. Celles-ci peuvent être atteintes à l’aide de cartes contrôleurs, de périphériques et parfois de câble adéquat. En contrepartie d’une vitesse élevée, la longueur du câble devient plus limitée et le coût plus élevé. Les débits indiqués dans le tableau suivant sont théoriques et obtenus par calcul, donc assez lointaines de la vérité. En effet, le disque dur qui sera capable de fournir les données à une telle vitesse n’est pas encore inventé. Malgré cela, le gain est réel et très intéressant dans le cas de traitement multitâche ou répartis sur plusieurs périphériques.

Regular

Il s’agit du mode de base, cadencé à 5Mhz. Désormais, ce mode n’offre plus assez de vitesse pour des mémoires de masse récentes, tel que les disques durs.

Fast

Mode le plus répandu actuellement, il utilise une fréquence de 10Mhz. Ce système est adapté aux machines actuelles.

Ultra

Dernière avancée en date, ce mode est cadencé à une fréquence de 20Mhz.

Le débit final résultant des différentes vitesses de bus allié aux protocoles et modes est détaillé dans le tableau suivant. Gardez en tête qu’il s’agit de débits théoriques calculés. S’ils ne sont pas forcément réaliste sur un bus composé d’un seul périphérique, incapable de fournir des données à cette vitesse, plusieurs périphériques utilisés simultanément peuvent profiter de ce débit.

Interface

Mode Narrow

Débit (Mo/s)

Mode Wide

Débit (Mo/s)

Regular

« Regular »

5

Wide SCSI

10

Fast

Fast SCSI

10

Fast & Wide

20

Wide

Ultra SCSI

20

Ultra Wide

40

Les protocoles (récapitulatif)

Au risque de donner l’impression de me répéter, un petit tableau récapitulatif des différents protocoles disponibles ne peut sûrement pas faire de mal.

Protocole

Standard

Vitesse du bus (Mhz)

Largeur du bus (en bits)

Type

Câblage

Débit (Mo/s)

Longueur

Câble (m)

Nbre périphé.

Regular

SCSI 1

5

8

A ou P

5

6

8

Wide SCSI

SCSI 2

5

16

A + B ou P

10

6

16

Fast SCSI

SCSI 2

10

8

A ou P

10

6

8

Fast & Wide SCSI

SCSI 2

10

16

A+B ou P

20

6

16

Ultra SCSI

SCSI 3

20

8

A ou P

20

1.5

8

Ultra SCSI-2

SCSI 3

20

16

A+B ou P

40

12

16

Ultra2 SCSI

SCSI 3

40

16

80

12

16

Ultra 160 SCSI

SCSI 3

80

16

160

12

15


STA-Endorsed Terms & Terminology for SCSI Parallel Interface Technology

STA Terms

Bus Speed, MBytes/Sec. Max.

Bus Width, bits

Max. Bus Lengths, Meters (1)

Max. Device Support

Single- ended

LVD

HVD

SCSI-1(2)

5

8

6

(3)

25

8

Fast SCSI (2)

10

8

3

(3)

25

8

Fast Wide SCSI

20

16

3

(3)

25

16

Ultra SCSI (2)

20

8

1.5

(3)

25

8

Ultra SCSI (2)

20

8

3

4

Wide Ultra SCSI

40

16

(3)

25

16

Wide Ultra SCSI

40

16

1.5

8

Wide Ultra SCSI

40

16

3

4

Ultra2 SCSI (2,4)

40

8

(4)

12

25

8

Wide Ultra2 SCSI (4)

80

16

(4)

12

25

16

Ultra 160 SCSI (6)

160

16

(4)

12

(5)

16

Notes:

(1) The listed maximum bus lengths may be exceeded in Point-to-Point and engineered applications.

(2) Use of the word « Narrow », preceding SCSI, Ultra SCSI, or Ultra2 SCSI is optional.

(3) LVD was not defined in the original SCSI standards for this speed. If all devices on the bus support LVD, then 12-meters operation is possible at this speed. However, if any device on the bus is singled-ended only, then the entire bus switches to single-ended mode and the distances in the single-ended column apply.

(4) Single-ended is not defined for speeds beyond Ultra.

(5) HVD (Differential) is not defined for speeds beyond Ultra2.

(6) After Ultra2 all new speeds are wide only.

