5.3. Schnittstellen der Massenspeichergeräte
Jedes Gerät, das in einem Computersystem verwendet wird, muss auf irgendeine Art mit diesem verbunden sein. Dieser Anschlusspunkt wird als Schnittstelle oder Interface bezeichnet. Massenspeichergeräte machen hier keinen Unterschied — auch diese haben Schnittstellen. Schnittstellen sind aus zwei Gründen wichtig:
Es gibt viele verschiedene (größtenteils inkompatible) Schnittstellen
Verschiedene Schnittstellen unterscheiden sich durch unterschiedliche Performance und Preismerkmale
Leider gibt es keine universelle Geräteschnittstelle und noch nicht einmal eine einzige Schnittstelle für Massenspeichergeräte. Aus diesem Grund müssen Administratoren auf die von den Unternehmensystemen unterstützten Schnittstellen achten. Ansonsten besteht das Risiko, dass die falsche Hardware bei einem Systemupgrade angeschafft wird.
Verschiedene Schnittstellen haben verschiedene Performance-Kapazitäten, die einige Schnittstellen geeigneter für bestimmte Umgebungen machen als andere. So sind zum Beispiel Schnittstellen, die Hochgeschwindigkeitsgeräte unterstützen können, besser für Serverumgebungen geeignet, während langsamere Schnittstellen für die Desktop-Verwendung ausreichen. Unterschiede in der Leistung führen unausweichlich auch zu Unterschieden im Preis, was — wie immer — bedeutet, dass Sie das bekommen, wofür Sie bezahlen. Hochleistungs-Computing hat seinen Preis.
5.3.1. Historischer Hintergrund
Über die Jahre hinweg wurden viele verschiedene Schnittstellen für Massenspeichergeräte entwickelt. Einige blieben auf der Strecke, andere werden heute noch verwendet. Die folgende Liste bietet einen Überblick über das Ausmaß der Schnittstellenentwicklung in den letzten 30 Jahren und eine Perspektive für die Schnittstellen, die heutzutage verwendet werden.
- FD-400
Eine Schnittstelle, die ursprünglich für die damaligen 8" Floppy-Diskettenlaufwerke Mitte der 70er Jahre entwickelt wurde. Ein 44-Pin-Kabel und einem Schaltkreis-Steckverbinder, der Strom und Daten lieferte, wurde dabei verwendet.
- SA-400
Eine andere Floppy-Diskettenschnittstelle (diesmal ursprünglich Ende der 70er Jahre für die damals neuen 5.25'' Floppy-Laufwerke entwickelt). Verwendete ein 34-Pin-Kabel mit einem Standard Steckverbinder. Eine leicht abgeänderte Version dieser Schnittstelle wird heute noch für 5.25'' Floppy- und 3.5'' Diskettenlaufwerke verwendet.
- IPI
Steht für Intelligentes Peripherie Interface. Diese Schnittstelle wurde auf 8 und 14-inch Festplatten für Minicomputer der 70er Jahre verwendet.
- SMD
Als Nachfolger von IPI wurde SMD (Storage Module Device) auf 8- und 14-inch Minicomputer-Festplatten in den 70er und 80er Jahren verwendet.
- ST506/412
Eine Festplattenschnittstelle der frühen 80er Jahre. Wurde in vielen PCs eingesetzt und verwendet 2 Stecker — einen mit 34 Pins, und einen mit 20 Pins.
- ESDI
Steht für Enhanced Small Device Interface. Diese Schnittstelle wurde als Nachfolger zur ST506/412 mit schnelleren Transferraten und größeren unterstützten Laufwerksgrößen betrachtet. Ab Mitte der 80er Jahre verwendet, benutzt ESDI das gleiche zwei-Kabel-Schema wie sein Vorgänger.
Es gab damals auch proprietäre Schnittstellen von größeren Computerherstellern (hauptsächlich IBM und DEC). Die Absicht hinter der Entwicklung dieser Schnittstellen war der Versuch, das extrem lukrative Peripherie-Geschäft für deren Computer zu sichern. Durch die proprietäre Natur waren die Geräte, die mit diesen Schnittstellen kompatibel waren, jedoch wesentlich teurer als vergleichbare nicht-proprietäre Geräte. Aus diesem Grund erreichten diese Schnittstellen niemals eine langfristige Beliebtheit.
Während proprietäre Schnittstellen weitestgehend verschwunden sind und die hier beschriebenen Schnittstellen kaum noch Marktanteile besitzen, ist es doch wichtig, über diese nicht mehr länger benutzten Schnittstellen Bescheid zu wissen, da dies zumindest eines deutlich werden lässt — nichts in der Computerindustrie bleibt lange konsistent. Halten Sie also ständig Ausschau nach neuen Schnittstellen-Technologien; eines Tages werden Sie vielleicht eine finden, die besser für Ihre Anforderungen geeignet ist, als jene, die Sie bisher verwendet haben.
