VOICE Homepage: http://de.os2voice.org

März 2002 [Inhaltsverzeichnis] [Vorherige Seite] [Nächste Seite] [Artikelverzeichnis] editor@os2voice.org

Der SCSI-Workshop - Teil 1: Grundlagen

[Eric Baerwaldt hat zum SCSI-Workshop eine CD zusammengestellt mit technischen Dokumenten (u.a. von mehr als 150 Festplatten), Treibern etc. Die CD ist für EUR 13,00 incl. Porto und Verpackung direkt beim Autor erhältlich. Interessenten überweisen bitte den Betrag auf das Konto 5711 81 841 bei der Sparkasse Nürnberg, BLZ 760 502 10 und senden eine e-mail mit ihrer Postadresse an EricBaerwaldt@web.de. Sofort nach Buchung des Geldbetrages wird die CD an den jeweiligen Empfänger geschickt. - d.Hrsg.]

Wer sich heute als OS/2-Anwender oder Besitzer der eComStation mit dem Gedanken trägt, einen neuen PC anzuschaffen oder ein älteres Gerät aufzurüsten, steht zwangsläufig vor der Frage: Soll der neue Rechner oder das aufzurüstende System mit einem SCSI-Subsystem (SCSI steht für Small Computer System Interface) für die Ansteuerung der Massenspeicher (Festplatten, CD-ROM-Laufwerke, Streamer etc.) ausgerüstet sein oder mit einem herkömmlichen EIDE-Controller betrieben werden? Die nächste Frage in diesem Kontext lautet demnach natürlich: Welche Vor- und Nachteile bietet jedes dieser Systeme?
Um es gleich vorwegzunehmen: Außer dem Kostenvorteil aufgrund der Massenfertigung und der leichteren Konfiguration wegen der primitiven Schnittstellentechnologie bietet EIDE gegenüber SCSI keinerlei Vorteile. Der vermeintliche Kostenvorteil von EIDE-Systemen relativiert sich zudem sehr schnell, wenn man einen älteren Rechner aufrüsten möchte. Eine solche Aufrüstung macht bei EIDE-Systemen oftmals keinen Sinn mehr, da der Einbau einer neuen, größeren Festplatte nicht automatisch den erwünschten Geschwindigkeitsvorteil mit sich bringt. Völlig anders sieht es bei SCSI-Systemen aus: Ein neuer Controller mit einer schnellen SCSI-Festplatte kann auch manch älterem System zu ungeahnter Geschwindigkeit verhelfen.
Wie bei allen anspruchsvollen Technologien gestaltet sich die Konfiguration eines SCSI- Systems jedoch etwas komplizierter, so daß wir uns hier in diesem und den folgenden Beiträgen näher mit der SCSI-Technologie beschäftigen wollen.

I. Was ist eigentlich SCSI?

I.I. Historisches

Der SCSI-Standard hat in seiner ursprünglichen Festschreibung ein für EDV-Verhältnisse fast schon biblisches Alter erreicht: Erstmals wurde die technische Spezifikation im Jahre 1986 standardisiert. Seither wurde diese Spezifikation mehrfach modifiziert und den technischen Entwicklungen angepaßt, ohne jedoch die volle Abwärtskompatibilität aus den Augen zu verlieren. Während die EIDE-Billigtechnologie ausschließlich im PC-Sektor bei preiswerten Geräten eingesetzt wird, sind im anspruchsvollen Server-Bereich und in professionellen Workstations nahezu ohne Ausnahme SCSI-Subsysteme im Einsatz. Gleichwohl gab es zunächst einige Hürden zu überwinden, um die SCSI-Schnittstelle auch im PC-Sektor zu etablieren. Als erster großer Hersteller setzte Apple in seinen Rechnern SCSI-Subsysteme ein, weil die Macintosh-Rechner als geschlossene Systeme nicht erweiterbar waren. Der SCSI-Bus erlaubte jedoch bereits in seiner ersten Spezifikation den Anschluß von bis zu sieben physikalischen Geräten an eine einzige Schnittstelle, so daß Apple mit der Verwendung dieser Technologie das Manko der mangelnden Erweiterbarkeit sehr elegant umgehen konnte.
In der Welt der IBM-Rechner und Kompatiblen hingegen waren zu diesem Zeitpunkt noch technologisch steinzeitlich anmutende Konzepte im Einsatz: Bis Ende der achtziger Jahre wurden hier vornehmlich MFM-Controller zur Ansteuerung von ST 506/412-Festplatten verwendet, andere Peripheriegeräte wie Scanner oder Bandlaufwerke wurden mit eigenen Schnittstellenkarten geliefert, die natürlich immer mindestens einen freien Slot im PC belegten und obendrein in den damals vorherrschenden ISA-Bus-Rechnern auch oft anderweitig dringend benötigte Ressourcen wie Interrups oder DMA-Kanäle beanspruchten. Mit der Einführung der PS/2-Baureihe im Jahr 1987 entschied sich der IBM-Konzern jedoch für technologisch bessere Konzepte: So wurden in den kleinen PS/2-Systemen zunächst proprietäre IDE-Controller und dazugehörige Festplatten eingebaut auf Basis einer 8-bittigen XT-IDE-Schnittstelle, während die großen PS/2-Rechner überwiegend mit ESDI-Subsystemen, einer Weiterentwicklung der alten ST506/412-Technologie mit besseren Leistungsdaten ausgestattet waren. Der IBM-Konzern brachte sogar das Kunststück fertig, in seine ersten Notebooks der PS/2-Note-Serie Anfang der neunziger Jahre ESDI-Festplatten im 2,5"-Format einzubauen. Sehr schnell stellte sich jedoch heraus, daß das Durcheinander an verschiedenen, meist zueinander inkompatiblen Schnittstellenkarten für alle möglichen Peripheriegeräte ebenso wie die technischen Beschränkungen der ESDI-Schnittstelle neue Konzepte nötig machten. (Siehe ¹) Der IBM-Konzern begann daraufhin mit der Vorstellung der dritten Generation der PS/2-Systeme im Jahr 1992, in alle Premium-Rechner SCSI-Subsysteme einzubauen. Diese wurden teilweise als On-board-Lösungen realisiert, teils jedoch auch durch die Verwendung eigener Schnittstellenkarten.
Im Jahre 1994 wurde der sogenannte Fast-SCSI-Standard, auch als SCSI-2 bekannt, durch das ANSI-Komitee verabschiedet, und seither haben mit SCSI-3 und verschiedenen darauf beruhenden Weiterentwicklungen enorme technische Fortschritte stattgefunden.

