パラレル SCSI

パラレル SCSI (正式にはSCSI パラレル インターフェイス、またはSPI ) は、 SCSIファミリのインターフェイス実装の中で最も古いものです。SPI はパラレル バスであり、SCSI バスの一方の端からもう一方の端まで伸びる 1 セットの電気接続があります。SCSI デバイスはバスに接続しますが、バスを中断することはありません。バスの両端は終端する必要があります。

SCSI はピアツーピアの周辺機器インターフェイスです。すべてのデバイスは、同様の方法で SCSI バスに接続されます。バージョンに応じて、1 つのバスに最大 8 台または 16 台のデバイスを接続できます。複数のホストと複数の周辺機器が存在できますが、少なくとも 1 つのホストが必要です。SCSI プロトコルは、ホストからホスト、ホストから周辺機器、および周辺機器から周辺機器への通信を定義します。^[a] Symbios Logic 53C810 チップは、SCSI ターゲットとして機能できる PCIホスト インターフェイスの例です。

SCSI-1 および SCSI-2 には、パリティ ビットエラー チェックのオプションがあります。SCSI-U160 (SCSI-3 の一部) 以降では、すべてのコマンドとデータは巡回冗長検査によってエラー チェックされます。

最初の 2 つの正式な SCSI 規格である SCSI-1 と SCSI-2 は、パラレル SCSI について記述したものです。その後、SCSI-3 規格ではフレームワークを別々のレイヤーに分割し、パラレル SCSI 以外のデータ インターフェイスを導入できるようになりました。パラレル バスの元の SCSI-1 バージョンは 8 ビット幅 (プラス 9 番目のパリティ ビット) でした。SCSI-2 規格では、より高速な動作 (10 MHz) とより広いバス (16 ビットまたは 32 ビット) が可能になりました。16 ビット オプションが最も普及しました。

10 MHz でバス幅が 16 ビットの場合、20 MB/秒のデータ レートを実現できます。SCSI 規格のその後の拡張により、20 MHz、40 MHz、80 MHz、160 MHz、そして最終的には 320 MHz と、より高速な速度が可能になりました。320 MHz x 16 ビットの場合、理論上の最大ピーク データ レートは 640 MB/秒です。

パラレル バス システムの技術的制約により、SCSI はその後、主にシリアル アタッチド SCSI とファイバー チャネルなどのより高速なシリアル インターフェイスに進化しました。iSCSIプロトコルはデータインターフェイスを記述しませんが、通常はイーサネット上で実行される任意のIP ネットワークを使用します。

パラレル SCSI は単一の規格ではなく、密接に関連した規格の集合です。SCSI インターフェイス名には 12 種類あり、そのほとんどはあいまいな表現になっています (Fast SCSI、Fast Wide SCSI、Ultra SCSI、Ultra Wide SCSI など)。SCSI 規格は 3 つあり、それぞれにモジュール式のオプション機能の集合があります。コネクタの種類もいくつかあり、電圧信号も 3 種類あります。大手 SCSI カード製造業者であるAdaptec は、長年にわたり 100 種類を超える SCSI カードを製造してきました。実際には、経験豊富な技術者の多くは、SCSI デバイスをバス帯域幅 (SCSI 320 または SCSI 160 など) でメガバイト/秒単位で表しています。

2003 年現在、SCSI規格はSCSI-1、SCSI-2、および SCSI-3 の^{[アップデート]}3 つしかありません。すべての SCSI 規格はモジュール式で、製造元が組み込むことも含めないこともできるさまざまな機能を定義しています。個々のベンダーとSCSI Trade Association は、機能の特定の組み合わせに名前を付けています。たとえば、Ultra SCSIという用語は規格のどこにも定義されていませんが、Fast SCSIの 2 倍の速度で信号を送信する SCSI 実装を指すために使用されます。このような信号速度は SCSI-2 に準拠していませんが、SCSI-3 で許可されているオプションの 1 つです。同様に、この規格のどのバージョンでも低電圧差動信号(LVD) は必須ではありませんが、Ultra-2 SCSIと呼ばれる製品にはこの機能が含まれています。Ultra -2 SCSIデバイスは、単にSCSI-3として識別するよりも明確に定義された機能セットを持っているため、この用語は消費者にとって便利です。