5.3.2. Heutige Industrie-Standard-Schnittstellen
Im Gegensatz zu den proprietären Schnittstellen, die im vorherigen Abschnitt beschrieben wurden, wurden einige weitestgehend angenommen und zum Industrie-Standard gewählt. Insbesondere zwei Schnittstellen haben diesen Übergang geschafft und sind ein bedeutendes Kernstück in der heutigen Speicherindustrie:
IDE/ATA
SCSI
5.3.2.1. IDE/ATA
IDE steht für Integrated Drive Electronics. Diese Schnittstelle stammt aus den späten 80er Jahren und verwendet 40-Stift Stecker.
 | Anmerkung |
|---|---|
Der eigentliche Name für diese Schnittstelle ist "AT-Attachment" (oder ATA), der Begriff "IDE" (der sich eigentlich auf ein ATA-kompatibles Massenspeichergerät bezieht) wird jedoch weitläufig verwendet. Im restlichen Teil dieses Abschnitts verwenden wir jedoch den richtigen Namen der Schnittstelle — ATA. |
ATA implementiert eine Bus-Topologie, bei der jeder Bus zwei Massenspeichergeräte unterstützt. Diese beiden Geräte werden als Master und Slave bezeichnet. Diese Begriffe sind irreführend, da eine Art Beziehung zwischen diesen Geräten impliziert wird; dies ist jedoch nicht der Fall. Die Auswahl, welches Gerät der Master und welches der Slave ist, wird gewöhnlich durch die Jumper-Blöcke in jedem Gerät festgelegt.
| Anmerkung |
|---|---|
Eine neuere Innovation ist die Einführung von Cable-Select-Fähigkeiten für ATA. Diese Innovation erfordert die Verwendung eines bestimmten Kabels, einem ATA-Controller und einem Massenspeichergerät, das Cable-Select (normalerweise durch eine "Cable-Select" Jumper-Einstellung) unterstützt. Ist dies richtig konfiguriert, eliminiert Cable-Select die Notwendigkeit, Jumper beim Umstellen von Geräten auszuwechseln; anstelle dessen legt die Geräte-Position am ATA-Kabel fest, ob dieses Master oder Slave ist. |
Eine Variation dieser Schnittstelle illustriert die einzigartigen Methoden, mit denen Technologien vermischt werden können und führt desweiteren unsere nächste Industrie-Standard-Schnittstelle ein. ATAPI ist eine Variation der ATA-Schnittstelle und steht für AT Attachment Packet Interface. Hauptsächlich von CD-ROM-Laufwerken verwendet, hält sich ATAPI an die elektrischen und mechanischen Aspekte der ATA-Schnittstelle, verwendet jedoch das Kommunikationsprotokoll der im nächsten Abschnitt beschriebenen Schnittstelle — SCSI.
5.3.2.2. SCSI
Formell als Small Computer System Interface bekannt stammt SCSI aus den frühen 80er Jahren und wurde im Jahre 1986 zum Standard. Wie auch ATA verwendet SCSI eine Bus-Topologie. Hier endet jedoch auch schon die Ähnlichkeit.
Die Verwendung einer Bus-Topologie bedeutet, dass jedes Gerät auf dem Bus irgendwie eindeutig identifiziert werden muss. Während ATA nur zwei verschiedene Geräte für jeden Bus unterstützt und diesen einen eindeutigen Namen zuweist, tut SCSI dies, indem jedem Gerät auf dem SCSI-Bus eine eindeutige numerische Adresse oder SCSI-ID zugewiesen wird. Jedes Gerät auf einem SCSI-Bus muss dahingehend konfiguriert werden (meistens durch Jumper oder Switches[1]), auf die SCSI-ID zu antworten.
Bevor wir fortfahren, ist es wichtig zu erwähnen, dass der SCSI-Standard nicht eine einzige Schnittstelle beschreibt, sondern eine Familie von Schnittstellen. SCSI variieren in mehreren Bereichen:
Busbreite
Busgeschwindigkeit
Elektrische Merkmale
Der ursprüngliche SCSI-Standard beschrieb eine Bus-Topologie, in der acht Leitungen im Bus für den Datentransfer verwendet wurden. Dies bedeutete, dass das erste SCSI-Gerät nur 1 Byte Daten auf einmal übertragen konnte. Zu einem späteren Zeitpunkt wurde der Standard auf Implementierungen mit 16 Leitungen ausgeweitet, was die zu übertragende Datenmenge verdoppelte. Die eigentliche "8-Bit" SCSI-Implementierung wurde sodann als narrow SCSI bezeichnet, während die neuere 16-Bit-Implementierung als wide SCSI bekannt wurde.
Ursprünglich wurde die Busgeschwindigkeit für SCSI auf 5 MHz gesetzt, was eine Transferrate von 5MB/Sekunde auf einem 8-Bit SCSI-Bus erlaubte. Erweiterungen des Standards verdoppelten diese Geschwindigkeit auf 10 MHz, d.h. 10MB/Sekunde für narrow SCSI und 20 MB/Sekunde für wide SCSI. Wie bei der Busbreite erhielten die Änderungen in der Busgeschwindigkeit neue Namen, die 10 MHz Busgeschwindigkeit wurde als fast bezeichnet. Spätere Erweiterungen brachten die Busgeschwindigkeiten auf ultra (20MHz), fast-40 (40MHz) und fast-80[2]. Weitere Erhöhungen der Transferraten führten zu mehreren unterschiedlichen Versionen der ultra160 Busgeschwindigkeit.
