第4章 并行接口技術(shù)(下)

4.1并行接口簡介4.2簡單并行接口電路4.3可編程并行接口4.4打印機并行接口標準4.5IEEE-1284并行接口標準4.6IEEE-488接口標準4.6IDE接口標準4.7SCSI接口標準計算機接口技術(shù)第四章并行接口技術(shù)（下）目錄西安電子科技大學計算機學院司棟森14.6IEEE-488接口標準4.6.1．概述在前面的并行接口討論中，我們了解了在接口和外設間采用一條控制狀態(tài)線，可以傳遞“數(shù)據(jù)有效”的控制信息，加強了接口的功能；若采用兩條控制狀態(tài)線，可以實現(xiàn)接口和外設間的對話，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的握手聯(lián)絡傳送，使接口的功能進一步加強。

若采用三條握手線可以實現(xiàn)一個接口同時和多個外設間的握手聯(lián)絡傳送。一般在接口和外設間除數(shù)據(jù)線外的控制狀態(tài)線越多，越能實現(xiàn)復雜的接口功能，越有利于使接口概念向高級的方向發(fā)展。

(Centronics接口雖有三條握手聯(lián)絡線，其實際作用等于二條握手聯(lián)絡線)。2IEEE488卡及IEEE488-USB轉(zhuǎn)接線31.IEEE488總線的演變美國HP公司為了解決各種儀器、儀表與各種計算機相連時接口由于互相不兼容帶來的麻煩，于1970年提出一個具有8條(3條握手和5條控制線)控制狀態(tài)線的HP接口總線標準(協(xié)議)，簡稱HPIB。這個標準很快得到全美國的承認，上升為IEEE的標準，稱為IEEE488接口。經(jīng)過IEEE機構(gòu)的推薦，又上升為國際標準，稱IEC-IB。在我國和其他一些國家稱它為GPIB(GeneralPurposeInterfaceBus—通用接口總線)。4GPIB上升為國際標準后，GPIB系統(tǒng)得到了空前的發(fā)展，因此對編碼格式、通信協(xié)議和通用命令等方面標準化的要求更加突出。在這種背景下，IEEE又公布了兩個標準．即IEEE488.1-1987及IEEE488.2-1987。IEEE488.1和IEEE488的內(nèi)容相比，變化很少。IEEE488.2的名稱是：《使用可程控儀器IEEE標推數(shù)字接口時的編碼、格式、規(guī)程和通用指令》，進一步完善了標準的內(nèi)容，使該接口標準的應用更加廣泛。雖然我們本節(jié)不對GPIB系統(tǒng)作過細的討論，但希望大家能認識到它的重要地位。52.IEEE488的特點IEEE488是一種并行的外總線，它以機架層疊式智能儀器為主要器件，構(gòu)成開放式的積木測試系統(tǒng)，是工業(yè)上應用最廣泛的通信總線之一。與其它接口總線相比，其顯著特點是：i一個接口可連接14個設備(包括計算機為15個設備)CPU總線微處理器系統(tǒng)GPIB接口GPIB總線設備1設備N設備26i系統(tǒng)組建和拆散靈活，使用方便，可采用串行連接和星形連接。這一點是一般接口系統(tǒng)所無法相比的，所以GPIB接口系統(tǒng)應用越來越廣泛。目前具有GPIB接口的設備有打印機，繪圖儀，磁盤驅(qū)動鋸，數(shù)字化儀，電壓表，功率源，信號發(fā)生器，示波器等等。你可以用微型計算機和具有GPIB接口的各種設備，經(jīng)過簡單的電纜連接，很容易地組建自動測試系統(tǒng)，自動檢測系統(tǒng)和微計算機系統(tǒng)。GPIB接口系統(tǒng)開始主要在儀器系統(tǒng)中使用，有儀器接口之稱。現(xiàn)在雖然主要仍在儀器領域，但已向其他領域滲透。7i傳輸速率≤1Mb/s。i使用負邏輯。邏輯“1”電平<+0.8V、邏輯“0”電平>+2.0V。設備間最大距離≤20米，整個系統(tǒng)電纜長度≤220米。若電纜長度超過220米，由于延時會改變定時關系，造成系統(tǒng)工作不可靠。這種情況應加調(diào)制解調(diào)器。i

使用三線握手，允許連接不同速率的設備。84.6.2系統(tǒng)上設備的工作方式1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)IEEE488總線接口結(jié)構(gòu)如圖所示。利用IEEE488總線將微型計算機和其它若干設備連接在一起。可以采用串行連接，也可以采用星形連接。92.工作方式在IEEE488系統(tǒng)中，每一個設備可按如下3種方式工作：“聽者”方式：從數(shù)據(jù)總線上接收數(shù)據(jù)。一個系統(tǒng)在同一時刻，可以有兩個以上的“聽者”在工作?？梢猿洚敗奥犝摺惫δ艿脑O備有：微型計算機、打印機、繪圖儀等?！爸v者”方式：向數(shù)據(jù)總線發(fā)送數(shù)據(jù)。

一個系統(tǒng)可以有兩個以上的“講者”，但任一時刻只能有一個講者在工作。具有“講者”功能的設備有：微型計算機、磁帶機、數(shù)字電壓表、頻譜分析儀等?！翱刂普摺狈绞剑菏且环N向其它設備發(fā)布命令的方式。發(fā)布命令，對其他設備尋址，允許講者使用總線?？偩€上可設多個，但同一時刻只允許一個工作。10在IEEE488總線上的各種設備可以具備不同的功能。有的設備如微型計算機可以同時具有控制者、聽者、講者3種功能。有的設備只具有收、發(fā)功能，而有的設備只具有接收功能，如打印機。在某一時刻系統(tǒng)只能有一個控制者。而當進行數(shù)據(jù)傳送時，某一時刻只能有一個發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)。允許多個接收器接收數(shù)據(jù)，也就是可以進行一對多的數(shù)據(jù)傳送。114.6.3IEEE488接口信號定義1.插座結(jié)構(gòu)IEEE488接口采用24芯簧片插頭座，和Centronics插頭座屬同一類型。IEEE488接口的24芯簧片式插頭座是一種組合插頭座。它既有插頭又有插座。當它的插頭插入設備時，它自己所帶的插座又可供其他電纜插頭插入，在插頭座上還有鎖緊螺栓，用這種方式可將多臺設備方便可靠地連接成系統(tǒng)。122.插座引腳引腳符號說明引腳符號說明1D0低4位數(shù)據(jù)線13D4高4位數(shù)據(jù)線2D114D53D215D64D316D75EOI結(jié)束或識別線17REN遠程控制6DAV數(shù)據(jù)有效線18GND地7NRFD未準備好接收數(shù)據(jù)線198NDAC數(shù)據(jù)未接收完畢線209IFC接口清0線2110SRQ服務請求線2211ATN監(jiān)視線2312GND機殼地24133.數(shù)據(jù)總線4.數(shù)據(jù)傳送控制線D7-D0：8條雙向數(shù)據(jù)線。D7～

