LE STANDARD SCSI. Bourel Julien*,** Agnamazian Katia*,*** Chandelier Vincent*,**** Perret Benjamin*,*****

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1 LE STANDARD SCSI Bourel Julien*,** Agnamazian Katia*,*** Chandelier Vincent*,**** Perret Benjamin*,***** * Iut Nice département informatique 41, Bd Napoléon III Nice **bj805820@etu.unice.fr ***ak900467@etu.unice.fr ****cv901142@etu.unice.fr *****pb900363@etu.unice.fr RÉSUME. Le standard SCSI (Small Computer System Interface) est une interface qui permet la connexion de plusieurs périphériques de différents type sur un ordinateur. Elle se présente sous forme de connectiques comme par exemple des composants électronique ou des câbles ; mais aussi à travers un protocole. L'interface SCSI est très performante et elle est privilégiée dans le domaine professionnel. ABSTRACT. The SCSI standards (Small Computer System Interface) is an interface allowing to plug various peripherals types on the computer. It shows as connectiques like electronics components or cables ; but also through a protocol. The SCSI interface is very effective and it's falicitated in the professional domain. MOTS-CLÉS. SCSI, bus, carte, connectique, connecteur, contrôleur, interface, nappes, périphérique, standard, terminaison. KEYWORDS. SCSI, bus, card, connectique, controller, interface, internal câble, peripherals device, standard, terminator. ASR2. Volume 1 n 1/2010. Le standard SCSI, Page 1 à 13

2 2 ASR2. Volume 1 n 1/2010. Le standard SCSI 1 Introduction : Un standard est par définition un format utilisé par tous, il est défini comme standard s'il est décidé par un organisme ou si la majorité des utilisateurs l'utilisent. Il permet la compatibilité des systèmes et des dispositifs. En informatique il existe des standards pour tout ; comme par exemple des langages, des connecteurs, des protocoles etc. Le standard SCSI permet la connexion de différents périphériques de plusieurs types sur un ordinateur.nous définirons le standard SCSI ainsi que son historique. Nous verrons ensuite l'évolution des normes SCSI et pour finir nous nous intéresserons aux différentes connectiques qui permettent l'utilisation de ce dernier. 2 Qu est ce que le standard SCSI? 2.1 Définition Le standard SCSI permet de relier plusieurs périphériques de différents types tels que des disques durs, des scanners, des lecteurs et graveurs de CD, CD-RW, DVD, etc. à un ordinateur par l'intermédiaire d'une carte généralement appelée adaptateur SCSI ou contrôleur SCSI. Le nombre de périphériques pouvant être branchés varie en fonction de la largeur du bus SCSI. Par exemple sur un bus de 8 bits on peut connecter 8 unités physiques. Sachant que le contrôleur SCSI représente 1 unité physique, le bus peut accepter 7 (8-1) périphériques. Chaque périphérique se voit attribuer un numéro d'identification. 2.2 Historique Création (SASI) SCSI a été développé en 1978 par la société Shugart qui a entrepris des travaux afin d'améliorer le Selector Channel des ordinateurs IBM, et a fait son apparition publique en 1981 sous le nom de SASI (Shugart Associates Systems Interface).

3 Le standard SCSI 3 L'ANSI (American National Standards Institute) ne voulant pas un nom identique que la société créa le "Small Computer System Interface" après plusieurs heures de débat. Il fut prononcé "sexy" par Larry Boucher mais c'est finalement l'acronyme "scuzzy" qui est resté (par Dal Allan) Évolutions et publications En 1983, une version provisoire est publiée et est bien accueillie car elle correspond à un besoin réel. Cependant elle comporte des défauts (pas assez précise). En 1985 les principaux constructeurs de disques durs se mettent d'accord sur un jeu de commandes communes. C'est en 1986 que SCSI est standardisé (ANSI - X ) appelé SCSI-1, il était souvent utilisé dans l'amiga, Apple MAcintosh, Sun Microsystems, etc. C'est aussi en 1986 que commence les travaux sur la norme SCSI-2. En 1994, la norme SCSI-2 (ANSI X ) est officielle, elle est compatible avec la norme SCSI-1, elle définit 18 commandes appelées CCS (Common Command SET), un doublement des débits, etc. Plusieurs versions du standard SCSI-2, que nous verrons en détail, ont été définies (Wide SCSI-2, Fast SCSI-2) A partir de 1995, les premiers matériels conformes à la version provisoire de SCSI-3 apparaissent. La norme SCSI-3 intègre de nouvelles commandes, à un débit plus élevé et permet le chaînage de 32 périphériques. En 1996, le SAM (SCSI-3 Architecture Models) remplace la norme SCSI-3, celui-ci représente l'ensemble des normes SCSI mais qui traitent chacune d'un sujet différent. Les évolutions des anciennes normes SCSI se retrouvent dans le SCSI Parallel Interface (SPI). En 1998, la norme SPI-2 est publiée avec l'apparition de l'ultra 2. En 2000, la norme SPI-3 est publiée et les études sur SPI-4 sont déjà en cours. 3 Les normes SCSI 3.1 SCSI 1 Le standard SCSI a été créé en 1979, il est l'évolution de la SASI (Associates Systems Interface Shugart). Cette première norme a été approuvée par l'ansi en 1986.