Diese schnellen technischen Entwicklungen haben jedoch auch zu einer nahezu unübersehbaren Vielfalt an Schnittstellenkarten, Steckerverbindungen, Konfigurationsmöglichkeiten und Massenspeichersystemen geführt, so daß es angezeigt erscheint, zunächst etwas Licht in den SCSI-Dschungel zu bringen.

I.II. Das technische Grundgerüst

Im Gegensatz zur EIDE-Schnittstelle, die sich heute meist in Gestalt eines Controllers und zweier Anschlußleisten auf den Hauptplatinen von Billigsystemen befindet, handelt es sich bei der SCSI-Technologie nicht um eine Erweiterung einer bestehenden Technologie, sondern um ein eigenständiges, paralleles Bussystem zur Datenübertragung. Der SCSI-Bus setzt daher zwingend Controller und Peripheriegeräte voraus, die über "Eigenintelligenz" verfügen, also folgerichtig in der Lage sind, die komplette Steuerung der Datenübertragung ohne Belastung des Hauptprozessors eines Rechners zu übernehmen. Das SCSI-System ist prinzipiell realisiert als strangförmiger paralleler Bus, an den die einzelnen Geräte linear angeschlossen sind, d.h. es gibt keine Verzweigungen. An den beiden Enden des Busses müssen Terminatoren angebracht sein, um den Bus zu schließen. Die gesamte Kommunikation auf dem SCSI-Bus läuft dabei grob vereinfacht in drei Phasen ab: In der ersten Phase, der Kommandophase, werden die Übertragungsmodi zwischen dem Controller und dem daran angeschlossenen Endgerät festgelegt sowie die entsprechenden Kommandos an das Endgerät versandt. Dieses Endgerät, in der Regel eine Festplatte oder ein CD-ROM-Laufwerk, kann daraufhin während des Abarbeitens der erhaltenen Befehle den Bus für sich allein beanspruchen oder aber sich vom Bus "abmelden" und somit diesen freimachen für andere Kommunikationsvorgänge, um sich nach Erfüllung des vom Controller erhaltenen Auftrages wieder am Bus "anzumelden".
In der zweiten Phase (= Übertragungsphase) werden die eigentlichen Daten übertragen zwischen dem Endgerät und dem Controller, der sie an die CPU weiterleitet.
In der dritten und letzten Phase, der sogenannten Statusphase, meldet das Endgerät seinen Status an den Controller und dieser meldet seinen Status zurück. Durch diesen gegenseitigen Austausch der jeweiligen Zustände ist eine wirksame Fehlerkontrolle möglich. So kann beispielsweise die Datenübertragung nochmals durchgeführt werden, wenn Fehler auf dem Bus aufgetreten sind.

Die oben geschilderten Vorgänge, die unter Ausschluß der eigentlichen Recheneinheit eines Personal Computers (CPU) stattfinden, bezeichnet man als Busmastering. Busmaster- vorbereitete Endgeräte und Controller beherrschen also die Fähigkeit der eigenständigen Kommunikation, ohne daß die Rechenzeit der CPU in Anspruch genommen wird. Dieses Busmastering beherrscht die EIDE-Schnittstelle ab ihren diversen UDMA-Ausprägungen in eingeschränktem Maße, so daß bei EIDE-Systemen nach wie vor die Prozessorbelastung der CPU deutlich spürbar ins Gewicht fällt und somit ein Geschwindigkeitsnachteil gegenüber SCSI-Systemen entsteht, der durch die geringere Rotationsgeschwindigkeit, die höhere Zugriffszeit und i.d.R. kleinere Cache-Speicher der EIDE-Festplatten (siehe unten) gegenüber ihren SCSI-Pendants noch spürbar verstärkt wird.