D0上可以傳送數(shù)據(jù)、設備地址和命令。除了用于傳送數(shù)據(jù)外，還用于“聽”、“講”方式的設置，以及設備地址和設備控制信息的傳送。(1)DAV(DataAvailable)：數(shù)據(jù)有效線。當發(fā)送器控制的數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效時，發(fā)送器置DAV線有效(邏輯1，低電平)，表示數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)有效，接收器可以從總線上接收數(shù)據(jù)。14(2)NRFD(NotReadyForData)：接收器沒有準備好。當總線上至少有一個接收器設備未準備好接收數(shù)據(jù)時，則接收器置NRFD有效(邏輯l，低電平)；當所有接收器都準備好時，NRFD變?yōu)闊o效(邏輯0，高電平)。

用OC門實現(xiàn)。(3)NDAC(NotDataAccepted)：未接收完數(shù)據(jù)。當總線上接收器設備至少有一個尚未接收完數(shù)據(jù)時，則接收器置NDAC有效(邏輯1、低電平)，告訴發(fā)送器不要撤消當前數(shù)據(jù)。當所有按收器都接收完數(shù)據(jù)后；此信號才變?yōu)闊o效。

用OC門實現(xiàn)。

以上三線是握手聯(lián)絡控制線，用于控制數(shù)據(jù)字節(jié)的傳送(三線掛鉤控制傳送)。155.接口管理線(1)IFC(InterfaceClear)：接口清零線。該線的狀態(tài)由控制器建立，并作用于所有設備。當它為有效低電平時(邏輯1，低電平)，整個IEEE488總線停止工作，發(fā)送器停止發(fā)送，接收器停止接收。使系統(tǒng)處于已知的初始狀態(tài)。它類似于復位信號RESET?？捎糜嬎銠C的復位鍵來產(chǎn)生IFC信號。(2)SRQ(ServiceRequest)：服務請求線。它用來指出某個設備請求控制器的服務，所有設備的請求線是“線或”在一起的，因此任何一個設備都可以使這條線有效，來向控制器請求服務。但請求能否得到控制器的響應，完全由程序安排，當系統(tǒng)中有計算機時，SRQ是發(fā)向計算機的中斷請求線。16(3)ATN(AttentionLine)：監(jiān)視線。它由控制器驅(qū)動，用它的不同狀態(tài)對數(shù)據(jù)總線上的信息作出解釋。

當ATN＝“1”時，表示數(shù)據(jù)線上傳送的是地址或命令，這時只有控制器能發(fā)送信息，其它設備都只能接收信息。

當ATN＝“0”時，表示數(shù)據(jù)總線上傳送的是數(shù)據(jù)。(4)EOI(EndorIdentify)：結(jié)束或識別線。與ATN線一起指示是數(shù)據(jù)傳送結(jié)束，還是用來識別一個具體設備。當ATN＝“0”時，進行數(shù)據(jù)傳送，當傳送最后一個字節(jié)使EOI＝“1”時，表示數(shù)據(jù)傳送結(jié)束。當ATN＝“1”，若EOI＝“1”時，則表示數(shù)據(jù)總線上是設備識別信息，即可得到請求服務的設備編碼。17(5)REN(RemoteEnable)：遠程控制線。該信號為低電平時，系統(tǒng)處于遠程控制狀態(tài)，設備面板開關，按鍵均不起作用；若該信號為高電平，則遠程控制不起作用，本地面板控制開關，按鍵起作用。184.6.4IEEE488總線傳送數(shù)據(jù)時序

1.握手信號及連接結(jié)構(gòu)IEEE488總線上數(shù)據(jù)傳送采用異步方式，即每傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)都要利用DAV，NRFD和NDAC這3條信號線進行握手聯(lián)絡?！?”“1”DAVNRFDNDAC＋5V講者聽者1聽者2假如聽者1未準備好，聽者2準備好。192.時序關系從時序圖可見，總線上每傳送一個字節(jié)數(shù)據(jù)，就有一次DAV，NRFD和NDAC3線握手過程。目前在自動測試系統(tǒng)中IEEE488總線雖仍然廣泛使用，但由于它的數(shù)據(jù)總線只有8位寬，系統(tǒng)的最高傳輸速率只有1MB/s，體積也較大。因此往往不能適應現(xiàn)代科技和生產(chǎn)對測試系統(tǒng)的需要。有效(沒有準備好)無效(準備好)有效數(shù)據(jù)準備好數(shù)據(jù)DBNDACDAVNRFD204.7ATA／IDE接口標準4.7.1概述1.硬盤硬磁盤機自1956年問世以來，得到了飛速的發(fā)展，在存儲容量，存取速度以及性能上都有重大改進。它是目前在計算機系統(tǒng)中占統(tǒng)治地位的外存儲器，直接與主機系統(tǒng)聯(lián)機工作。