La chaîne SCSI

A la différence du protocole EIDE, le protocole ne se contente pas d’un câble équipé de trois connecteurs. En effet, le SCSI utilise une notion de chaîne, un peu comme un réseau coaxial. Les périphériques sont connectés le long du câble qui est lui-même terminé à ses deux extrémités par des Terminateurs, sortes de résistances. Qu’ils soient internes ou externes, ces périphériques sont gérés exactement de la même manière. Chacun d’entre eux possède un identifiant unique, qui permet de l’adresser précisément.

La carte SCSI est elle-même considérée comme périphérique, à cet effet elle possède aussi un numéro d’identification. Le nombre total de périphérique, qui peut être de 8 ou de 16, comprend aussi la carte.

Les identifications (IDs)

Comme précisé plus haut, chaque périphérique possède son propre numéro d’identification. Le décompte se fait à partir de 0 jusqu’à 7 ou 15, la carte occupant généralement le dernier ID. Ce numéro d’identifiant doit absolument être unique dans une chaîne, sous peine de risquer un conflit. L’ordre des périphériques le long du câble SCSI ne correspond pas forcément à celui des différents IDs.

La façon dont est fixé le numéro d’identification sur le périphérique dépend de sa position physique. En effet, les composants internes se définissent à l’aide de jumpers. Au contraire, les périphériques utilisent soit une sorte de compteur, s’incrémentant à chaque pression, soit des vis où chaque cran correspond à un ID différent.

Lors de l’usage des jumpers, le numéro est spécifié en binaire sur trois cavaliers, comme indiqué ci-dessous.

ID SCSI

Cavaliers

ID SCSI

Cavaliers

0

000

4

X00

1

00X

5

X0X

2

0X0

6

XX0

3

0XX

7

XXX

Attention, si vous utilisez un périphérique externe, ne changez jamais l’ID a chaud. En effet, la chaîne SCSI n’est scannée qu’au boot du PC ou à l’initialisation du système d’exploitation.

Les Terminateurs

Les deux extrémités d’une chaîne SCSI doivent absolument être terminées. A cet effet, un composant appelé Terminateur est placé ou activé. Son rôle est simple et ressemble beaucoup à celui d’une résistance 50 ohms utilisée dans les réseaux Ethernet. Lors de l’initialisation d’une chaîne SCSI, un signal est émis par la carte. Ce dernier va aller de périphériques en périphérique, tout en collectant des informations relatives à leur identité. La terminaison a pour rôle d’empêcher toute réflexion de ce signal. En effet, sans celle-ci, un effet miroir pourrait se produire et créerait des interférences avec le signal « aller ».

Un Terminateur peut se présenter sous différentes formes physiques. Sur un périphérique interne, elle aura généralement l’aspect d’une ou de plusieurs résistances qui seront enfichées dans le composant. Parfois, le Terminateur est présent en permanence sur le périphérique, et est activé ou désactivé au travers d’un simple jumper. Sur un périphérique externe, normalement doté de deux connecteurs SCSI (In et Out), un Terminateur aura l’apparence d’un bouchon. Celui-ci ressemble à une prise, si ce n’est qu’aucun fil n’en sort. Il sera alors placé sur le connecteur de sortie (Out). Certain type de Terminateur interne se présenteront aussi sous la forme d’un simple connecteur (voir illustration ci-dessous).

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\temin_in.jpg

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\temin_ex.jpg

Terminateur interne

Terminateur externe

En dehors de leur forme, il existe trois catégories de Terminateurs :

Passive

Il s’agit ici du type le plus ancien. En fait, ce n’est qu’une résistance qui arrête le signal émis par la carte contrôleur. Si ce procédé convenait bien au protocole SCSI 1 ou 2, il est insuffisant pour le Fast SCSI. Attention, de nombreux périphériques intègrent ce genre de Terminateur, qu’il vaut mieux désactiver au profit des deux suivantes.

Active

Ici la résistance est remplacée par un régulateur de voltage. Il a pour fonction de vérifier que le voltage circulant le long du câble n’as pas subit trop de pertes. Ce type de Terminateur est utilisé dans les chaînes Fast SCSI.

 

FPT

Acronyme de Force Perfect Terminator, ce Terminateur est le plus efficace pour les protocoles les plus rapides

Le SCAM

Abréviation de Scsi Configured AutoMatically ou Scsi Configured Automatic Magically (appelé Mulder pour le support technique), il s’agit en fait de Plug and Play. Avec ce procédé, il n’est plus nécessaire de spécifier une ID pour chaque périphérique. La carte se charge de les affecter lors de l’initialisation. Si cela devait être nécessaire, la carte contrôleur peut aussi décaler les identifications afin d’insérer un nouveau composant. Les développements actuels de cette norme visent à éliminer l’obligation de terminer manuellement la chaîne. Attention, cette norme a ses limites, elle ne peut affecter une ID dynamique qu’à un périphérique supportant ce standard.