Ein weiteres herausragendes Merkmal des SCSI-Busses ist die Möglichkeit, interne und externe Endgeräte gleichzeitig an einem Controller zu betreiben, und zwar je nach Standard zwischen sieben und fünfzehn Geräten. So sind komplexe Konfigurationen, die beispielsweise aus zwei internen Festplatten, einem internen CD-ROM-Laufwerk, einem externen CD-ROM-Brenner und einem externen Scanner bestehen, problemlos realisierbar. Der SCSI-Bus verlangt für jedes der angeschlossenen Geräte lediglich zwingend eine sogenannte ID-Nummer (die ID- Nummern werden in auf- oder absteigender Reihenfolge von 0 bis 15 weitgehend wahlfrei vergeben und lassen sich an den jeweiligen Endgeräten mittels Jumpern, Dreh-, Druck- oder Dip-Schaltern einstellen). Unter jeder SCSI-ID-Nummer lassen sich jedoch zusätzlich durch die sogenannten Logical Unit Numbers (LUN's) bis zu weitere sieben Geräte subadressieren, mit deren Hilfe sich beispielsweise in großen Speichersystemen wie dem IBM 3516 mehrere Festplatten logisch zu einem Laufwerk zusammenfassen lassen. Die Adressierung der LUN's muß dabei jedoch vom Betriebssystem unterstützt werden.
Die EIDE-Schnittstelle bietet demgegenüber lediglich zwei Anschlüsse, über die in einem unsäglichen sogenannten Master-/Slave-Betriebsmodus gerade einmal vier Geräte angeschlossen werden können, und zwar ausnahmslos interne Geräte. Scanner oder Bandlaufwerke, die professionellen Ansprüchen genügen, bleiben damit außen vor. Der Master-/Slave-Modus läßt obendrein nur ein eingeschränktes Busmastering zu, und die Gesamtleistung des EIDE-Systems wird stets vom langsamsten Endgerät bestimmt. Es macht also - als Extrembeispiel - wenig Sinn, an den ersten EIDE-Kanal eine UDMA-100-Festplatte als Master anzuschließen und am gleichen Kanal als Slave ein CD-ROM-Laufwerk mit Double Speed-Performance.
Ein weiterer Vorteil der SCSI-Technologie ergibt sich aus der Möglichkeit, mehrere Controller in einem System zu verwenden. So können beispielsweise bei Einsatz von Standard-SCSI- Steckkarten der Firma Adaptec maximal zwei Controller in einem System eingesetzt werden (Siehe ²), so daß - ohne Berücksichtigung der heute im PC-Bereich kaum ins Gewicht fallenden LUN's - bis zu 14 Endgeräte (Narrow SCSI) oder gar 30 Endgeräte (Wide SCSI) an einem einzigen Rechner betrieben werden können. Bei den PS/2-Systemen von IBM können sogar bis zu vier SCSI-Controller gleichzeitig betrieben werden, so daß einem Einsatz selbst großer externer "Juke-Boxes", in denen sich mehrere Festplatten befinden, nichts mehr im Wege steht.
Aus der größeren Flexibilität der SCSI-Technologie resultiert ein weiterer Pluspunkt gegenüber der Billigschnittstelle EIDE: Während für die letztgenannte Technologie außer Festplatten, CD- ROM-, DVD-Laufwerken und -brennern sowie Billigstreamern de facto keine weiteren Geräte verfügbar sind, werden für die SCSI-Schnittstelle daneben auch Scanner (meist für den professionellen Gebrauch), die oben bereits erwähnten Juke-Boxes, DDS-, Exabyte-, DAT-, MO- und andere Massenspeichersysteme angeboten, die durchweg High-End-Ansprüchen genügen. Hier muß die EIDE-Schnittstelle völlig passen.

Last but not least soll an dieser Stelle noch auf einen weiteren gravierenden Unterschied zwischen den beiden Massenspeichertechnologien hingewiesen werden, der allzuleicht vergessen wird: Bei dem heutigen Haupteinsatzgebiet beider Techniken, der Ansteuerung von Festplatten, darf nicht unerwähnt bleiben, daß die derzeit üblichen, meist sehr preiswert angebotenen EIDE-Festplatten von ihrer mechanischen Beschaffenheit und ihren Leistungsdaten her betrachtet trotz UDMA-100 und anderen Marketing-Botschaften durchgängig eine zweit-, wenn nicht gar drittklassige Lösung darstellen: Während die derzeit schnellsten am Markt erhältlichen UDMA-Festplatten mit 7.200 RPM arbeiten und - von wenigen Ausnahmen abgesehen - einen internen Festplattencache von meist zwischen 512 bis maximal 2.048 KB aufweisen, arbeiten die gängigen, modernen SCSI-Festplatten seit geraumer Zeit mit 10.000 RPM und sind in der Regel mit großen Speichercaches von 4.096 KB, 8.096 KB oder teilweise sogar 16.384 KB, ausgerüstet. Zudem werden bei High-End-SCSI-Festplatten heutzutage im Gegensatz zu EIDE flüssigkeitsgedämpfte Kopfmechanismen eingesetzt und Platten aus Glassubstrat. Die Herstellerspezifikationen weisen außerdem meist für SCSI- Festplatten eine wesentlich höhere Zuverlässigkeit aus (MTBF-Intervalle): So liegt die garantierte Anzahl der Spin-Ups und Spin-Downs, die eine Festplatte zwischen zwei Ausfällen absolvieren muß, bei SCSI-Systemen meist bei 100.000 oder mehr, EIDE-Geräte dagegen bringen es durchschnittlich auf lediglich 30.000 Start- und Stop-Vorgänge. Deshalb heißt die Devise im professionellen, datensensiblen Einsatz nach wie vor: Hände weg von EIDE! Mit der Verabschiedung des Ultra-4-Wide-SCSI-Standards und der Vorstellung der ersten Prototypen für diesen Standard ausgelegten Festplatten mit 15.000 RPM durch den IBM-Konzern und den US-amerikanischen Hersteller Seagate dürfte zudem eindrucksvoll nachgewiesen sein, welches enorme Potential im High-End-Bussystem SCSI steckt!