PC機使用的硬磁盤機大多是采用溫徹斯特（Winchester）技術(shù)的固定盤式的磁盤機，簡稱溫盤機或固定盤。它把磁頭部件、小車、導軌、主軸和盤片制成一個不可拆卸的密封整體，工作時，高速旋轉(zhuǎn)在盤面上形成的氣墊將磁頭平穩(wěn)浮起。采用這種技術(shù)使硬磁盤機的盤、頭壽命提高，存取快速可靠，而且成本也較低。21大約在1986年左右，硬磁盤機的結(jié)構(gòu)有一重大改進。以前，硬盤機專指硬盤驅(qū)動器，而硬盤控制器在硬盤適配器中，二者用電纜連接。1986年左右，由Compag（康柏）公司和WesternDagital（西數(shù)）公司聯(lián)手對老式硬盤機進行了改進，將硬盤控制器與硬盤驅(qū)動器集成在一起。當前的硬盤機已多是這種結(jié)構(gòu)了。

22希捷硬盤內(nèi)部結(jié)構(gòu)232.硬盤接口的發(fā)展史最早用于PC的硬盤接口是ST-506/412，它是由希捷公司開發(fā)的一種硬盤接口。這種接口把磁盤的編解碼器位于PC插槽上的磁盤控制卡上，用一個34芯的控制電纜（Controlcable）接頭和一個20芯的數(shù)據(jù)電纜（Datacable）把硬盤連接起來。在早期PC如IBMPC/XT和PC/AT上，使用的硬盤就是以ST－506/412為接口的硬盤。這種接口由于使用“改進調(diào)頻制”（MFM）來進行數(shù)據(jù)編解碼，所以也常稱為MFM硬盤。它支持的傳輸速度和穩(wěn)定性都不高，因此到了1987年左右這種接口就基本上被淘汰了。24ST-506/412問世之后不太久，硬盤接口技術(shù)出現(xiàn)了ESDI（EnhancedSmallDriveInterface）接口，它是邁拓公司于1983年開發(fā)完成，其設計目的是升級和改進ST506。它的特點是將磁盤數(shù)據(jù)編解碼器放在硬盤本身之中而不是在控制卡上，使硬盤的穩(wěn)定性和速度都得到了提高。ESDI和ST506一樣仍然使用兩根電纜來連接硬盤，不過電纜的定義做了改變。ESDI的理論傳輸速度是ST-506/412接口的2-4倍，一般可達到10Mbps。當時許多PC品牌機都使用了ESDI接口，并一直使用到九十年代初。上述兩種接口雖然比較原始，但在硬盤接口技術(shù)的發(fā)展上，對規(guī)范硬盤接口標準起到了非常重要的作用，它們使PC硬盤的硬件兼容性得到了保證25對于ATA硬盤接口技術(shù)發(fā)展來說，有實質(zhì)意義上的飛躍當屬IDE接口的推出。并行ATA技術(shù)是一個關于IDE（IntegratedDriveElectronics）的技術(shù)規(guī)范族。最初，IDE只是一項企圖把控制器與盤體集成在一起為主要意圖的硬盤接口技術(shù)。安裝時不再需要磁盤控制器接口卡，只需要一根電纜。實踐表明，這種技術(shù)由于減少了硬盤接口的電纜數(shù)目與長度，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院退俣鹊玫搅颂岣?。正是基于它所具有的諸多優(yōu)點與好處，當前個人電腦上使用的硬盤中，絕大多數(shù)都是IDE兼容的。26

由美國的Cornice公司所開發(fā)的僅有1英寸的1.5GB手提式設備專用硬盤已經(jīng)走上市場開始大批量生產(chǎn)。

CorniceSE硬盤，它以兼?zhèn)溆脖P驅(qū)動器的大容量和快速閃存的價格的兩方面優(yōu)熱。將成為下一代小型存儲設備。它的尺寸為5毫米x42.8毫米x36.4毫米，具有1.5GB的容量。最新、最小的硬盤27在早期的IDE之后，西部數(shù)據(jù)公司在IDE原有基礎上制定了增強版IDE（EIDE，EnhancedIDE）。EIDI增加了2種PIO和2種DMA模式，把最高傳輸率提高到了16.7MB/s，同時引進了LBA（LogicalBlockAddress邏輯塊地址）地址數(shù)據(jù)訪問方式，突破了老BIOS固有504MB的限制，支持最高可達8.1GB的硬盤。LBA概念的引進突破了硬盤按照CHS（柱面、磁頭、扇區(qū)）方式訪問硬盤的老觀念，為適應以后硬盤容量的快速增長打下了的良好基礎?，F(xiàn)在只要你的電腦支持EIDE，就可以在CMOS設置中找到LBA（LBA，LogicalBlockAddress）或（CHS，Cylinder,Head,Sector）的設置。EIDE支持的硬盤數(shù)目也有增加，它允許主板上具有兩個插口，每個插口可以分別連接一個主設備和一個從設備，從而可以支持四個IDE設備。28隨著IDE/EIDE得到的日益廣泛的應用，全球標準化協(xié)議將該接口自誕生以來使用的技術(shù)規(guī)范歸納成為全球硬盤標準，這樣就產(chǎn)生了ATA（AdvancedTechnologyAttachment）。硬盤接口在并行ATA標準上的發(fā)展，從ATA-1一直發(fā)展到了ATA-6標準。在最早的ATA-1中一共規(guī)定了3種PIO模式和4種DMA模式（DMA并沒有得到實際應用），速度最高不超過8.3MByte/s；