4 4 ASR2. Volume 1 n 1/2010. Le standard SCSI Interfaces Il est disponible à travers différentes interfaces comme, pour cette première norme, SCSI-1, appelé aussi Narrow SCSI, ou encore Wide SCSI ayant des caractéristiques différentes Caractéristiques En effet, la taille du bus est doublée sur le Wide SCSI par rapport à SCSI-1 qui est de 8 bits contre 16 pour le Wide SCSI et ainsi la vitesse de son bus est aussi doublée, de 10Mo/s contre 5 pour SCSI Performances Néanmoins la fréquence de leur bus reste la même, 5MHz. Le grand problème qu'a rencontré cette norme a été d'obtenir une acceptation universelle, il y avait donc de nombreuses incompatibilités entre les appareils. Aujourd'hui, cette première norme a été retirée par l'ansi, et SCSI-1 est dépassé, cependant les dispositifs qui utilisent cette norme utilisent aussi des adaptateurs, cependant ceux-ci continuent à fonctionner avec leur vitesse d'origine. 3.2 SCSI 2 La norme SCSI-2 est ensuite sortie, elle a été approuvée par l'ansi en Celleci a pour but d'améliorer les performances par rapport à la première norme, améliorer sa fiabilité et aussi ajouter d'autres fonctionnalités à l'interface. Cependant, son but premier était de normaliser les commandes SCSI correctement Interfaces et nouvelles commandes Avec cette nouvelle norme, il y a eu l'apparition de Fast SCSI qui double la vitesse du bus ainsi que de nouvelles options telles que la «Command Queuing» qui permet au périphériques sur le bus de d'avoir plusieurs demandes en suspens, ce que SCSI-1 ne faisait pas ou encore avoir de nouveaux sets de commandes pouvant soutenir de nouveaux dispositifs comme les supports amovibles, les scanners ou encore les CD-ROM et le HVD qui est un nouveau niveau électrique de transfert des données. 3.3 SCSI 3 C'est en 1993 que sont élaborées les première ébauches de SCSI-3, cette norme intègre de nouvelles commandes, elle permet aussi le chaînage de 32 périphériques, soit le double que proposait SCSI-2, ainsi qu'un débit maximal de 320 Mo/s (en mode Ultra-320).

5 Le standard SCSI SAM A partir de 1996, la norme SCSI-3 est remplacé par le SAM (SCSI-3 Architecture Models). Celui-ci représente toutes les normes aliéné au SCSI mais traitant chacune d un sujet différent Interfaces et performances Cette nouvelle représentation permet le développement de nouvelles interfaces, comme des liaisons séries (l IEEE 1394/Firewire), ou encore le Fibre Channel. Les précédentes normes SCSI sont désormais appelé SPI (SCSI Parallel Interface) et la première version de celle-ci définie l'ultra SCSI, avec une vitesse de bus de 20MHz. 4 Les connectiques Figure 1. Schéma connectique [Sun 02] 4.1 Les contrôleurs Figure 2. Un Contrôleur [Cochain 01] Un contrôleur (figure 2) est un circuit intégré ou carte électronique. Il est chargé de gérer les différentes communications entre un ordinateur et un ou plusieurs périphériques.