I.III. Die verschiedenen SCSI-Standards

Wie oben bereits dargelegt, haben sich im Laufe der Zeit durch die permanente technische Weiterentwicklung verschiedene verbindlich definierte Standards ergeben, die hier in tabellarischer Form aufgelistet werden sollen: (Siehe ³)

Bezeichnung	Kurzform	Busbreite	Geräte- anzahl	Taktrate	max. Durchsatz	Kabeltyp	Kabellänge
SCSI	SCSI-1	8 Bit	7	5 MHz	3,3 MB/s.	50/25	6
SCSI	SCSI-1	8 Bit	7	5 MHz	5 MB/s.	50	6
Fast-SCSI	SCSI-2	8 Bit	7	10 MHz	10 MB/s.	50	3
Wide-SCSI	SCSI-2	16 Bit	15	10 MHz	20 MB/s.	68	3
Ultra-SCSI	SCSI-3	8 Bit	7	20 MHz	20 MB/s.	50	1,5
Ultra-Wide-SCSI	SCSI-3	16 Bit	15	20 MHz	40 MB/s.	68	1,5
Ultra-Wide-Differential-SCSI	Differential	16 Bit	15	20 MHz	40 MB/s.	68	25
Ultra-2-SCSI	LVD	8 Bit	7	40 MHz	40 MB/s.	50	12
Ultra-2-Wide-SCSI	LVD	16 Bit	15	40 MHz	80 MB/s.	68	12
Ultra-3-Wide-SCSI	LVD	16 Bit	15	40 MHz	160 MB/s.	68	12
Ultra-4-Wide-SCSI (in Planung)	LVD	16 Bit	15	80 MHz	320 MB/s.	68	12

Erläuternd ist zur obigen Tabelle anzumerken, daß alle Low Voltage Differential SCSI-Systeme (LVD) für den Fall, daß lediglich zwei Geräte (also Controller und ein Endgerät) angeschlossen sind, Kabellängen von maximal 25 m erlauben.
Die differentiellen und LVD-SCSI-Standards sind als symmetrisches SCSI ausgelegt (im Gegensatz zu den "alten" SCSI-1-, SCSI-2- und SCSI-3-Schnittstellen, die asymmetrisch arbeiten) und daher inkompatibel zu den letztgenannten. Sie setzen zum Betrieb an einem System des jeweils anderen Standards einen Pegelwandler voraus, der jedoch insbesondere bei modernen Festplatten auf deren Controllern bereits integriert ist. So lassen sich auf den gängigen IBM-Festplatten einfach per Jumper die Betriebsarten "SE" (= Single Ended) für asymmetrisches SCSI, oder "LVD/Diff" (= Low Voltage Differential/Differential) für symmetrisches SCSI einstellen.

II. Stecker und Controller

II.I. Die verschiedenen Steckverbindungen

Im Laufe seiner nunmehr fünfzehnjährigen Evolution hat der SCSI-Standard neben vielen Verbesserungen und Erweiterungen eine Vielzahl von differierenden Steckerbauformen hervorgebracht, die im Einzelfall auch dem unkundigen Anwender bei Betrachtung eines Controllers oder eines Endgerätes Hinweise auf dessen Standard geben können. Am gebräuchlichsten sind für externe Geräte 50-polige Centronics-Stecker (sie sehen aus wie überdimensionierte Druckerstecker), 25-polige D-Sub-Stecker (die genauso aussehen wie parallele Druckeranschlüsse am PC und deshalb eine gewisse Verwechslungsgefahr in sich bergen), 50-polige Stiftstecker und solche mit 68 Stiften und schließlich - bei High-End- Komponenten der SCSI-Familie - auch sogenannte SCA-Stecker, die 80 Pole aufweisen. Bei ihnen wird man den Anschluß für die Spannungsversorgung vermissen, da diese in den SCA- Stecker integriert ist. Solche SCA-Devices werden vornehmlich in Servern verwendet, die über einen RAID-Controller verfügen und bei denen die Festplatten im laufenden Betrieb ausgetauscht werden können ("Hot Plug").
Flachbettscanner verwenden meist 25-polige D-Sub-Anschlüsse, während externe Streamer, CD-ROM-Laufwerke oder CD-Brenner überwiegend mit Centronics-Steckern oder Stiftsteckern ausgestattet sind. Interne Geräte des SCSI-2-Standards werden über 50-polige Stiftstecker angesprochen, während in die Geräte der Wide-SCSI-Familien 68-polige Stiftstecker integriert sind. SCA-Stecker findet man fast ausschließlich bei High-End-Festplatten.

II.II. Controllertypen

Heutzutage werden im Handel viele verschiedene SCSI-Controller angeboten, deren Leistungsspektrum durch die Fülle der differierenden, oben aufgeführten Standards nicht ohne Vorkenntnisse leicht zu bewerten ist. Zumeist handelt es sich bei den teuereren Geräten um solche Controller, die den SCSI-3- und LVD-Anforderungen (Ultra-Wide, Ultra-2-Wide, Ultra-3- Wide) genügen, vereinzelt findet man jedoch auch noch Fast-SCSI-Controller. Zudem sind immer wieder Billigangebote auszumachen, die zumeist den Aufdruck "Ohne BIOS" tragen. Diese Controller sind - sofern die Hauptplatine des Computers, in denen sie verwendet werden sollen, nicht über ein SMDS-BIOS verfügt - nicht bootfähig, was deren Einsatzgebiet einschränkt. Hinzu kommen jene meist "kastrierten" SCSI-Controller, die bei Flachbettscannern mitgeliefert werden. Diese Controller sind zumeist nur mit dem jeweiligen Gerät, mit dem sie ausgeliefert werden, kompatibel und besitzen auch in der Regel weder ein eigenes BIOS noch einen Anschluß für interne Geräte. Zudem passiert es oft, daß sie mit speziell beschalteten externen Anschlüssen ausgestattet sind, so daß der Anwender außer dem jeweiligen Gerät keine weiteren SCSI-Devices an diesem Controller betreiben kann. Zu diesen "kastrierten" Adaptern werden dann auch entsprechende Spezialkabel mitgeliefert, die im normalen Handel nicht erhältlich sind. Lobenswerte Ausnahmen von dieser Unsitte bieten beispielsweise einige Produkte der Firma Microtek, die ihren Scannern einfache ISA- oder PCI-SCSI-Controller der Firma Adaptec beilegt, die - abgesehen vom fehlenden BIOS und dem fehlenden internen Anschluß - vollwertige SCSI-1-Schnittstellenkarten darstellen.