ATA-2是對ATA-1的擴展，它增加了2種PIO和2種DMA模式，把最高傳輸率提高到了16.7MB/s，實際上，它就是對西部數(shù)據(jù)公司制定的EIDE接口規(guī)范化。29而后的ATA標準不斷升級，推出了廣為人知的UltraDMA33、UltraDMA66，這兩種接口分別被劃為ATA-3、ATA-4規(guī)范中，其中ATA-3支持的最高傳輸率為33MB/s。也正是從ATA-3（UltraDMA33）起，PC才開始廣泛地真正使用DMA來進行硬盤數(shù)據(jù)傳輸。而ATA-4是從2001年開始，成為PC機硬盤的主流接口類型，和ATA-3相比，將系統(tǒng)支持的最高傳輸率提高了一倍。現(xiàn)在市場上主流硬盤接口使用的UltraDMA100，屬于ATA-5規(guī)范，顧名思義，它支持的最高傳輸率為100MB/s，將硬盤帶寬進一步拓寬至100MB/s。最近邁拓公司推出的ATA/133接口類型如果正式被列為標準則將會是屬于ATA-6規(guī)范，它支持的最高數(shù)據(jù)傳輸率為133MB/s。30縱觀并行ATA標準，自ATA-1到ATA-6標準，IDE硬盤接口的技術(shù)核心一直都沒怎么變化，即都是在西部數(shù)據(jù)公司制定的IDE/EIDE基礎上不斷改良而產(chǎn)生，它們都屬于并行ATA接口。而在系統(tǒng)中使用的連接電纜一共也只有兩種，自ATA-4（UltraDMA66）起硬盤的接口電纜由40針40芯變?yōu)?0針80芯的接口電纜。隨著并行ATA接口的不斷提速，在40針80芯的電纜上的速度極限到底有多大呢？多數(shù)硬盤業(yè)內(nèi)專家認為并行ATA的最高傳輸率將不超過200MB/s。并行ATA接口性能極限的冰山已經(jīng)已經(jīng)浮出水面，基于這樣的原因，英特爾公司聯(lián)合西部數(shù)據(jù)公司（WesternDigital）等幾大硬盤廠商共同制定了SerialATA接口（串行ATA）。31完全不同于并行ATA接口，串行ATA以連續(xù)串行的方式傳送資料，在同一時間點內(nèi)只會有1位數(shù)據(jù)傳輸。這種技術(shù)極大地簡化了接口的針腳數(shù)目，只用四個針就完成了所有的工作。串行ATA工作的時候，第1針發(fā)出數(shù)據(jù)、第2針接收數(shù)據(jù)、第3針向硬盤供電、第4針為地線。和我們的習慣性思維帶來的想法相反，這種串行接口技術(shù)將提供比并行接口技術(shù)更高的傳輸速率，還將同時降低電力消耗，減小發(fā)熱量。32Molex的SerialATA連接線及插頭、插座SerialATA連接使機箱內(nèi)部空間整潔33在2001年秋季的開發(fā)者論壇（IDF2001）上，串行ATA被正式確立為硬盤接口新標準：SerialATA1.0。在本屆IDF上，英特爾確定的最初版本串行ATA支持最高傳輸率為150MB/s。盡管這只是這項新技術(shù)的“入門級”技術(shù)指標，也比邁拓公司制定的ATA/133標準還高了一些，而它的最終目標將是實現(xiàn)600MB/s的外部數(shù)據(jù)傳輸率。鑒于串行ATA的特點及其潛在的技術(shù)發(fā)展能力，業(yè)內(nèi)普遍認為SerialATA將會取代并行ATA接口類型成為將來硬盤的主流接口類型。34

串行ATA技術(shù)將會減少平臺成本并提高性能，同時支持從并行ATA技術(shù)的無縫過渡。串行ATA將會在未來的數(shù)代里提供更高的數(shù)據(jù)傳輸帶寬，從1.5Gbps開始，并可以擴展到2倍、4倍和4倍以上。與此同時，串行ATA是一項與現(xiàn)有的并行ATA軟件驅(qū)動程序兼容并且無需修改就可以在標準操作系統(tǒng)上運行的解決方案。串行ATA設備的配置將會更加簡單，使目前對跨接線和設定值的要求將不再必要。串行SATA提供的存儲接口將滿足未來的計算機系統(tǒng)和連接集中系統(tǒng)在存儲方面的需要，SATA同時還將激勵計算機制造商使用更小的連接器，用更低的電壓來對現(xiàn)存在并行ATA技術(shù)進行改進。35從目前來看，SerialATA唯一的不足就是：

每條通道只能連接一臺設備正是由于SerialATA采用的是點對點協(xié)議，這使得主/從（master/slave）的概念在也不存在了，并且，每部驅(qū)動器再也無需共享帶寬了。36硬盤接口特性及其發(fā)展簡表接口名稱傳輸速率連接方式ATA-140針電纜連接單字節(jié)DMA02.1MByte/sPIO-03.3Mbyte/s單字節(jié)DMA1，多字節(jié)DMA04.2MByte/sPIO-15.2MByte/sPIO-2，單字節(jié)DMA28.3MByte/sATA-240針電纜連接PIO-311.1MByte/s多字節(jié)DMA113.3MByte/sPIO-4，多字節(jié)DMA216.6MByte/sATA-340針電纜連接多字節(jié)DMA3，UltraDMA3333.3MByte/sATA-440針80芯電纜連接UltraDMA6666.7MByte/sATA-540針80芯電纜連接UltraDMA100100.0MByte/sATA-640針80芯電纜連接UltraDMA133133.0MByte/sSerialATA1.04針電纜連接SerialATA1.0150MByte/s374.7.2ATA／IDE接口標準1.ATA/IDE接口ATA即ATAttachment（AT嵌入式）的縮寫，它是IDE（IntegratedDriveE1ectronics）類硬盤的特定接口標準。

ATA硬盤適配器卡相對于早期的接口變得異常簡單（當然，往往已不是一塊單獨的插卡了，而是多功能卡的一部分），插入AT機的總線擴充槽內(nèi)，與ISA總線相連。硬盤適配器卡用一個40芯的扁平電纜與（最多兩個）IDE硬盤相接。這個40線（40個引腳中，20號引腳是鍵位）的接口標準即稱為ATA接口標準。

3839ATA接口信號線有16位數(shù)據(jù)線，ISA總線的地址信號經(jīng)譯碼后驅(qū)動ATA的兩個芯片選擇信號（CS0，CS1）和三個設備選擇信號（DA2，DA1，DA0），用來選擇硬盤機的I／O端口。一般是0號硬盤機的地址為1FXH，1號硬盤機的地址為3FXH。使用硬件可屏中斷IRQ14。一般不使用DMA傳送方式而采用PIO傳送方式，支持的三種PIO方式是PIO0，1，2，它們的最小總線周期分別是600，383，240ns。限定每個硬盤機的最大容量為528MB。