SCSI-3 以降、SCSI 規格は、それぞれが SCSI アーキテクチャの特定の部分を定義し、SCSI アーキテクチャ モデルによってまとめられた、緩やかな規格の集合として維持されてきました。この変更により、SCSI のさまざまなインターフェイスがSCSI コマンド セットから切り離され、SCSI コマンドをサポートするデバイスは任意のインターフェイス (T10 で指定されていないインターフェイスを含む) を使用できるようになり、T10 で定義されているインターフェイスを別の方法で使用できるようになりました。

標準のどのバージョンでも、どの種類のSCSI コネクタを使用すべきかは指定されていません。§ 外部コネクタを参照してください。

オリジナルの SCSI 規格である SCSI-1 は、Shugart Associates System Interface (SASI) から派生したもので、1986 年にANSIによって正式に採用されました。SCSI-1 は、8 ビットのパラレル バス (パリティ付き) を備え、非同期モードでは 3.5 MB/秒、同期モードでは 5 MB/秒で動作し、バス ケーブルの最大長は 6 メートル (20 フィート) で、当時人気があったATAインターフェイスの 18 インチ (0.46 メートル) の制限よりも大幅に長くなっています。オリジナル規格のまれなバリエーションでは、高電圧差動信号が採用され、最大ケーブル長 25 メートル (82 フィート) がサポートされていました。^{[引用が必要]}

SCSI-2は 1994 年に導入され、 Fast SCSIとWide SCSI の派生版が生まれました。Fast SCSI は、同じ 50 ピン ケーブルを維持しながら最大転送速度を 10 MB/秒に倍増し、Wide SCSI はバス幅を 16 ビットに倍増し、新しい 68 ピン ケーブルを使用して最大転送速度を 20 MB/秒にしました。ただし、これらの改善には、最大ケーブル長が 3 メートルに短縮されるという代償が伴いました。SCSI-2 では、バスごとに 2 本の 16 ビット ケーブルを使用する、Wide SCSI の 32 ビット バージョンも指定されました。32 ビット実装は高価で不要であると見なされたため、ほとんど無視され、SCSI-3 で正式に廃止されました。

SCSI-2 は、ディスク ドライブ以外のデバイスのサポートを強化するために、共通コマンド セット (CCS) でコマンド セットを拡張し、コマンド キューイング (デバイスあたり最大 256 コマンド) を導入し、SCSI-1 ではオプションであった一部の機能の要件を厳しくしました。パリティは必須となり、アクティブ ターミネーションをサポートするためにホスト アダプタがターミネーション電源を提供する必要がありました。SCSI-1 デバイスは、新しい機能を単に無視するだけで、一般的に互換性を維持しました。^[6]

より長いバス長に対応するために、 標準のシングルエンド(SE)と互換性のない高電圧差動 (HVD) モードが導入されました。

Adaptec社、そして後にSCSI Trade Associationが用語を体系化する以前は、SCSI-2の能力を超えた最初のパラレルSCSIデバイスは単にSCSI-3と呼ばれていました。これらのデバイスは、Ultra SCSI ^[7]または Fast-20 SCSI^[8]は 1996 年に導入されました。SCSI-3 自体は単一の文書ではなく、さまざまな時点で更新されたさまざまな標準の集合です。

バス速度は、ナロー(8 ビット) システムでは 20 MB/秒、ワイド(16 ビット) システムでは 40 MB/秒にさらに倍増しました。ケーブルの最大長は 3 メートルのままでしたが、シングルエンド Ultra SCSI は、ケーブルの長さと状態に非常に敏感であるという不当な評判を得ました (不安定な問題の原因は、ケーブル、コネクタ、またはターミネータの不良であることが多い)。

以前の SCSI 規格とは異なり、SCSI-3 (Fast-20 速度) ではアクティブ終端が必要です。

この規格は 1997 年頃に導入され、LVD バスを採用しました。このため、Ultra-2 は LVD SCSI と呼ばれることもあります。LVD はノイズ耐性が優れているため、バス ケーブルの最大長は 12 メートルです。同時に、データ転送速度は 80 MB/秒に向上しました。以前のシングルエンド デバイス (SE) と Ultra-2 デバイスを同じバスに混在させることは可能ですが、1 つの SE デバイスのみを接続すると、バス全体がシングルエンド モードになり、転送速度などのすべての制限が適用されます。この規格では、超高密度ケーブル相互接続(VHDCI) も導入されました。これは、1 つの PCI カード スロットの背面に 4 つのワイド SCSI コネクタを配置できる非常に小さなコネクタです。Ultra-2 SCSI は実際には比較的短命で、すぐに Ultra-3 (Ultra-160) SCSI に取って代わられました。