6 6 ASR2. Volume 1 n 1/2010. Le standard SCSI C'est le contrôleur qui reçoit les demandes du système d'exploitation et qui les traduit en signaux de commande spécifiques. Les contrôleurs SCSI (parfois appelés hôtes SCSI) se présentent de 2 façons différentes : Soit sous la forme d un ensemble de circuits incorporés à la carte logique principale, on parle alors d'interface «embarquée». Soit sous la forme d'un système par le biais d'une carte incorporées dans le Bus E/S (Entré/Sortie) du système. Cette carte est destinée à contrôler la communication entre bus externes et internes avec plusieurs périphériques. Grâce à l'interface SCSI, il a possibilité de relier plusieurs disques durs entre eux. Ces disques sont reliés sur un contrôleur commun. Un contrôleur SCSI peut gérer entre 7 et 15 périphériques. Tous ces périphériques sont reliés entre eux grâce à une nappe. C'est le contrôleur qui défini la cadence de transfert de chaque périphérique. 4.2 Le câblage Les câbles Il existe 2 types électriques: asymétrique et différentiel. Ces deux types sont incompatibles électriquement et ne doivent pas être connectés l'un à l'autre car ils endommageraient les cartes contrôleur. A chaque type électrique correspondent trois types de câbles SCSI : Câble A (SCSI standard 50 broches, 8 bits) Câble P (Wide SCSI 68 broches, 16 et 32 bits) Câble Q (Wide SCSI 68 broches, 32 bits) Le câble A est utilisé sur la plupart des configurations SCSI-1 et SCSI-2, il est très fréquemment utilisé. Le câble P est utilisé par le Wide SCSI-2. Il remplace intégralement le câble A. Auparavant il existait un câble de type B utilisé par le Wide SCSI-3 32 bits. Cependant il a été remplacé par les deux câbles P et Q. Le câble P et le câble Q sont montés en parallèle pour relier chaque périphérique. Le Wide SCSI-3 est peu utilisé dans le monde du PC et nécessitent deux câbles. Cette configuration n'est donc pas vraiment utilisée.

7 Le standard SCSI Connecteur interne : les Nappes Une nappe est un câble composé de plusieurs fils en parallèle. Elle relie un périphérique au contrôleur ou une carte mère. Une nappe est disponible en deux matériaux : Soit en PVC qui est utilisé pour les nappes bas-de-gamme, soit en Téflon pour les nappes haut-de-gamme. Une nappe de bonne qualité est caractérisée par son blindage, moins souple et plus lourd qu'une nappe non blindée. Les nappes standard possèdent trois connecteurs. Elles permettent de se brancher à deux périphériques. Il existe également des modèles comportant jusqu'à sept connecteurs. Figure 3. Nappe Wide 68 fils [Cable-Traker 10] Cette nappe (Figure 3) était destinée à la norme SCSI-3. Cependant elle est aujourd'hui la seule utilisée pour tous les périphériques y compris ceux de la norme SCSI Connecteur externe Définition Un connecteur est une prise permettant de connecter des périphériques aux câbles du bus. Il peut être de forme circulaire ou rectangulaire. Ce dernier est composé d'un nombre variable de broches. À chaque fil d'un câble correspond une broche numérotée Les différents connecteurs Il existe deux types de connecteur : Connecteur de bus asymétrique Le plus répandu est le Centronics. Il possède 50 broches et est utilisé depuis SCSI-1. Il permet la connexion de tous les périphériques sur un bus 8 bits. Ce connecteur s'utilise sur un câble de type A (50 fils).

8 8 ASR2. Volume 1 n 1/2010. Le standard SCSI Figure 4. Centronics [Cochain 01] Le connecteur DB25 possède moins de broches que le Centronics. Il existe depuis SCSI-1 et il est utilisé par Apple. Cependant il ne respecte plus la norme SCSI et il est donc déconseillé de l'utiliser sur des périphériques SCSI type Ultra ou Fast. Le connecteur HDI-30 est utilisé pour le PowerBook d'apple. C'est un connecteur miniature. Il possède seulement 30 broches. Le connecteur 60 broches Micro Ribbon est utilisé par IBM. Il est blindé. Cependant 1 broche est utilisée pour un contact de masse alors que les 9 autres nouvelles broches ne sont, elles pas utilisées. IBM a fait ce choix pour permettre une meilleure qualité du signal. Les Connecteurs IBM et APPLE sont donc opposés : Apple a cherché un gain de place et une économie sur la connectique tandis qu IBM a préféré mettre en avant la qualité du signal. Figure 5. Connecteur 60 broches Micro Ribbon [Cochain 99] Le connecteur DD-50P est utilisé pour des bus de 8 bits. Il possède 50 broches. C'est le remplaçant du Centronics 50. Le DD-50 est moins encombrant. Il est utilisé dans une configuration Fast et Ultra SCSI. Il existe depuis la norme SCSI-2. Le connecteur DD-68P peut servir un bus de 32 bits grâce à un câble de type Q. Chaque ligne de données est accompagnée de masse, cependant il est moins rapide à utiliser que le DD-50P. Il est utilisé dans la configuration Wide SCSI. Connecteur de bus différentiels Ils sont identiques que les connecteurs de bus asymétrique d un point de vue aspect, cependant les fils de données sont doublés ce qui permet d'augmenter la longueur du bus. Il existe des connecteurs de 8 bits ou 16 bits.