上表列出ATA接口的引腳信號，并與ISA總線信號作了一個比較，不難看出，ATA信號只不過是AT總線信號的一個子集，換句話說，它把適配器的大部分功能都移入到硬盤機內(nèi)，從而工作更加可靠，而且接口價格低廉、使用更加方便。因此，ATA／IDE作為一個工業(yè)標準在硬盤領域中獲得了巨大成功，并沿用至今。

2.ATA/IDE接口信號404.7.2ATA-2／EIDE標準1.ATA/IED類接口標準傳輸方式隨著軟件的發(fā)展，ATA/IDE標準的硬盤其速度和容量已不能滿足需要。硬盤驅(qū)動器工業(yè)組織以SFF（SmallFormFactor）的名義在1993年推出了一個增強型ATA接口標準，即ATA-2標準或稱EIDE標準。

41422.ATA-2／EIDE標準的特點（1）支持每臺硬盤機的最大容量可達8GB。

（2）適配器卡又增加了輔助的第二個40腳的插座，以扁平電纜菊花鏈方式又可接兩臺硬盤機，端口地址是17Xh和37Xh，使用IRQ15硬件中斷，這樣，EIDE的適配器卡最多可連接4臺硬盤機。

（3）PIO方式，除原有的PIO0，1，2方式外，又增加了快速的PIO方式：PIO3和PIO4。（4）DMA方式在ATA／IDE標準中是一種可選方式，新標準將其規(guī)范化并分為單字DMA方式和多字DMA方式。單字DMA方式是每次DMA請求下只傳送一個16位的字，稱為周期竊取。多字DMA方式是只要DMA請求信號保持有效，就將不斷傳送16位的字，直到終止計數(shù)。多字DMA方式是一種猝發(fā)式傳送。43

DMA方式依據(jù)DMAC的位置還分為第一方DMA（firspartyDMA）和第三方DMA（thirdpartyDMA）兩種類型。第三方DMA是指在主板上的DMA控制器（DMAC）下完成DMA傳送。第一方DMA是指適配器卡本身就提供DMA控制邏輯，即硬盤機和適配器卡一起可作為總線的主設備去競爭總線。

（5）原來的ATA標準一個不足是它只支持硬盤，隨著CD-ROM和廉價的磁帶機出現(xiàn)，又推出一個低成本的ATAPI（ATAttachedPackedInterface）接口標準，在相應的驅(qū)動程序支持下，具有ATAPI標準的CD-ROM和磁帶機都可直接接在ATA類接口上，而且具有較高的性能。

444.8SCSI接口標準4.8.1SCSI技術(shù)綜述1.SCSI技術(shù)介紹

小型計算機接口SCSI(Small

Computer

System

Interface)

是美國國家標準學會

ANSI(American

National

Standards

Institute)

的標準,

它定義了一種輸入/輸出(Input/Output)總線和邏輯接口。

邏輯接口用來支持計算機和外部設備互聯(lián)的總線。

SCSI

的主要目標是提供一種設備獨立的機理用來連接主機和訪問設備。

SCSI

設計成提供一種有效的同等的

I/O

總線

,

用來支持多個設備,

包括一個或多個主機。

這樣

,

通過單一的

SCSI

接口

,

不同的磁盤設備、磁帶設備、打印機、光介質(zhì)設備和其它的設備能增加到主機系統(tǒng)中

,

而不需要去修改一般的系統(tǒng)硬件或軟件。45SCSI

是在寬數(shù)據(jù)傳輸速率范圍內(nèi)工作的本地

I/O

總線。

SCSI

規(guī)范允許一系列不同的物理互聯(lián)配置。

SCSI

總線的物理長度和所能達到的數(shù)據(jù)傳輸速率依賴于實際所選的物理配置。

對于利用并聯(lián)銅線互聯(lián)的方案,其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率范圍從5MByte/s到80MByte/s，對應的SCSI總線長度最大是

25m,

最小為

1.5m

。對于利用串行光纖互聯(lián)的方案，SCSI設備間最遠可分離到3Km,

最高數(shù)據(jù)傳輸速率現(xiàn)在可達100MByte/S,

將來會達到更高的速率。

SCSI是優(yōu)越的高速總線技術(shù)，用于系統(tǒng)和外設之間互聯(lián)和建立外設子系統(tǒng)。

SCSI接口支持

UNIX、NT系統(tǒng)，SCSI

接口適用的系統(tǒng)范圍從桌面的

PC

機到多處理器的超級計算機。462.SCSI的歷史和演變

SCSI的來源可追溯到60年代IBM大型機系統(tǒng)的I／O通道結(jié)構(gòu)。智能的I／O通道使CPU擺脫了對各種設備的煩瑣控制。iSugartAssociates公司繼承了這種I／O通道思想，設計了一種低成本的對等（Peer-to-Peer）接口，稱為SASI(ShurgartAssociatesSystemInterface)。這是SCSI的雛形。對磁盤而言，SASI

定義了邏輯級的接口而不是設備級

,

這種邏輯級的接口從系統(tǒng)角度看可使磁盤設備系統(tǒng)獨立于實際的磁盤物理設備,

允許不同的公司獨立地開發(fā)系統(tǒng)和外設

,

并可能一起使用。這種思路在以后成功地開發(fā)開放系統(tǒng)的平臺中起了一定作用。47i1978年，ANSI（美國國家標準局）負責I/O標準化的小組開始討論小型計算機的標準接口，SASI被提交給了ANSI小組。被

ANSI

拒絕。i在被ANSI拒絕后，系統(tǒng)制造商NCR和

Shugart

Associates

共同改進SASI。i1982年，SASI再次被提交給ANSI，ANSI把它作為小型計算機系統(tǒng)接口(SCSI)

標準的基礎。i1983年，SCSI規(guī)范成熟的標志是NCR公司開始交付第一片SCSI芯片。iANSI于1986年批準了最初版本標準（ANSIX．131-1986），(也被稱為SCSI-1)。i最初規(guī)范的改進版本(也被稱為SCSI-2)于1994年完成。iANSI委員會現(xiàn)在正在制定SCSI-3。近期，SCSI-3的部分規(guī)范已被同意,其他仍在討論之中。483.SCSI-1技術(shù)介紹SCSI-1的規(guī)范定義了一種工作于最高速率為5MHz,8位寬共享總線的邏輯接口。