Ultra-3 には、次の 5 つの新しいオプション機能が含まれています。

1. ダブルトランジションクロッキングの使用により転送速度を160 MB/秒に倍増
2. CRCは、従来使用されていたパリティチェックよりも高速動作に適した堅牢なエラー訂正プロセスです。
3. チェーン上の各デバイスの最大パフォーマンスをネゴシエートするためのドメイン検証
4. コマンドとプロトコルのオーバーヘッドを減らすためにバス通信フェーズの数を減らしたパケット化プロトコル
5. 迅速な調停と選択により、バスの空き時間がなくなり、調停時間が短縮されます。

1999年末にUltra-160として初めて導入されたこのバージョンは、Ultra-2規格に最初の3つの改良を加えて改良されたものである。 ^[9]

5つの機能すべてをサポートするデバイスは、Ultra-160+またはUltra-3 (U3)として販売されました。8ビットバス幅とHVD操作は、Ultra-3から廃止されました。^[6]

Ultra-320 には、Ultra-160+ の機能が必須として含まれ、クロックが 80 MHz に倍増して最大データ転送速度が 320 MB/秒になり、キューに入れられたデータ転送のオーバーヘッドを減らすための読み取り/書き込みデータ ストリーミングとフロー制御が含まれていました。^[6]この規格の最新のワーキング ドラフトは、2002 年 5 月 6 日付けの改訂 10 です。2003 年末に製造された ほぼすべての SCSIハード ドライブは、Ultra-320 デバイスでした。

Ultra-640 (別名Fast-320 ) は、2003 年初頭に標準規格 (INCITS 367-2003 または SPI-5) として公布されました。これにより、インターフェイス速度がさらに 2 倍になり、今度は 640 MB/秒になります。Ultra-640 は LVD 信号の限界を押し上げます。速度によってケーブルの長さが大幅に制限されるため、1 台または 2 台以上のデバイスには実用的ではありません。このため、メーカーは Ultra-640 をスキップし、代わりにシリアル アタッチド SCSIを開発しました。

データバスとパリティ信号に加えて、パラレルSCSIバスには9つの制御信号が含まれています。^[10]

DC レベル信号も 3 つあります。

タームパワー

§ 終了を参照

DIFFSNS

シングルエンドバスでは接地され、それ以外の場合は正電圧に浮上します

地面

コネクタ内の予備ピンのほとんどは、アースとして指定されています。

SCSI パラレル バスには、シングル エンド(SE)、高電圧差動 (HVD)、低電圧差動 (LVD) という 3 種類の電気的に異なるバリエーションがあります。HVD および LVD バージョンは差動信号を使用するため、信号ごとに 1 組のワイヤが必要です。したがって、SCSI バスを実装するために必要な信号の数は、バス幅と電圧の関数です。

パラレル SCSI バス上のすべてのデバイスには SCSI ID が必要です。これは、古いデバイスのジャンパーまたはソフトウェアで設定できます。SCSI ID フィールドの幅は次のとおりです。

パラレル SCSI バスは、コマンドが処理されるときに 8 つのフェーズを経ます。すべてのフェーズがすべてのケースで発生するわけではありません。

上記のリストは、特定のイベントの順序を意味するものではありません。ターゲットにデータを送信するコマンドを送信し、コマンド完了ステータスを受け取った後、イニシエーターは別のコマンドを送信したり、メッセージを送信したりすることもできます。

標準のどのバージョンでも、どの種類のコネクタを使用すべきかは指定されていません。パラレル SCSI デバイス用の特定のタイプのコネクタは、ベンダーによって長年にわたって開発されてきました。シリアル SCSI デバイス用のコネクタは、シリアル SCSI プロトコルのタイプごとに異なるファミリに多様化しています。

オリジナルのパラレル SCSI-1 デバイスでは、通常、かさばるマイクロ リボンコネクタが使用され、SCSI-2 デバイスでは、通常、MD50 コネクタが使用されました。コネクタは、高密度 (HD) に進化し、最近ではシングル コネクタ アタッチメントになりました。