9 Le standard SCSI Bus SCSI Petit rappel, les bus sont situés à l intérieur de nos ordinateurs, ce sont l ensemble des liens qui relie les différents composants de nos ordinateurs Série/Parallèle Le standard SCSI utilise 2 types de bus, les bus asymétriques et les bus différentiels. Les bus asymétriques sont utilisés dans nos ordinateurs, ils fonctionnent en parallèle. Il utilise un seul fil par canal ce qui provoque une sensibilité aux interférences. Les bus différentiels eux utilisent deux fils par canal ce qui corrige les éventuelles interférences. La limite de débit semble être atteinte 320 MHZ, ce débit nous oblige a utilisé les bus différentiels car les bus asymétrique ne pourraient mesurer que quelques centimètres. La norme SCSI se penche sur les bus en série qui permettraient d avoir un débit beaucoup plus important. Ce qui permettrait de pallié aux problèmes des longues distances car la fréquence très élever est très difficile à obtenir avec de grandes longueur de câble et avec de nombreux périphériques. Les bus en série (FIREWALL et SAS) qui offre un débit de 300mo/s à 24 Go/s. Voici un petit récapitulatif des différences entre les normes et leurs débits : Tableau 1. Différent débits [Cochain 01] Norme Connectique Fréquence Largeur du bus Débit* Ultra SCSI Ultra Wilde SCSI Ultra 2 SCSI Ultra 2 Wide Ultra 3 SCSI Ultra 3 Wide (Ultra 160) Ultra 4 Wide (Ultra 320) 50 broches asym. ou dif. 68 broches asym. ou dif. 50 broches différentielles 68 broches différentielles 50 broches différentielles 68 broches différentielles 68 broches différentielles 20 MHZ 8bits 20mo/s 20 MHZ 16 bits 40mo/s 40 MHZ 8 bits 40mo/s 40 MHZ 16 bits 80 mo/s 80 MHZ 8 bits 80 mo/s 80 MHZ 16 bits 160 mo/s 160 MHZ 16 bits 320 mo/s

10 10 ASR2. Volume 1 n 1/2010. Le standard SCSI Ultra 5 Wide (Ultra 640) SAS (Serial SCSI) 68 broches différentielles Bus série 8 bus série à 300 mo/s chacun 320 MHZ 16 bits 640 mo/s Série 300 mo/s à 24 Go/s * Les débits suivant sont obtenu en rafale et seulement si les périphériques le permettent. Ex : les disques durs ont un débit maximal de 80 mo/s Terminaisons Les bus doivent être terminés par des terminaisons pour éviter les échos qui dégraderaient la qualité du signal entre deux périphériques. Les bus doivent être terminés par 2 terminaisons aux extrémités, il n y doit pas y avoir de terminaison au milieu du bus car cela provoquerait une baisse du signal et donc le transfert des données ne serait pas effectuer correctement. En l absence de donnée, le signal des lignes SCSI est maintenu à +3 volts par le diviseur. Sans le maintient d une tension à +3 Volts, le signal pourrait fluctuer et faire «croire» au bus qu il y a un signal indiquant un état différents. Il existe trois principaux types de terminaison : Les terminaisons passives Les terminaisons actives Les terminaisons parfaites forcées (FPT) Les terminaisons passives La terminaison passive était destinée à la norme SCSI-1 et non aux versions supérieures. Elle n est tolérable qu en présence de périphérique lent (5mo/s) ou sur une chaine très peu charger (ex : un seul lecteur CD). Ce sont des blocs de 18 résistances qui terminent chaque extrémité des fils du bus. Les 18 signaux terminés sont : I/O Req C/D Sel Msg Rst Ack Bsy Atn DB (p) et DB (7 à 0). Cette terminaison est composée par des ponts de deux résistances couplées. Une résistance de 220 ohm sur le + 5 Volts (TERmpwr, alimentation de la terminaison) et une résistance de 330 ohm sur la masse. Ce qui donne ( ) = 132 ohm ( )