8個不同的設備可連接在同一條

SCSI-1

的物理總線上

,

可把設備連接成菊花狀形成總線，或在背板中實現(xiàn)。在菊花狀連接的情況下,

設備用電纜連接在一起,

總線兩端被終結(jié)。在背板實現(xiàn)的情況下,

設備可插進背板或通過插頭連接到背板。49SCSl－1性能特點：（1）接口總線由8條數(shù)據(jù)線、一條奇偶校驗線和9條控制線組成。使用50芯電纜，規(guī)定了兩種電氣條件，即不平衡型（單端驅(qū)動，電纜最長6m）和平衡型（差分驅(qū)動，電纜最長25m）。

（2）標準規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸方式有異步方式（缺省方式）和同步方式。總線時鐘頻率為5MHZ，于是，異步方式和同步方式的最高數(shù)據(jù)傳輸率分別是2．5MB／s和5MB／s。

（3）SCSI接口總線以菊花鏈形式最多連接8臺設備。在PC中的結(jié)構(gòu)通常是：由一個主適配器HBA（HostBusAdapter）與最多7臺外圍設備相接，HBA也算作1個SCSI設備，由HBA經(jīng)系統(tǒng)總線如PCI與CPU連通，如圖所示。50（4）每個SCSI設備有自己的唯一設備號（ID0～7）。ID為7的設備具有最高優(yōu)先權(quán)，0為最低，SCSI采用分布式總線仲裁策略，在仲裁階段，競爭的設備以自己的設備號驅(qū)動數(shù)據(jù)線中相應的位線（如，ID為7的設備驅(qū)動DB7線），并與數(shù)據(jù)線上的值進行比較。于是，SCSI設備的仲裁邏輯較為簡捷，而且SCSI的總線選擇（或再選擇）階段，啟動設備和目標設備的設備號能同時出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上。51（5）SCSI設備是實際連接在SCSI總線上的智能設備，即除主適配器外，其他SCSI設備實際是外圍設備的適配器或控制器。每個適配器或控制器通過各自的設備級I/O線連接一臺或幾臺同類型的外圍設備，例如一個SCSI磁盤控制器可能去掛接兩臺硬盤驅(qū)動器，標準允許每個SCSI設備最多有8個邏輯單元，每個邏輯單元可以是物理設備也可以是虛擬設備。每個邏輯單元有一個邏輯單元號LUN（LogicalUnitNumber），從0到7。6）由于SCSI設備是智能設備，對SCSI總線（以至主機）屏蔽了實際外設的固有物理屬性（如磁盤的柱面數(shù)、磁頭數(shù)等參數(shù)），各SCSI設備之間就可用一套標準的命令進行數(shù)據(jù)傳送，也為設備的升級或系統(tǒng)的系列化提供了靈活的處理手段。

52（7）SCSI設備之間是一種對等關系，而不是主從關系，SCSI設備可分為啟動（initiator）設備和目標（target）設備，啟動設備是發(fā)命令的設備，目標設備是接受并響應命令的設備，但啟動設備和目標設備是依當時總線運行狀態(tài)來劃分的，而不是預先規(guī)定的?？傊琒CSI是系統(tǒng)級通信接口，是處于主適配器和智能設備控制器之間的并行I／O接口總線。一塊主適配器可以接7臺具有SCSI接口的設備，而且這些設備可以是類型完全不同的設備，主適配器卻只占主機的一個槽口。534.有關SCSI數(shù)據(jù)傳輸速率的說明SCSI-15MByte/s的數(shù)據(jù)傳輸速率只是一計算值，是指理論上可達到的最大速率。實際上由于各種原因，從來不可能達到上述速率。主要原因有

:規(guī)范允許傳輸速率低于

5MHz,

速率可由兩個通信設備中速率較慢的設備定義

;

SCSI

允許數(shù)據(jù)以互鎖

(

異步

,Asychronous)

方式傳輸

,

導致吞吐率降低

在兩個設備建立連接期間

,

在傳輸命令和狀態(tài)信息期間

,

不能傳輸數(shù)據(jù)

,

因此所能達到的合計吞吐率大大低于計算的數(shù)據(jù)傳輸率

;

545.SCSI-21990年開始，為提高數(shù)據(jù)傳輸率和改善接口的兼容性，開始提出SCSI-2標準。SCSI-2標準又分為四類。第一類是只遵從更嚴格的擴展的SCSI-2命令集，最高數(shù)據(jù)傳輸率仍為5MB／s；第二類是FastSCSI-2，通過提高時鐘速率將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到10MB／s，仍然使用50芯電纜；第三類是WideSCSI-2，通過把數(shù)據(jù)線寬度提高到16位乃至32位，不提高時鐘速率，即可將最高數(shù)據(jù)傳輸率提高到10MB／s乃至20MB／s。55WideSCSI-2適配器卡目前用得較多，使用68芯電纜和高密度連接器?？ǖ捻敳坑?0芯和68芯連接器供機箱內(nèi)部使用，卡的側(cè)背部（露在機箱背面）是68芯連接器。供機外使用；第四類是FastWideSCSI-2，同時提高時速速率和數(shù)據(jù)線寬度，最高數(shù)據(jù)傳輸率可達40MB／s，采用68芯電纜。SCSI-2擴充了SCSI-1的命令集，對電纜采用有源終端器。

566.SCSI-3不待SCSI-2正式標準脫稿，ANSI己開始著手制訂SCSI-3標準了。該標準的一個主要工作是把前面的報告更加標準化，更加精確他說明SCSI是如何工作的。SCSI-3將SCSI總線結(jié)構(gòu)分成三層：最底層是物理層（physicallayer），定義了所使用的電纜和連接器；第二層是協(xié)議層（protocallayer），描述信號應如何組織、編排以實現(xiàn)信息包的傳送；第三層是結(jié)構(gòu)層（architecturelayer），闡述命令請求是如何組織、排隊和被響應的。結(jié)構(gòu)層支持的命令有基本命令（所有SCSI設備都必須支持的命令）和可選命令（專門用于某一類設備的特有命令）。