ワイド SCSI バスのコネクタには、ナロー SCSI バスのコネクタよりも多くのピンとワイヤがあります。通常、ナロー SCSI では 50 ピン、ワイド SCSI では 68 ピンです。初期のデバイスの中には、ワイド パラレル SCSI バスでは 2 つまたは 4 つのコネクタとケーブルが使用され、ナロー SCSI バスでは 1 つしか使用されないものもありました。

HD コネクタの場合、ケーブルには通常オス コネクタがあり、SCSI デバイス (ホスト アダプタ、ディスク ドライブなど) にはメス コネクタがあります。ケーブルのメス コネクタは、別のケーブルに接続するためのものです (長さを延長したり、デバイス接続を追加したりするため)。

パラレル SCSI バスは、信頼性の高い動作を保証するために、常に両端で終端する必要があります。終端しないと、データ遷移がバスの両端から反射し、パルスの歪みや潜在的なデータ損失が発生します。

正の DC 終端電圧は、バス上の 1 つ以上のデバイス (通常はホスト アダプタ)によって提供されます。この正の電圧は TERMPOWER と呼ばれ、通常は +4.3 ボルト前後です。TERMPOWER は通常、+5.0 ボルトへのダイオード接続によって生成されます。これはダイオード OR 回路と呼ばれ、供給デバイスへの電流の逆流を防ぐように設計されています。TERMPOWER を供給するデバイスは、シングルエンド バスで最大 900 mA、差動バスで最大 600 mA を供給できる必要があります。

終端はパッシブまたはアクティブにすることができます。パッシブ終端では、各信号ラインは 2 つの抵抗器 (TERMPOWER に 220 Ω、グランドに 330 Ω) で終端されます。アクティブ終端では、+2.85 V 電源を供給する小型電圧レギュレータを使用します。次に、各信号ラインは 110 Ω 抵抗器でこの電源に終端されます。ほとんどのフラットリボン ケーブルの特性インピーダンスは約 110 Ω であるため、アクティブ終端ではパッシブ終端よりもインピーダンス整合が向上します。強制完全終端(FPT) はアクティブ終端に似ていますが、残留電圧オーバーシュートまたはアンダーシュートを吸収する ダイオード クランプ回路が追加されています。

現在、ほとんどのパラレル SCSI バスは LVD であるため、外部のアクティブ終端が必要です。通常の終端回路は、+2.85 V リニア レギュレータと市販の SCSI 抵抗ネットワーク デバイス (個別の抵抗ではない) で構成されます。

ターミネータは、SCSI バスのタイプに適合している必要があります。LVD バスで SE (シングルエンド) ターミネータを使用すると、他のすべてのデバイスとケーブルが LVD 操作に対応していても、バスの速度が SE 速度に低下します。これは、他の SE デバイスでも同じ効果があります。パッシブ ターミネータを使用すると、Ultra 速度通信が信頼できなくなる場合があります。

一般的に、各タイプのターミネータが導入された順序を反映して、マークのないターミネータはパッシブであり、アクティブのみとマークされているものはSE であり、LVD (または SE/LVD) とマークされているものだけが LVD バスを正しく終端し、LVD のフル速度で動作できるようにします。

初期のディスク ドライブには内部ターミネータが搭載されていたものもありますが、最近のディスク ドライブのほとんどはターミネータを備えておらず、外部でターミネータを提供する必要があります。

8 ビット デバイスと 16 ビット デバイスが混在する SCSI システムでは、上位バイトの終端が必要になる特殊なケースがあります。

互いに互換性のない異なる SCSI トランスポートには、通常、互換性のないデバイスが誤って接続されるのを防ぐために、独自のコネクタがあります。たとえば、パラレル SCSI ディスクをFC-ALバックプレーンに接続したり、SSA イニシエータと FC-AL エンクロージャの間にケーブルを接続したりすることはできません。

同じ SCSI トランスポート ファミリ内の SCSI デバイスは、一般に下位互換性があります。たとえば、パラレル SCSI ファミリ内では、Ultra-3 SCSI ハード ディスクを Ultra-2 SCSI コントローラに接続できます。インターフェイスは、サポートされている最低の共通標準 (この場合は Ultra-2) で動作します。Ultra-2、Ultra-160、および Ultra-320 デバイスは、パフォーマンスを犠牲にすることなく、パラレル LVD バス上で自由に混在させることができます。

