Общие сведения об интерфейсах

Создание современных средств вычислительной техники связано с задачей обьединения в один комплекс различных блоков ВМ, устройств хранения и отображения информации, аппаратупы данных и непсредственно ЭВМ. Эта задача возлагается на унифицированные системы сопряжения – интерфейсы. Под интерфейсом погимают совокупность схемо-технических средств, обеспечивающих непосредственное взаимодействие сосотавных элементов вычислительной сиситемы. Интерфейс обеспечивает взаимосвязь между составными функциональными блоками или устройствами системы.

Классификация интерфейсов:

1) Машинные интерфейсы предназначены для организации связей между составными элементами ЭВМ, т.е. непосредственно для их построения и связи с внешней средой.

2) Интерфейсы периферийного оборудования выполняют функции сопряжения процессоров, контроллеров, запоминающих устройств и аппаратурой передачи данных.

3) Интерфейсы мультипрцессорных систем представляют собой в основном магистральные системы сопряжения, ориентированные в единый комплекс нескольких процессоров, модулей памяти, контроллеров запоминающих устройств, ограничено размещенных в пространстве.

SCSI

История создания интерфейса SCSI

Интерфейс SCSI уходит своими корнями в начало 1960-х годов. В то время в широко распространенных больших машинах корпорации IBM применялась байтовая параллельная шина, называемая блок мультиплексным каналом и ориентированная на блочные передачи. Осознавая необходимость стандартизации интерфейсов, комитет X3T9.3 Американского национального института стандартов (ANSI) в начале 1980-х годов приступил к разработке подобного стандарта. Несмотря на широкую популярность блок-мультиплексного канала корпорации IBM, комитет решил не принимать его в неизменном виде - отчасти, быть может, потому, что «это не наше», а отчасти под давлением конкурентов компании IBM. Стандарт, который разрабатывал ANSI, получил название интеллектуального периферийного интерфейса(IPI). Шина IPI представляла собой по существу функциональный эквивалент блок-мультиплексного канала с добавлением некоторых новых свойств. В качесиве альтернативы блок-мультиплексному каналу корпорации IBM другие группы специалистов в то время разрабатывали собственные параллельные шины.

Так фирма Shugart Associates разработала Системный интерфейс SASI (Shugart Associates System Interface). Эта фирма была одним из ведущих производителей дисковых накопителей, под влиянием чего ряд других изготовителей также применил этот интерфейс в своих изделиях. В результате интерфейс SASI получил относительно широкое распространение. Компания Shugart была исключительно заиртересована в том, чтобы комитет принял ее интерфейсную шину, а не шину IPI. Когда выяснилось, что интерфейс SASI может проиграть в этой борьбе, компания присвоила ему новое нименование SCSI и представила в комитет X3T9.2, который заинтересовался проблемами интерфейсов нижнего уровня, где конкуренция была менее жесткой.

В 1984 г. комитет ANSI закончил разработку спецификацииSCSI-1, и она была опубликована в своем окончаиельном виде в 1986 г. Последующие дополнентя и усовершенствования привели к созданию спецификации SCSI-2,SCSI-3.

Концепция SCSI

Шина SCSI – это шина ввода-вывода, а не системная шина и не интерфейс приборного уровня. Интерфейсные средства типа шины SCSI особенно эффективны для машин, которые требуют подключения нескольких дисковых накопителей или других устройств. Интерфейс SCSI повышает гибкость и вычислительную мощность системы, поскольку он позволяет подключить к одной шине несколько различных ПУ, которые могут непосредственно взаимодействовать друг с другом. Скорость передачи данных по шине безусловно не будет ограничивающим фактором, поскольку этот показатель для шины SCSI в настоящее время достигает 40Мбайт/с.

Шина SCSI предусматривает возможность подключения до восьми устройств. На первый взгляд это может показаться довольно серьезным ограничением, однако, если учесть, что каждое устройство может представлять восемь логических блоков, а каждый логический блок – 256 логических подблоков, то, очевидно, что возможности расширения здесь более чем предостаточные.

Каждому из устройств шины SCSI должен быть назначен индивидуальный идентификатор ID, значение которого обычно задается при помощи коммутационных перемычек непосредственно в устройстве. Идентификатор ID выполняет две функции: он идентифицирует устройство на шине и определяет его приоритет в арбитраже за доступ к шине (чем больше номер устройства, тем выше его приоритет).

Каждое из восьми устройств шины может играть роль инициатора(initiator), исполнителя(target), либо совмещать обе эти роли. Инициатор – это часть хост(главного) адаптера SCSI, который служит для подключения главного компьютера к шине SCSI. В типичной системе к одному инициатору подключается один или несколько исполнителей. Система повышенной сложности может содержать более одного хост- адаптера SCSI(много инициаторов). В таких системах могут устанавливаться взаимодействие не только любого процессора с любым ПУ, но также хост - адаптеров друг с другом, поскольку хост – адаптер сам является устройством шины SCSI и может играть роль как инициатора, так и исполнителя. Два ПУ (оба исполнителя) не могут взаимодействовать друг с другом, поскольку только пара инициатор – исполнитель может вести обмен даннами по шине в каждый конкретный момент времени.

Хост – адаптер содержит аппаратные и програмные средства для сопряжения с ЦП.

Интерфейс контроллера SCSI и системной шины может быть как совсем простым (строится по принципу програмного опроса канала В/В), так и более сложным (предусматривающим высокоскоростные обмены даннами в режиме прямого доступа к памяти, ПДП). Такие контроллеры воспринимают высокоуровневые комманды и освобождают ЦП от необходимости обработки и контроля сигналов шины SCSI.

Програмное обеспечение главного компьютера упрощается, поскольку ему не приходится учитывать физические характеристики конкретного устройства. Интерфейс SCSI предусматривает использование логических, а не физических адресов для всех блоков данных.

Фазы работы шины SCSI

Протокол шины SCSI предусматривает восемь отдельных фаз :

Bus Free – «Шина свободна»

Arbitration – «Арбитраж»

Selection – «Выборка»

Reselection – «Обратная выборка»

Command – «Комманда»

Data – «Данные»

Status – «Состояние »

Message – «Сообщение»

Шина SCSI в каждый конкретный момент времени может находится только в одной из этих восьми фаз.

Фаза «Шина свободна» означает, что ни одноустройство в данный момент не работает с шиной SCSI в активном режиме, и шина свободна для обращения. Эта фаза обычно возникает после системного сброса или после сброса шины сигналом RST. Признаком фазы «Шина свободна» является отсуствие сигналов занятости BSY и выборки SEL.

Шина переключается в фазу – «Арбитраж», когда какое – либо SCSI- устройство хочет взять на себя управление шиной, т.е стать инициатором на шине. Это происходит в случаях, когда инициатор хочет выбрать исполнителя или исполнитель хочет произвести перевыборку запрашивавшего его ранее инициатора. В фазу «Арбитраж» шина может переключится только из фазы «Шина свободна». После того, как устройство определяет, что шина свободна, начинается фаза «Арбитраж». Для этого формируется сигнал BSY, на соответствующую линию данных выдается идентификатор ID SCSI – устройства(ID – бит). При этом каждое из восьми возможных устройств шины SCSI может выдавать свой ID – бит только на закрепленную за ним линию данных как признак своего участия в арбитраже. Устройство с максимальным значением идентификатора ID выигравает арбитраж и берет на себя управление шиной.