57SCSI-3并不打算提出新的性能標準，基本的數(shù)據(jù)線寬度定為16位，基本的最高數(shù)據(jù)傳輸率定為20MB／s。但它顯著的一個變化是發(fā)展了串行SCSI。串行SCSI使用串行而非并行鏈路介質(zhì)進行數(shù)據(jù)的傳輸。串行鏈路介質(zhì)可以是6芯電纜或光纖，使用類似FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）和ATM（異步傳輸模式）的方法，使串行數(shù)據(jù)傳輸率達到640兆位/秒（電纜）或1吉位/秒（光纖）。

SCSI總線更適合于高速外圍設備。SCSI的不足是：硬件較昂貴，并需要通用設備驅(qū)動程序（負責主適配器和操作系統(tǒng)通訊）和各類設備的驅(qū)動程序模塊的支持，這些軟件的安裝也較為麻煩。

587.SCSI的術(shù)語在

SCSI

總線上的任何兩臺設備，可通過建立連接、交換控制信息和傳送數(shù)據(jù)的方式進行相互間通信。啟動連接的設備稱之為初始者(Initiator),

初始者連接的目標設備稱之為目標(Target)

。

SCSI

規(guī)范允許和總線相連的任何設備都可具有支持初始者和目標功能。在SCSI

規(guī)范中所描述的術(shù)語“設備”

既可以指主機系統(tǒng),

也可以指與

SCSI

總線相連的外設系統(tǒng)。實際上,

主機系統(tǒng)接口通常用來啟動總線上的通信

,

而外設往往是通信的目標。59SCSI總線上的任何設備可通過唯一的SCSI識別號(SCSI

ID)來識別。SCSI

ID和總線的位寬對應。當

SCSI-1

總線只有

8

位寬時,

最大可尋址

8

個設備

(ID

0

到

ID

7)。為了減少這些尋址方式的限制，SCSI

允許每一個目標被分為邏輯單元(LUN,LogicalUnits)

。每一個目標可分為邏輯單元的最大數(shù)量為

8(LUN

0

到

LUN

7)。如果目標是一個支持多個子單元(如一定的

RAID

系統(tǒng))的控制器時，或如果目標還支持分散的控制或管理接口時，將目標劃分為邏輯單元是非常有用的。實際上，大多數(shù)SCSI-1磁帶設備和大量的磁盤設備僅僅支持單一的LUN(LUN

0)。60SCSI-1規(guī)范中描述的總線最高工作速率為5MHz,

也就是說，每秒有5M個數(shù)據(jù)傳輸周期。一些資料使用術(shù)語

“megatransfers”來描述總線的周期速率。由于SCSI-1總線是

8位寬，總線的數(shù)據(jù)傳輸速率為

5MByte/s。SCSI

標準支持兩種類型的電氣接口配置：“Single-ended”（單端方式）和“Differential”（差分方式）?！癝ingle-ended”總線的每一信號，均以一根信號線進行傳輸，為TTL邏輯?！癉ifferential”總線的每一信號，均以差分信號的形式在一對信號線上進行傳輸，總線信號的接收/發(fā)送需要差分接收器/差分發(fā)送器。61相對于“Single-ended”，“Differential”接口連線多，連接器復雜，差分接收/發(fā)送器昂貴；但信號以差分方式傳輸，抗干擾能力強，傳輸距離遠。Single-ended總線的總長度最長為6m，Differential總線的總長度最長

25m。如果沒有使用特殊的轉(zhuǎn)換器,Single-ended接口或總線不能和Differential接口或總線互聯(lián)。62SCSI-2

規(guī)范允許的總線寬度從

8-bit(1

byte)

到

16-bit(

2

byte)。因此：術(shù)語“Wide”(寬帶)用來指16-bit帶寬的總線；術(shù)語“Narrow”(窄帶)指8-bit帶寬的總線；寬帶連接接口有68針(68pin)；窄帶通常是50針(50pin),在一些特別情況下,可能會少一些。63SCSI-2將最大數(shù)據(jù)傳輸周期增加到10MHz，在5MHz到10MHz范圍內(nèi)工作的總線被稱為"Fast“。由于增加了"Fast"和"

Wide"的屬性,現(xiàn)在有Fast

SCSI、Wide

SCSI和Fast

WideSCSI：對于Fast

SCSI,帶寬為8-bit,能支持8個設備,最大數(shù)據(jù)傳輸速率為10MB/s；

Wide

SCSI帶寬為16-bit,能支持16個設備,最大數(shù)據(jù)傳輸速率為10MB/s；

Fast

Wide

SCSI帶寬為16-bit,能支持16個設備,最大數(shù)據(jù)傳輸速率為20MB/s。64

SCSI-3現(xiàn)在支持三種串行接口:1394(也被稱為Firewire),光纖通道(Fibre

Channel),串行存儲結(jié)構(gòu)(Serial

Storage

Architecture)。

SCSI-3還繼續(xù)適應并行銅導線接口,由于驅(qū)動器和接收器技術(shù)的進步,已經(jīng)允許數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹芷谠黾拥矫棵?0MHz(Ultra),最高可到40

MHz(Ultra2)。對于Fast,Ultra和Ultra2：支持8-bit定義、最大可訪問的設備數(shù)量為8個的Ultra

SCSI和Ultra2

SCSI；支持16-bit的定義、最大可訪問的設備數(shù)量為16個的(Wide

Ultra

SCSI,Wide

Ultra2

SCSI),65

對于Ultra

SCSI、Wide

Ultra

SCSI、Ultra2

SCSI和

Wide

Ultra2

SCSI，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率分別為20MB/s、40MB/s和80MB/s。為了支持Ultra2,一種匯集了Single-ended

和Differential優(yōu)點的新的收發(fā)器技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn),Low

