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1998年7月31日,SCSI商业协会(SCSI Trade Association,STA)以Ultra3 SCSI的名字批准了SPI-3,与Ultra2 SCSI相比,Ultra3 SCSI新增了5个主要特性。

双沿传输(Double Transition,DT):时钟信号上升沿和下降沿都触发数据传输,而不是以往的只在一端触发,从而在时钟频率不变的情况下将传输速率翻倍,这种双沿触发技术今天已经广为人知——DDR(Double Data Rate)。DT的应用让Ultra3 SCSI能够以Ultra2 SCSI的时钟频率获得两倍的传输速率(160MB/s,即Fast 80)。

CRC(Cyclic Redundancy Check,循环冗余校验):大家都很熟悉的技术,保证高速数据传输的可靠性。

域验证(Domain Validation):SCSI历史上产生的规范很多,彼此之间又要保持兼容,因此一条SCSI通道内速度规格不同的设备并存是很常见的事情,于是SCSI适配器在加电之后所要做的第一件事就是轮询通道内所有设备并记录下它们各自声明支持的最高传输速率,留待以后使用,这个过程被称为协商。

协商存在的问题是“纸上谈兵”,即获得的都是标称值,而没有考虑到实际的线路情况,特别是高速信号易受线缆质量、长度和外部干扰影响而达不到最高速率,导致传输出错。作为解决方案,域验证规定SCSI适配器以设备声明的最高传输速率发送写请求,数据在写入设备内部缓存后再读出,如果二者不一致则将传输速率降低一档重复该过程,直到获得实际可用的最高传输速率。

QAS(Quick Arbitration and Selection,快速仲裁及选中):当多个设备争夺总线时,SCSI适配器通常根据优先级(ID号)分配控制权,即所谓仲裁。在仲裁过程中总线上没有数据流动,这种时间开销降低了总线的利用率,加快仲裁速度则可以改善整个SCSI子系统的性能。QAS采用了减少仲裁次数的方法来做到这一点,即等待总线的设备在上一个占用设备释放总线之后立刻夺取控制权,而不是开始新一轮的仲裁。这种类似于“抢线”的方式比原来的“论资排辈”有了很大进步,低优先级的设备总是在仲裁中出局(容易导致“饿死”)的情况得以改观。

封包传送(Packetized Transfer,也称Packetization或Packetized SCSI):传统的SCSI将命令、数据和状态信息分别传送,数据以最高的同步传输速率传送(譬如Ultra2 Wide SCSI为80MB/s)是很正常的,问题在于命令和状态信息的传送速率居然始终只有异步的区区5MB/s!也就是说,命令和状态信息的时间开销是一个常量,而随着SCSI同步传输速率的不断上升,这种传输方式的弊端愈发明显——命令和状态信息开销所占比重越来越大,效率迅速下降,最终会让速度规格的提高失去实际意义。

封包传送通过将命令和状态信息与数据一起打包(也称为信息单元,即Information Units,IU)传送的方式,大幅度降低了由命令和状态信息产生的时间开销,为同步传输速率的进一步提高创造了条件。此外,封包传送还允许多个I/O过程通过单个物理连接完成,而无需为每个I/O过程建立/断开连接。

在增加新特性的同时,Ultra3 SCSI(SPI-3)还做了些“清理门户”的工作——废弃了32位总线宽度和SCAM(SCSI自动配置)这两个从未真正实现过的特性,因LVD的出现而不再具有意义的HVD(高电压差动)被移去,Narrow(8位)模式也因Fast-80的出现而开始成为历史。

Ultra3 SCSI这个名字的继承性很好,应该算是SCSI商业协会的一大贡献。然而,SCSI商业协会居然允许将实现5个新增主要特性的任意子集的设备(包括适配器)冠以“Ultra3 SCSI”的名号,这意味着不能保证两个“Ultra3 SCSI”设备拥有同样的特性!如此一来,Ultra3 SCSI岂不是形同虚设?

为了避免可能由此引发的混乱,Adaptec和Fujitsu(富士通)、HP(惠普)、LSI Logic(LSI 逻辑)、Mylex、QLogic、Quantum(昆腾)迅速于1998年9月14日共同推出了基于Ultra3 SCSI的Ultra 160/m SCSI规范,顾名思义,双沿传输(160MB/s)肯定是采用了,m取可管理性(manageability)之意——代表CRC和域验证,至于实现难度较大的QAS和封包传送则没有包括在内。取舍得当和众多厂商的支持使Ultra 160/m SCSI顺利地成为Ultra3 SCSI的标准子集,并从2000年起以Ultra160 SCSI这个更易被人接受的名字统治市场至今。

根据存储接口传输率每两年就要翻番的规律,SPI-4——即Ultra320 SCSI在2000年浮出水面也就顺理成章。Ultra320继承了Ultra160的三大特性,其中速度规格因为时钟频率的翻倍而提高到320MB/s。新特性当然是不可缺少的:封包传送已成为必备,QAS则仍是可选,此外还增加了ISI(Intersymbol Interference Compensation,码间干扰)补偿等8个必备或可选项,见下表。

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根据IBM提供的资料,如果还使用传统方式,Ultra320 SCSI的实际数据输出能力上限也就是200MB/s左右,使用封包传送之后则可以提高至300MB/s,因此该特性必不可少;而对4KB以下的小块数据传输来说,传送命令、等待仲裁等额外开销占据的比例很大,在前者已经得到解决的情况下,QAS的应用可以进一步提高效率。新增的8项里面,用于管理(Flow Control和SCSI bus fairness)及纠错(AIP)的只占一半不到,其余5项全都与改善传输质量有关,可见随着运行频率的攀升,并行总线已经难堪其负。

对可选特性的支持取决于设备制造商,譬如Maxtor的Atlas 10K Ⅲ-Ultra320和Atlas 10K Ⅳ就支持包括AAF在内的全部5项可选特性。据Maxtor美国总部高端存储部门市场推广副总裁John Joseph先生介绍,Ultra320 SCSI其实就是Ultra640 SCSI(SPI-5)的降速版本——反过来说,Ultra640 SCSI除了将最大传输速率提高到640MB/s之外,不会再增加新的特性。

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