Eine allgemeingültige Kaufempfehlung kann aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der SCSI-Controller nicht gegeben werden, generalisierend lassen sich jedoch einige Aspekte nennen, die man auf jeden Fall beachten sollte: Soll der SCSI-Controller zukünftig allein die Massenspeicher-Subsysteme steuern, ist es angezeigt, eine möglichst dem aktuellen Standard entsprechende Schnittstellenkarte zu beschaffen. Dabei sollte auf folgende Eigenschaften geachtet werden:

1. Der Controller sollte intern über eine SCSI-Brücke und zwei jeweils 50- und 68-polige Anschlüsse verfügen, um ohne zusätzliche Hardware sowohl SCSI-2- als auch SCSI-3- Geräte betreiben zu können.
2. Die Karte muß unbedingt mit einem eigenen BIOS ausgerüstet sein, um ohne weitere Probleme von jeder angeschlossenen Festplatte aus booten zu können.
3. Ein externer, 68-poliger Anschluß zur Verbindung mit externen Geräten sollte vorhanden sein.
4. Der Controller sollte über eine automatische Terminierung verfügen, was bei aktuellen Schnittstellenkarten in der Regel der Fall ist.
5. Wer über nur wenige Anschlüsse für interne Komponenten am PC-Netzteil verfügt, sollte darauf achten, daß ein zusätzlicher Anschluß zur Spannungsversorgung eines internen Gerätes auf dem Controller zur Verfügung gestellt wird.

Wird die Schnittstellenkarte als zweiter Controller in einem System betrieben, so sollte zumindest auf folgende Aspekte geachtet werden:

1. Die Schnittstellenkarte sollte - sofern sie über ein eigenes BIOS verfügt - dieses BIOS in einem gesockelten Chip gespeichert haben, damit der Chip problemlos entfernt werden kann, da das BIOS lediglich bei Controllern notwendig ist, von deren angeschlossenen Geräten aus der Rechner gebootet werden soll.
2. Die zweite SCSI-Karte wird meist dazu verwendet, langsamere Geräte wie beispielsweise Scanner zu betreiben. Daher muß sie zwingend über einen externen SCSI-Anschluß verfügen, wobei hier meist ein SCSI-2-Controller völlig ausreicht, dessen Leistungsspektrum aktuelle Scanner bei weitem nicht ausschöpfen.

Ressourcen auf dem schnellen SCSI-Bus zu beanspruchen. Dies erscheint insbesondere vor dem Hintergrund relevant, daß die meisten handelsüblichen Scanner während des Scanvorgangs am Bus angemeldet bleiben (der Disconnect-/Reselect-Befehl muß bei ihnen ggf. manuell modifiziert werden) und damit Ressourcen auf dem Bus exclusiv binden.
Die meisten SCSI-Controller neuerer Bauart werden heutzutage mit einer automatischen Terminierung ausgeliefert, die dann in Aktion tritt, wenn der Controller das letzte Glied in der Kette darstellt. Bei älteren Controllern ist darauf zu achten, daß diese zwei Stecksockel für Terminatoren aufweisen. Üblicherweise befinden sich auf älteren Schnittstellenkarten die Terminatoren in rechteckigen, leuchtend gelb lackierten Kunststoffgehäusen und sind meist in der Nähe des externen Anschlusses zu finden.
Weiterhin ist insbesondere bei den neuen Ultra-2- und Ultra-3-Steckkarten und den entsprechenden Geräten auf möglichst hochwertige Kabel zu achten. Billige Anschlußkabel, die die Spezifikationen nicht einhalten, können nämlich für erhebliche Störung auf dem Bus sorgen. Auch die externen Kabel sollten möglichst von hoher Qualität sein (vergoldete Stecker, ordentliche Abschirmung etc.), da schlechte Kabel die Signalqualität derart negativ beeinflussen können, daß die Kabellängen deutlich verkürzt werden müssen. Das kann insbesondere dann zu Problemen führen, wenn mehrere externe und interne Geräte gleichzeitig an einem Controller betrieben werden sollen, da sich die maximale Kabellänge des SCSI-Busses aus der Addition aller internen und externen Kabellängen ergibt. In diesem Kontext ist ebenfalls anzuraten, bei neueren SCSI-Standards ausschließlich aktive Terminatoren zu verwenden. Bei den SCSI-1- und auch noch teilweise bei SCSI-2-Systemen können wahlweise auch passive Terminatoren eingesetzt werden, was sich jedoch mit zunehmender Geschwindigkeit der Komponenten und größerer Kabellänge bei SCSI-2- Systemen schon im Einzelfall als problematisch erweisen kann. Ab den SCSI-3-Geräten ist die aktive Terminierung zwingend vorgeschrieben.

II.III. Die Crème de la Crème - RAID-Systeme

Insbesondere in sehr anspruchsvollen High-End-Umgebungen, also primär in Client-/Server- Netzen, bei denen die Datenintegrität und Ausfallsicherheit höchste Priorität genießen, kommen sogenannte RAID-Controller zum Einsatz. Bei RAID-Controllern handelt es sich um SCSI-Subsysteme, die spezielle fest implementierte und auch standardisierte Mechanismen beherrschen, um Datenverluste zu minimieren. Es werden grob sieben sogenannte RAID-Level unterschieden:

1. Level 0: Der als Striping bezeichnete Level 0 bietet genaugenommen keine höhere Datensicherheit als ein herkömmliches Festplattensubsystem. Beim RAID-Level 0 werden die zu speichernden Daten auf zwei oder mehrere Festplatten in logischen Lufwerken zusammengefaßt verteilt abgelegt, und zwar stets paketweise. Der Vorteil dieser aufgesplitteten Ablage von Dateien ist, daß - unterstützt durch die Busmasterfähigkeit des SCSI-Systems - beim Lesen der Daten enorme Geschwindigkeitszugewinne erzielt werden, da die Daten permanent von beiden Festplatten gleichzeitig ausgelesen werden können. Im Idealfall ergibt sich also eine Gesamtgeschwindigkeit des Systems, die sich aus der Addition der Datenübertragungsraten der einzelnen Festplatten zusammensetzt. Aber: Dieser Gewinn an Performance ist natürlich auch von anderen Faktoren abhängig! Miserable Dateisysteme wie beispielsweise FAT32 oder NTFS - beide sind in den Produkten der Firma "Microsoft" Standard - machen einen Großteil des Zugewinns an Geschwindigkeit gleich wieder zunichte, da die Daten unter diesen Dateisystemen sehr stark zur Fragmentierung neigen. Das unter OS/2 WARP installierbare Dateisystem HPFS dagegen nutzt ebenso wie HPFS386 die Möglichkeiten der Hardware effektiv aus.
   Der große Nachteil des RAID-Level 0 ist die extreme Datenunsicherheit: Fällt eine der angeschlossenen Festplatten aus oder treten Schreib- und Lesefehler auf, so sind die gespeicherten Daten verloren und können nur mit erheblichem Aufwand - wenn überhaupt - rekonstruiert werden, und zwar auf allen Festplatten!
2. Level 1: Der als Mirroring bezeichnete RAID-Level 1 bietet eine einfache Datenredundanz, da die Daten - wie der Name bereits andeutet - gespiegelt werden, also zweifach im System komplett vorhanden sind.
   Der große Vorteil dieses Levels ist die Datensicherheit: Fällt eine Festplatte aus, so können die Daten ohne Unterbrechung von der zweiten Platte gelesen werden. Nachteilig wirkt sich die verschenkte Kapazität aus: Während sich beim RAID-Level 0 die Kapazität der einzelnen Festplatten addiert, entspricht beim Level 1 die gesamte für Daten verfügbare Kapazität nur der Gesamtgröße der zu spiegelnden Festplatten. Die Spiegelplatten stehen ausschließlich für die redundante Speicherung der Daten zur Verfügung. Auch ist bei RAID-Level 1 keine Erhöhung der Lese-/Schreibgeschwindigkeit auszumachen.
3. Level 2: Dieser in der Praxis weitgehend unbedeutende Level unterscheidet sich vom Level 0 primär durch die bitweise Dislozierung der Daten auf der Festplatte. Durch integrierte Parität und Fehlerkorrektur ist die Datenablage zwar sicherer als bei RAID-Level 0, die Übertragungsgeschwindigkeiten und damit der Datendurchsatz sind jedoch auch durch den Verwaltungsaufwand bei der Paritätsprüfung wesentlich geringer.
4. Level 3: Bei diesem Level wird die Blockgröße auf 1 Byte vermindert und ebenfalls eine Parityprüfung vorgenommen. Zudem befinden sich die Paritätsdaten auf einer eigenen, dedizierten Festplatte. Folge dieses erheblichen Verwaltungsaufwands ist eine extrem schlechte Schreibleistung, so daß sich der RAID-Level 3 ebenfalls nicht durchsetzen konnte.
5. Level 4: Dieser Level arbeitet prinzipiell genauso wie Level 3, jedoch werden die Daten block- und nicht byteweise abgelegt und gelesen. Auch hier wird eine eigene, dedizierte Festplatte für die Ablage der Paritydaten benötigt. In der Praxis spielt der Level 4 annähernd keine Rolle.
6. Level 5: Dieser weit verbreitete Level speichert die anfallenden Daten ähnlich wie der Level 0, jedoch werden zusätzliche Paritydaten eingestreut, ohne daß diese auf einer dedizierten Festplatte abgelegt werden. Der RAID-Level 5 bietet gegenüber den anderen Leveln eine große Schnelligkeit und zudem die benötigte Sicherheit, ist jedoch teuer, da zur Unterstützung des Levels 5 spezielle Controller benötigt werden. Die meisten handelsüblichen Controller unterstützen lediglich die RAID-Level 0 und 1. Ein weiterer Vorteil ist die große Speicherkapazität, die ein RAID-System des Levels 5 bietet, da sich hier - wie bei Level 0 - die Gesamtkapazität des Speichersubsystems aus der Summe der Einzelkapazitäten der angeschlossenen Festplatten ergibt.
7. Level 10: Beim sogenannten Level 10 handelt es sich strenggenommen um eine Kombination aus Level 0 und Level 1. Diese Kombination gewährleistet eine dem Level 0 ähnlich hohe Geschwindigkeit verbunden mit der höheren Datensicherheit, wie sie der Level 1 bietet. Da der Level 10 aus zwei Stripe Sets besteht und keine technischen Neuerungen gegenüber Level 0 und Level 1 einführt, ergeben sich jedoch auch Nachteile: Ein Level 10-System muß mindestens aus vier Festplatten bestehen, da ein Stripe Set stets auf mindestens zwei Festplatten aufgeteilt ist. Da die jeweiligen Stripe Sets gespiegelt werden, ergibt sich zudem eine enorme Verschwendung an Plattenspeicherplatz: Bei vier vorhandenen Festplatten steht definitiv lediglich die Kapazität von zwei Festplatten zur Verfügung. Diese unökonomische Billiglösung findet daher hauptsächlich auf den neuerdings im Handel befindlichen EIDE-RAID-Controllern Verwendung, die meist lediglich die Level 0, 1 und 10 beherrschen. Im anspruchsvollen SCSI-Bereich findet der Anwender dagegen zumeist auch solche Controller, die den RAID-Level 5 implementiert haben, die wohl in jeder Hinsicht sauberste und sicherste Lösung.