Les câbles

Il existe actuellement différents types de câbles SCSI, en fonction du protocole utilisé. Le tableau ci-dessous vous permettra de déterminer précisément lequel est nécessaire. Méfiez-vous des câbles différentiels qui ressemble parfaitement à un câble Single-Ended, leurs brochages respectifs sont différents. En théorie, chaque type de câble est identifiable au travers d’un symbole, mais tous les fabriquent ne les utilisent pas.

A-câble

Il s’agit ici du câble de base, introduit avec le SCSI 1. Il possède généralement un connecteur à 50 broches. Désormais désuet, ce câble est remplacé par le B ou le P pour les protocoles plus rapides.

B-câble

Introduit avec le SCSI 2, ce câble utilise 68 broches. Couramment utilisé pour le mode Fast, il peut aussi être parfois rencontré sur des périphériques utilisant le mode Wide. En ce cas, il sera utilisé couplé en parallèle avec le câble A, cette configuration est à déconseiller.

P-câble

Le câble Wide par excellence, il possède aussi 68 pins. En règle générale, le connecteur interne sera du même type que le connecteur externe.

Protocole

Câble

Longueur maximum en Single-Ended

Longueur maximum en Différentiel

SCSI

A ou P

6

25

Fast SCSI

A ou P

3

25

Wide SCSI

A+B ou P

6

25

Fast Wide SCSI

A+B ou P

3

25

Ultra SCSI

A ou P

1.5

25

Ultra Wide SCSI

A+B ou P

1.5

25

Les connecteurs

Différents types de connecteurs sont disponibles, selon le type de câble ou le protocole utilisé. Les illustrations ci-dessous vous en indiquent les principaux. En fait, il existe des adaptateurs pour quasiment tous les cas rencontrés.

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\Acab1.jpg

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\Pcab.jpg

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\SCAcab.jpg

A-câble interne
(50 pins)

P-câble interne
(68 pins)

SCA câble
(80 pins)

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\Acab2.jpg

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\Acab3.jpg

C:\WEBS\jpl\SITEHARD\Pcab2.jpg

A-câble externe
Prise centronics

A-câble externe
Prise mini-centronics

P-câble externe

La connexion en SCSI

(actuellement plusieurs normes coexistent):

SCSI 1 (NARROW SCSI): Il est codé sur 8 bits seulement
SCSI 2 (WIDE SCSI) : Codé sur 16 bits il autorise un taux de transfert jusqu’à 20 MB/s
SCSI 3 (ULTRAWIDE SCSI) : il permet d’atteindre des taux de transfert de 40 MB/s
– SCSI 3 DIFFERENTIEL : il utilise du câble de très bonne qualité appairé et véhicule par paires deux signaux, le signal utile étant la différence entre les deux. Il existe 2 types de chaînes différentielles :

le HVD (High Voltage Differential) qui travaille sous 5 volts et permet d’atteindre des longueurs de chaîne de 25 m alors que l’UltraWide ne permet pas de dépasser 6 m. Utilisé surtout dans des configurations professionnelles.

le LVD (Low Voltage Differential) appelé aussi Ultra2 SCSI qui travaille sous 3,3 volts et permet d’atteindre 12 m de longueur de chaîne. Il utilise les nappes internes LVD, cordons LVD, terminateurs externes LVD, et les les terminateurs internes LVD.

La connectique est spécifique à chacune des 3 normes :

  • Les cordons et les nappes internes n’ont pas la même impédance en Ultra Wide, en HVD ou en LVD.
  • Les terminateurs aussi sont différents.
  • Il faudra veiller à ne pas mélanger les différents types de cordons et terminateurs entre eux, surtout le HVD incompatible avec le reste.
  • Toutefois la norme LVD permet de connecter des périphériques non LVD sur la carte hôte et à l’inverse de connecter des composants LVD sur une carte hôte non LVD. Bien entendu les débits ne seront pas dans ce cas ceux du LVD.
  • La norme LVD est une extension du SCSI 3. Sur le plan connectique les signaux sont véhiculés dans deux fils à la fois, le signal utile étant la différence entre les deux. Il est donc indispensable d’utiliser des cordons LVD de haute qualité et à la bonne impédance.
  • La qualité du câble est déterminante, elle doit permettre d’éliminer l’interaction entre des signaux passant dans des fils voisins améliorant ainsi considérablement leur qualité en éliminant les interférences.
  • Dans le cas où l’on utilise un cordon standard même de bonne qualité, un cordon SCSI 3 par exemple (incompatible avec la norme LVD), on peut pour ces raisons ne jamais atteindre les hauts débits de cette norme (jusqu’à 80 Mo/s théoriques).
  • SCSI 4 : très peu répandu, il utilise une connectique centronics 50 points haute densité, et a été très vite détrôné par le SCSI 5.
  • SCSI 5 (ULTRA SCSI) : il utilise des connecteurs centronics 68 points haute densité à espacement 0.8 mm. Réservé à des systèmes hautes performances tels serveurs, disques vidéo, RAID
    (Reduntant Array of Inexpansive Disks), il nécessite des cordons de haute qualité, compte tenu des hauts débits.