シングルエンド デバイスと LVD デバイスは同じバスに接続できますが、すべてのデバイスは低速のシングルエンド速度で動作します。SPI-5 標準 (Ultra-640 までを記述) ではシングルエンド デバイスが非推奨となっているため、一部のデバイスは電気的に下位互換性がない可能性があります。

一部のホストアダプタは、SCSIブリッジを使用してバスを電気的にSEとLVDに分割し、LVDデバイスがフルスピードで動作できるようにすることで互換性を提供します。^[11]他のアダプタは複数のバス（チャネル）を提供する場合があります。

ナロー SCSI デバイスとワイド SCSI デバイスの両方を同じパラレル バスに接続できます。ナロー デバイスはすべて一方の端に配置し、ワイド デバイスはすべてもう一方の端に配置する必要があります。バスの上位半分は最後のワイド デバイスで終了するため、バスのワイド部分はワイド デバイスとナロー デバイスの間で終端する必要があります。これは、バスのワイド部分をナロー部分に接続するように設計されたケーブルで実行できます。このケーブルには、ターミネータを差し込む場所が用意されているか、ターミネータ自体が含まれています。^[b]特定の機能コマンドを使用すると、デバイスはパートナーがワイド バス全体を使用しているか、下位半分だけを使用しているかを判断し、それに応じてバスを駆動できます。

あるいは、各ナローデバイスをアダプタを介してワイドバスに接続することもできます。バスがワイド（内部または外部）ターミネータで終端されている限り、特別な終端は必要ありません。

シングル コネクタ アタッチメント(SCA) パラレル SCSI デバイスは、SCA アダプタを使用して古いコントローラ/ドライブ チェーンに接続できます。これらのアダプタには補助電源コネクタが付いていることがよくありますが、外部電源を接続するとデバイスが損傷する可能性があるため、接続時には注意が必要です。

各パラレル SCSI デバイス (コンピュータのホスト アダプタを含む) は、バス上で一意の SCSI ID を持つように構成する必要があります。もう 1 つの要件は、パラレル SCSI バスの両端を正しいタイプのターミネータで終端する必要があることです。アクティブ ターミネータとパッシブ ターミネータの両方が一般的に使用されていますが、アクティブ タイプの方がはるかに好まれています (LVD バスと Ultra SCSI では必須)。不適切な終端は、パラレル SCSI のインストールでよく発生する問題です。初期の SCSI バスでは、両端に物理的なターミネータを接続する必要がありましたが、新しいデバイスにはターミネータが組み込まれていることが多く、ユーザーはバスのどちらかの端にあるデバイスのターミネーションを有効にするだけです (通常は DIP スイッチを設定するか、ジャンパを動かします)。最近の SCSI ホスト アダプタの中には、BIOS セットアップでターミネーションを有効または無効にできるものもあります。高度な SCSI デバイスは、バス上で最後かどうかを自動的に検出し、それに応じてターミネーションをオンまたはオフに切り替えます。

SCSI自動構成（当初は自動）は、ユーザーの介入を必要とせずにSCSI IDを構成するオプションの方法でした。^[12]これは後の標準では削除されました。

SCSI インターフェースは、ラップトップ コンピュータでは見つけられなくなっていました。Adaptec は数年前にPCMCIAパラレル SCSI インターフェースを製造していましたが、PCMCIA がExpressCardに置き換えられると、Adaptec は ExpressCard をサポートせずに PCMCIA 製品ラインを廃止しました。既存の PCMCIA インターフェースのドライバーは、新しいオペレーティング システム用に製造されていませんでした。Ratoc はUSBおよびFireWire からパラレル SCSI へのアダプターを製造していましたが、必要な集積回路が製造中止になったため、製造を中止しました。2013 年以降、さまざまな ExpressCard およびThunderboltからPCI Express へのアダプターがリリースされ、ラップトップの ExpressCard または Thunderbolt ポートを使用して PCI Express SCSI ホスト アダプターをインストールすることで、ラップトップで SCSI デバイスを再び使用できるようになりました。^{[引用が必要]}

• T10 技術委員会 – SCSI ストレージ インターフェイス (SCSI 標準)
• 終了チュートリアル (WayBack リンク)