II.IV. Die Massenspeicher

Grundsätzlich läßt sich an jeden handelsüblichen vollwertigen SCSI-Controller - wie oben bereits dargelegt - jede Art von SCSI-Massenspeicher anschließen. Am interessantesten dürften für den durchschnittlichen Anwender wohl SCSI-Festplatten, CD-ROM-Laufwerke und -Brenner sowie Flachbettscanner sein, die nahezu alle Bereiche der täglichen Arbeit abdecken.
Beim Anschluß von Festplatten ergeben sich jedoch einige Besonderheiten: Da die Festplattentechnologien stets mit der aktuellen Entwicklung Schritt gehalten und teilweise erst neue Standards hervorgebracht haben, existiert eine nahezu ebenso große Vielfalt an verschiedenen Festplattentypen am Markt wie es bei Controllern der Fall ist. Scanner hingegen werden zumeist mit einem SCSI-2-Interface ausgeliefert, wegen deren eingeschränkter Geschwindigkeit genügt ein SCSI-2-Controller für ihren Betrieb vollkommen. Ähnlich verhält es sich mit CD-ROM-Laufwerken und -Brennern, die noch zumeist als SCSI-2- Geräte ausgelegt sind.
Für den Simultanbetrieb an einem Ultra-3-Wide-Controller kann neben einer Ultra-3-Wide- Festplatte durchaus eine weitere Festplatte mit einem SCSI-2-Interface zum Einsatz kommen - der Controller spricht - sofern er über eine Brücke und zwei entsprechende 50- und 68-polige interne Anschlüsse verfügt - beide Festplatten mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit an, so daß sich die langsamere SCSI-2-Platte nicht als Flaschenhals im gesamten System negativ bemerkbar machen kann. Einen Ausnahmefall stellen diejenigen Controller dar, die lediglich über 68-polige interne Anschlüsse verfügen: Hierbei muß die SCSI-2-Festplatte am schnelleren Ultra-3-Wide-Bus betrieben werden. Zu beachten ist in diesem Fall, daß durch die inkompatiblen Steckerverbindungen an der SCSI-2-Festplatte noch ein sogenannter Schnittstellenwandler zwischengeschaltet werden muß. Hierbei handelt es sich um eine kleine Platine, die die Steckverbindungen zueinander kompatibel gestaltet. Auf besseren Schnittstellenwandlern befindet sich zudem eine Jumper-Steckleiste, mit deren Hilfe die SCSI- ID sowie mehrere andere Parameter eingestellt werden müssen wie auf der Festplatte selbst.
Will man eine Ultra-3-Wide-SCSI-Festplatte an einem Fast-SCSI-2-Controller gemeinsam mit einer SCSI-2-Festplatte betreiben, so stellt diese Kombination ebenfalls kein Hindernis dar. Auch hierbei muß wieder ein Schnittstellenwandler hinzugerechnet werden, der für etwa 15 EUR im gut sortierten Elektronik-Fachhandel erhältlich ist. Zu beachten ist jedoch, daß nunmehr die Ultra-3-Wide-Festplatte nicht mehr mit ihrer höchstmöglichen Geschwindigkeit angesprochen wird, sondern der Controller die maximale Datenübertragungsrate vorgibt. Das bedeutet, daß die Ultra-3-Wide-Festplatte wie eine Fast-SCSI-2-Platte betrieben wird. Trotzdem ergeben sich in der Praxis gegenüber einer normalen SCSI-2-Festplatte deutlich spürbare Vorteile, da die Ultra-3-Wide-Platte ein wesentlich besseres Ansprechverhalten zeigt gegenüber den älteren Standards aufgrund ihrer geringeren Zugriffszeit, eines größeren Cachespeichers und ihrer höheren Drehzahl.

Eine unangenehme Fehlerquelle, die dem SCSI-Enthusiasten Kopfzerbrechen bereiten kann, stellt die Möglichkeit dar, eine SCSI-3-Festplatte am 50-poligen internen Stecker eines SCSI-3- Controllers zu betreiben. Hierbei ergibt sich ein besonders "hinterhältiges" Problem: Da die Festplatte sich zunächst mit dem Controller über den Kommunikationsmodus verständigt und in unserem Fall beide Komponenten als Wide-SCSI-Geräte anschließend den 16-bittigen Modus einschalten, wird die Festplatte vom Controller als solche zwar korrekt erkannt und mit der entsprechenden SCSI-ID identifiziert, die Festplatte läßt sich jedoch nicht ansprechen. Dieses Fehlverhalten resultiert aus der Beschränkung des 50-poligen Flachbandkabels, das lediglich die unteren 8 Datenbit zwischen Controller und Festplatte übertragen kann, so daß jedes zweite Byte verlorengeht. Um dieses Problem zu umgehen, bieten nahezu alle SCSI-3- Festplatten die Möglichkeit, per Jumper auf der Festplatte eine sogenannte "Target Initiated Wide Negotiation" oder auch "Target Initiated Synchronisation Negotiation" ein- oder auszuschalten. Um in unserem Fall Festplatte und Controller miteinander verständigungsbereit zu machen, muß dieser Jumper auf der Festplatte gesetzt oder entfernt werden, während im BIOS des SCSI-Adapters für die betroffene Festplatten-SCSI-ID die Wide Negotiation ebenfalls abgeschaltet werden muß. Wer eine SCSI-Festplatte von IBM sein eigen nennt, muß hierbei besonders aufpassen: IBM vertreibt zwei verschiedene Baureihen von SCSI-Festplatten, nämlich eine einfachere Typenreihe (z.B. DCAS, DDRS, DNES), die laut Herstellerangaben für "Low end workstations, low end file servers" und "desktop personal computers" vorgesehen ist, und die High-End-Typen (z.B. DRVS, DGVS, DDYS, DGHS), die unter der Typenbezeichnung "Ultrastar" vertrieben werden. Letztere unterscheiden sich von den erstgenannten primär durch einen größeren internen Cache-Speicher, eine höhere Drehzahl, eine verbesserte Mechanik und eine geringere Zugriffszeit. Außerdem ist bei den High-End-Platten die "Target Initiated Synchronisation Negotiation" werksseitig ausgeschaltet, der Jumper also nicht gesetzt, während bei den Entry-Level-Modellen dieser Jumper aktiviert ist! Ein Blick in die Dokumentation der Festplatte tut also in dem hier besprochenen speziellen Fall not!