CAS PARTICULIERS :
MELANGE DANS UNE MEME CHAINE DE PERIPHERIQUES Narrow (CENTRONICS 50 OU DB50HD) ET UltraWide (DB68HD)
:

1- En externe :

Une seule solution s’impose. Le premier périphérique étant nécessairement UltraWide, le périphérique Narrow (50 fils) sera en fin de chaîne. On voit alors que le bouchon du dernier périphérique termine la chaîne sur 50 points et donc qu’il manque 18 fils non terminés.

Pour remédier à cela il faut utiliser un cordon autoterminé ou un adapatateur autoterminé qui termine uniquement ces 18 fils qui seraient sans lui restés en l’air, créant ainsi un dysfonctionnement.

On peut aussi connecter un périphérique UltraWide sur du Narrow SCSI, le bouchon 68 points terminera alors l’ensemble des 68 fils sans qu’il soit besoin d’utiliser un cordon autoterminé.

2- En interne les solutions sont plus nombreuses.

Première solution : utiliser une nappe 68 fils sur toute la longueur du bus et connecter les périphériques Narrow sur cette nappe à travers des adaptateurs 50/68. La chaîne sera terminée sur tous les fils par le terminateur 68 points de fin de chaîne.
Deuxième solution : utiliser une nappe 68 fils puis une nappe 50 fils. Dans ce cas l’adaptateur permettant de brancher les deux nappes entre elles comportera un terminateur intégré terminant seulement 18 fils de l’UltraWide, le bouchon final terminant les 50 fils du Narrow, ainsi toute la chaîne sera terminée sur 68 fils.

Cette deuxième solution est identique à la première et présente le gros avantage de coûter moins cher si l’on a plusieurs périphériques car elle ne nécessite qu’un seul adaptateur pour tous les éléments contrairement à la première.

L’ADSI56FMT nécessite un connecteur mâle sur la nappe Narrow et un connecteur femelle sur la nappe UltraWide.

3- Mélange de périphériques internes et externes :

Les situations étant plus diverses cela réclame une étude particulière pour chaque cas, mais il faut respecter les principes suivants.
– brancher d’abord les périphériques UltraWide puis les Narrow
– terminer la chaîne en 68 points
– la chaîne doit être terminée sur chacune de ses extrêmitées. D’un côté en interne sur le dernier périphérique connecté physiquement sur la nappe, la carte hôte est alors considérée comme un des éléments de la chaîne, et ne doit plus être terminée. De l’autre en externe sur le dernier périphérique.

La HDI 30 sur les PowerBook MAC
Cette prise comporte 30 picots qui sont tous utilisés lorsque le portable est utilisé comme disque dur externe sur un MAC de bureau. Par contre si on lui connecte un périphérique SCSI externe, alors seulement 29 picots sont nécessaires. On s’aperçoit donc que toute la différence entre les deux utilisations résulte de la présence ou non d’un picot. Ainsi il faut utiliser soit un cordon soit un adaptateur qui réalise les deux fonctions en une grâce à un commutateur.

Summary of IDE/ATA and SCSI Comparisons

The following table summarizes the comparison of SCSI and IDE/ATA. See the individual sections for a more thorough explanation of the summary conclusions below:

Interface Factor

IDE/ATA

SCSI

Cost

Low

Moderate to high

Performance

High for single devices or single tasking, moderate to low for multiple devices or multitasking

High in most situations

Configuration and Ease of Use

High for small number of devices, low for large number of devices

Moderate to high for both small and large numbers of devices

Expansion and Number of Devices

Moderate to low

High

Device Type Support

Moderate to low

High

Device Availability and Selection

High

Moderate

Software / Operating System Compatibility

High

Moderate to high

System Resource Usage

Moderate to poor

Moderate to good

Support for non-PC Platforms

Poor, but growing

Good

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