Voltage

Differential(LVD),在Ultra2傳輸速率下,LVD的最大距離可達12m。LVD還支持其他的Fast,Wide和Ultra

SCSI類型,最大距離也為12m。664.8.2SCSI的協(xié)議層1.SCSI適配器SCSI總線主適配器HBA和各外設智能控制器中，都有一個微處理器和一個協(xié)議控制器。

微處理器主要負責結(jié)構(gòu)層功能，對命令和狀態(tài)信息進行解釋、執(zhí)行和管理，以及啟動I／O進程，即參加競爭、仲裁選擇對方等。

協(xié)議控制器接受微處理器的操作指令，執(zhí)行SCSI總線操作，直接控制總線的活動，包括爭用與放棄總線以及控制總線階段的轉(zhuǎn)變等。由物理層將協(xié)議控制器給出的總線信號邏輯轉(zhuǎn)換成符合規(guī)定的單端驅(qū)動的或差分驅(qū)動的電信號，送往總線電纜。

672.SCSI總線信號基本SCSI-2和FastSCSI-2使用的50芯電纜中，共有18個（差分驅(qū)動）信號線，其它為保留、地線和終端器電源（TERMPER）線，這18個信號線中，有8個數(shù)據(jù)線和1個奇偶校驗線，其余9個是控制信號線。控制信號線為：BSY：總線忙（busy）?？杀豢偩€任何一個啟動方或目標方置為有效，以指示當前總線忙（busy）。SEL：用于啟動方選擇（select）一個目標方來執(zhí)行一個I／O進程，或者由目標方重新選擇啟動方來恢復一個掛起的I／O進程，以I／O信號線指定的方向來區(qū)分選擇和再選擇。

C／D：由目標方用來指示當前數(shù)據(jù)線上是控制（control）信息（包括命令、狀態(tài)、消息）還是數(shù)據(jù)（Data）信息。68I／O：由目標方用來指示當前數(shù)據(jù)線上信息傳送方向。邏輯1為至啟動方，作為輸入（in）；否則，至目標方為輸出（out）。MSG：由目標方用來指示當前數(shù)據(jù)線上傳送的是消息（message）。REQ：由目標方用來請求（request）一次數(shù)據(jù)線上的信息傳送。無論是命令、狀態(tài)、消息還是數(shù)據(jù)，每一次的傳送都要求有REQ／ACK的掛鉤信號進行握手聯(lián)絡。ACK：由啟動方用來指示對REQ的認可（acknowledge）。不僅異步數(shù)據(jù)傳送時需要REQ／ACK來保證，而且同步數(shù)據(jù)傳送也要求REQ／ACK。只不過同步允許REQ與ACK有一定的偏移值，即目標方在收到啟動方的ACK之前所允許發(fā)出的最多REQ脈沖數(shù)，達到此數(shù)還未收到ACK的話，則停止發(fā)送REQ。一個完整的數(shù)據(jù)傳送階段必須包含相同個數(shù)的REQ和ACK脈沖。69

ATN：用于啟動方通知目標方，它有一個消息要發(fā)送。以此信號引起目標方的注意（attention），目標方可進入消息輸出階段來得到此消息。

RST：任何SCSI設備都可使此信號有效（并保持至少一個"復位保持時間"）來復位（reset）總線，即清除總線的SCSI設備。復位可選擇硬復位或軟復位方式（預先設定），軟復位可保存未完I／O進程的設備操作模式和設備權(quán)限保留字。70由上可見，SCSI總線的控制信號線較少，簡潔明了。它的突出特點是：雖然是由啟動方去參與總線競爭，獲勝后選擇目標方以開始一個I／O進程，但是無論是命令、狀態(tài)、消息還是數(shù)據(jù)，這些信息傳送階段的進入都是在目標方的控制下，而不是在啟動方的控制下完成的。下頁表給出了，在目標方控制的MSG，C／D，I／O信號作用下，數(shù)據(jù)線上傳送的內(nèi)容和傳送方向定義。不僅如此，而且每一次具體的傳送，也都是由目標方提出REQ，以啟動方回答ACK來完成握手聯(lián)絡。除上述5個信號以及ATN（由啟動方控制）外，其余的3個控制信號BSY，SEL和RST，是啟動方和目標方都可控制的，各SCSI設備的此3根信號線是分別"線或"連在一起的。71目標方對數(shù)據(jù)線使用的控制723.SCSI總線階段

總線階段（busphase）是指在完成I／O操作過程中總線所經(jīng)歷的不同狀態(tài)。為了完成一個I／O進程，SCSI總線及其設備一般要經(jīng)歷如下的子過程：申請使用總線，選擇I／O操作對象，交代I／O任務，數(shù)據(jù)傳送，返回狀態(tài)信息，消息傳送。為此，SCSl標準定義了八個總線階段，它們是：

（1）總線空閑階段：以BSY和SEL兩信號都無效指示當前沒有任何設備正在使用總線。73

（2）總線仲裁階段：任何打算爭用總線控制權(quán)的設備，都可在測出總線處于空閑階段并經(jīng)歷一定的穩(wěn)定延時后啟動BSY有效（其它信號都無效）來使總線進入仲裁階段。并將自己的ID號送上數(shù)據(jù)線。SCSI采用了一種簡單而有效的分布式仲裁方式，即只驅(qū)動與自己ID號（例如ID＝7）相對應的數(shù)據(jù)位線（例如DB7）來參加競爭。在8位總線的情況下，ID號越大優(yōu)先權(quán)越高，仲裁邏輯較為簡單，獲得總線控制權(quán)的設備以啟動SEL信號有效來結(jié)束總線仲裁階段，立即進入選擇階段或再選擇階段。74（3）選擇階段：若爭用總線控制權(quán)獲勝的SCSI設備是一個I／O進程的啟動方，則在總線仲裁階段之后立即進入選擇階段，用于啟動方選擇目標方。此階段開始，BSY、SEL信號有效，而且I／O信號繼續(xù)保持邏輯“0”狀況以區(qū)別于再選擇階段。啟動方將自己的ID號和欲選擇目標方的ID號同時放在數(shù)據(jù)線上，然后撤除BSY信號。經(jīng)過一定的穩(wěn)定延時后，識別出數(shù)據(jù)線有自己ID號的設備知