Durch eine Kombination dieser Begriffe können unterschiedliche SCSI-Konfigurationen genau benannt werden. So ist zum Beispiel eine "ultra-wide" SCSI ein 16-bit SCSI-Bus bei 20 MHz.
Der ursprüngliche SCSI-Standard verwendete Einzelsignale. Dies ist eine elektrische Konfiguration, bei der nur ein Leiter ein elektrisches Signal weitergibt. Später kamen dann Differentialsignale hinzu, bei denen zwei Leiter für das Weiterleiten von elektrischen Signalen eingesetzt wurden. Differential-SCSI (was später in Hochspannungsdifferential oder HVD SCSI umbenannt wurde) hat den Vorteil verringerter Empfindlichkeit auf elektrisches Rauschen und ermöglichte längere Kabellängen; hat sich jedoch nie im allgemeinen Computermarkt durchgesetzt. Eine spätere Implementation, die als Niederspannungsdifferential (LVD/Low Voltage Differential) bekannt wurde, hat sich letztendlich durchgesetzt und ist eine Voraussetzung für höhere Busgeschwindigkeiten.
Die Breite eines SCSI-Busses bestimmt nicht nur die Datenmenge, die mit jedem Clock-Zyklus übertragen werden kann, sondern auch wieviele Geräte an einen Bus angeschlossen werden können. Herkömmliche SCSI unterstützen 8 einzigartig adressierte Geräte, während von wide SCSI 16 unterstützt werdeb. In jedem Fall müssen Sie sicherstellen, dass alle Geräte eine jeweils einzigartige SCSI-ID verwenden. Haben zwei Geräte die gleiche ID, bringt dies Probleme mit sich, die zu Datenkorruption führen können.
Darüberhinaus sollten Sie beachten, dass jedes Gerät auf dem Bus eine ID verwendet. Dies umfasst auch den SCSI-Controller. Häufig wird dies von Administratoren vergessen und setzen versehentlich die selbe SCSI-ID für ein Gerät sowie auch für den SCSI-Controller. Dies bedeutet in der Praxis, dass nur 7 (oder 15) Geräte auf einem Bus zur Verfügung stehen, da jeder Bus eine ID für den Controller bereitstellen muss.
 | Tipp |
|---|---|
Die meisten SCSI-Implementierungen enthalten eine Methode zum Scannen des SCSI-Busses; dies wird häufig dazu verwendet, zu bestätigen, dass alle Geräte ordnungsgemäß konfiguriert sind. Ist das Ergebnis des Bus-Scans das gleiche Gerät für jede einzelne SCSI-ID, so wurde dieses Gerät fälschlicherweise auf die gleiche SCSI-ID wie der SCSI-Controller gesetzt. Um dieses Problem zu lösen, müssen Sie das Gerät auf eine andere (und einzigartige) SCSI-ID umkonfigurieren. |
Aufgrund der bus-orientierten Architektur ist es nötig, beide Enden des Busses richtig abzuschließen. Für diesen Abschluss wird ein terminierter Stecker mit dem richtigen elektrischen Widerstand an jeden Leiter des SCSI-Busses angebracht. Endwiderstände sind eine elektrische Voraussetzung. Ohne diese würden die vielen Signale auf dem Bus von den Enden des Busses reflektiert und somit die gesamte Kommunikation beeinträchtigt werden.
Viele (jedoch nicht alle) SCSI-Geräte haben interne Endwiderstände, die mittels Jumpern oder Switches aktiviert oder deaktiviert werden können. Externe Endwiderstände sind außerdem erhältlich.
Eines sollten Sie jedoch über SCSI im Hinterkopf behalten — es ist nicht nur ein Schnittstellen-Standard für Massenspeichergeräte. Viele andere Geräte (wie Scanner, Drucker und Kommunikationsgeräte) verwenden SCSI, auch wenn diese weniger oft vorkommen als SCSI-Massenspeichergeräte. Jedoch mit dem Aufkommen von USB und IEEE-1394 (auch Firewire genannt) werden diese Schnittstellen in Zukunft häufiger für solche Geräte eingesetzt werden.
| Tipp |
|---|---|
Die USB- und IEEE-1394-Schnittstellen bewegen sich auch langsam in Richtung Massenspeichergeräte, es gibt zur Zeit jedoch noch keine nativen USB- oder IEEE-1394-Massenspeichergeräte auf dem Markt. Anstelle dessen werden heutzutage ATA- oder SCSI-Geräte mit externen Umwandlungsschaltkreisen angeboten. |
Egal welche Schnittstelle ein Massenspeichergerät verwendet, das Innenleben dieser Geräte hat einen Einfluss auf dessen Performance. Im folgenden Abschnitt wird dieses wichtige Thema behandelt.