11 Le standard SCSI 11 Les terminaisons se présentent en interne sous forme de barrettes ou de boîtier à 14 pattes. Il en faut 2 ou 3 pour charger le bus. Pour les terminaisons externes, elles sont généralement incorporées dans les périphériques, cependant certaines peuvent être fixés au cable Les terminaisons actives Avec l évolution du SCSI les terminaisons passives deviennent inefficaces, la norme du SCSI-2 prévoit un débit beaucoup plus important que le SCSI 1. Les 132 ohms ne suffise plus, la nouvelle norme prévoit une terminaison à 110 ohm par résistance alimentée pas une source de tension stabilisée. Figure 6. Terminaison active [Cochain 01] Les terminaisons parfaites forcées (FPT) La terminaison parfaite forcée est la plus performante pour les bus très long. Elle élimine les oscillations résiduelles du signal. Ces oscillations sont éliminées par les diodes qui éliminent les hausses et les baisses du signal. Il en existe 3 sortes différentes : La FPT-3 qui contrôle 3 lignes du bus 8 bits. La FPT-18 qui contrôle les 18 signaux du bus SCSI 8 bits sauf les masses. La FPT-27 qui contrôle tous les signaux d'un bus 16 bits sauf les masses ID (identificateurs des périphériques)/ LUN (Unité logique) ID (numéro identification) est le numéro d identification d un composant sur le bus SCSI. Il correspond à l adresse d un contrôleur qui adresse 8 unités logiques. La carte SCSI n est pas un contrôleur, elle sert de pont entre le bus de l ordinateur et le bus SCSI. Le contrôleur se trouve dans chaque périphérique cible. LUN (Logical Unit Number, Unité logique) est donc un sous niveau d adressage (ex : un lecteur de CD-ROM avec plusieurs tiroirs) L ordinateur doit donc assigner une adresse a chaque périphérique sous la forme suivante : «numéro de carte ID LUN».

12 12 ASR2. Volume 1 n 1/2010. Le standard SCSI 5 Conclusion : Les caractéristiques de l interface SCSI seront plus ou moins appropriées suivants les besoins spécifiques. Les interfaces IDE et SATA sont très répandu sur le marché. Elles coûtent peu contrairement aux matériels SCSI qui eux coûtent environ 13 fois plus chères qu'un simple périphériques. L'interface SCSI n'est pas toujours évidente à mettre en place sur un ordinateur, elle nécessite également l'utilisation systématique d'une carte contrôleur. Cependant l'interface SCSI qui reste très flexible et fiable est beaucoup plus performante (jusqu'à 640 Mo/s). Elle est également peu gourmande en ressources système contrairement aux interfaces IDE et SATA. Elle peut également supporter un grand nombre de périphériques. En règle générale l'interface SCSI, étant donné son coût et sa mise en place, est souvent réservée au domaine professionnel où la performance prime sur le cout. 6 Cadre rédactionnel Cet article a été rédigé dans le cadre du cours Architecture du Département Informatique de l'iut de Nice sous la direction de Gaëtan Rey. 7 Bibliographie : [Cochain 01] Cochain B.-Y., Tout sur la norme SCSI : ID et LUN, les terminaisons, la connectique, octobre [Cochain 99] Cochain B.-Y., SCSI Connectique : Connecteurs de bus asymétrique et différentiels, les câblages, décembre [La V.L. 10] La Virtual Library, The small Computer Systems Interface : Bus SCSI et l interface, Câble SCSI, Information technique, mai [Kozierok 01] Kozierok C., Small Computer Systems Interface : Standards, Protocoles and interfaces, avril 2001.

13 Le standard SCSI 13 [Lohmeyer 09] Lohmeyer J., SCSI Standards Architecture : Standards, Bus, SCSI parallèle interface, septembre [Sun 02] Sun Microsystems, Guide des périphériques Sun Solaris, p.12 : mai [Cable-Traker 10] Site marchand, vend du matériel informatique, Trader.co.uk, 2010