Eine weitere Fehlerquelle kann aus einem Mischbetrieb von SCSI-2 und differentiellem Ultra- x-Wide-SCSI resultieren: Unbedingt und in jedem Fall ist bei einem Mischbetrieb von SCSI-2- und Ultra-x-Wide-Differential-Geräten darauf zu achten, daß an den jeweiligen Ultra- x-Wide-Festplatten noch eine spezielle Einstellung vorgenommen wird: Da diese Festplatten dem Standard gemäß meist als LVD-Devices angesprochen werden, ist bei einem Betrieb in asymmetrischen Umgebungen (SCSI-1, SCSI-2, SCSI-3) wegen der verschiedenen Signalpegel ein Jumper auf der Festplatte auf die Einstellung "Force SE" umzustecken! Geschieht dies nicht, kann es passieren, daß die Festplatte den asymmetrischen Betriebsmodus nicht erkennt und aufgrund der falschen Signalpegel mechanisch zerstört wird! Daher sollte man vor Einbau der Platte unbedingt sicherstellen, daß der Jumper "Force SE" ("SE" steht hierbei für "Single Ended") aktiviert ist! Die gleiche Einstellung muß übrigens auf dem Schnittstellenwandler vorgenommen sein, da ansonsten Inkompatibilitäten bis hin zum Systemstillstand und der Zerstörung der Festplatte auftreten können!
Da Ultra-x-Wide-Festplatten auch oftmals mit einer SCA-Schnittstelle ausgerüstet sind, ist beim Anschluß des entsprechenden Schnittstellenwandlers zudem bei SCA-Anschlüssen darauf zu achten, daß die entsprechende Spannungsversorgung durch das Rechner-Netzteil sichergestellt ist. Wird versehentlich die Spannungsversorgung übersehen oder vergessen, funktioniert die Festplatte nicht. Dies kann zu einem Systemstillstand führen.

Ebenfalls einen Ausnahmefall dürfte es wohl darstellen, wenn eine schon sehr betagte SCSI-1- Festplatte gemeinsam mit einer hochmodernen Ultra-3-Wide-Platte an einem modernen Controller desselben Standards betrieben werden soll. Diese Kombination ist zwar technisch problemlos möglich, jedoch beherrschen die meisten alten SCSI-1-Festplatten nicht oder nur unvollständig das Disconnect-/Reconnect-Kommando des SCSI-Befehlssatzes. Die Folge davon ist, daß die alte Platte - ähnlich wie bei EIDE - sich nicht am Bus ab- und wieder anmeldet während Transferaktionen. Aufgrund der für heutige Verhältnisse geringen Performance dieser alten Festplatten bremst eine solche Platte durch die exklusive Belegung des gesamten Busses während einer vergleichsweise langen Zeitspanne alle anderen Geräte aus. Ist der Einsatz einer solchen alten Platte trotzdem erwünscht oder unumgänglich, so sollte diese ähnlich wie übrigens auch Flachbettscanner - an einem eigenen Controller betrieben werden, der auch ruhig älterer Bauart sein kann. Damit wird gewährleistet, daß die rasante Geschwindigkeit der modernen Massenspeicher nicht durch alte Komponenten auf das Niveau zehn Jahre alter Rechner herabgebremst wird. Auch beim Betrieb einer solchen alten Platte an einem SCSI-2- Controller machen sich die Defizite der betagten Komponenten schon sehr deutlich bemerkbar, so daß auch hier ein eigener zusätzlicher Controller zum Einsatz kommen sollte.

Nach dieser kurzen Vorstellung einiger theoretischer, historischer und anwenderspezifischer Grundlagen wollen wir uns in der nächsten Ausgabe der Praxis zuwenden und einige SCSI- Konfigurationen beschreiben, wobei auf spezifische Besonderheiten unter OS/2 Warp detailliert eingegangen werden soll.

Quellenverzeichnis: 1 Auch die ESDI-Schnittstelle war wie ihre Vorgänger auf interne Geräte beschränkt und bot Anschlußmöglichkeiten für maximal zwei Festplatten. 2 Vgl. dazu: Dorle Hecker/Hans-Jürgen Götz: OS/2 WARP Version 3 Integrationsplattform, Franzis-Verlag GmbH, Poing, 1995, S. 53. 3 Detaillierte Vergleiche zwischen EIDE und SCSI bieten in diesem Kontext: Stiftung Warentest: PC aufrüsten. Für Einsteiger und Fortgeschrittene, Berlin 1999, S. 150 ff. sowie Elke Kleinknecht/Bernd Rohrbach: OS/2 Praxislösungen, Band 1, Teil 2/2.6, Interest-Verlag GmbH, Augsburg, September 2000.

[Artikelverzeichnis]
editor@os2voice.org
[Vorherige Seite] [Inhaltsverzeichnis] [Nächste Seite]
VOICE Homepage: http://de.os2voice.org