SCSI a IDE - bratři nebo soupeři?

Již delší dobu vedle sebe existují dva typy propojení pevných
disků k počítači. Protože se jedná o životně důležitou součást
každého počítače, je volba mezi nimi důležitá pro každého.
Určitě jste slyšeli pojem SCSI a IDE (nebo jejich rozšířené
verze) - jedná se o dva konkurující si typy rozhraní, nebo se
spíše vhodně doplňují?

Řadu let se vedou diskuse o tom, jaké propojení pro záznamová
zařízení připojovaná k počítačům je nejlepší. Jak se stalo
nedobrým zvykem, dříve, než se dospěje k nějaké dohodě, pokud o
ni vůbec mají hlavní výrobci zájem, vznikne a prosadí se několik
různých standardů. Tyto varianty však nemusejí vycházet vždy z
neschopnosti dohody, ale z protichůdných požadavků na dané
zařízení. Nejčastějším problémem je sladění požadavku na
výkonnost a zároveň nízkou cenu. Podívejme se tedy nyní, k
jakému vývoji docházelo u dnes nejpoužívanějších rozhraní, a jak
je to s jejich postavením na trhu.
Možná vás překvapí, že možnosti dnešních SCSI propojení jsou
pouze dokonalejšími funkcemi rozhraní ze 70. let, kdy začalo IBM
vyvíjet vstupně-výstupní kanál. V roce 1979 bylo ustanoveno
rozhraní SASI a v roce 1981 SCSI (Small Computer System
Interface), které se dnes vyvinulo až do verze SCSI-3.
Nejrozšířenější rozhraní IDE také doznalo určitého vývoje.
Vychází z čipu Western Digital 1010, a v roce 1985 bylo
definováno rozhraní Integrated Drive Electronic (IDE) a v roce
1994 Enhanced IDE. Poslední vylepšení se označuje DMA33. Svojí
převahu si EIDE vydobylo nižší cenou. Nenabízí však pouze nižší
výrobní náklady, ale i dostatečný výkon a jednoduchou instalaci.
K otázce položené v nadpisu lze snad již nyní říct, že oba dva
standardy mají své místo a rozvíjejí se souběžně, stejně tak i
jejich popularita. EIDE má své místo v běžných PC a SCSI je
optimální pro servery a pracovní stanice. Pro důkladnější
pochopení výhod jednotlivých řešení se podívejme na problematiku
ukládání dat na vlastním disku.

Uvnitř disku

Zlepšování pevných disků se vede na dvou rovinách: jednou z nich
je kapacita, druhou rychlost přenosu dat. Důvodem těchto
požadavků je skutečnost, že polovodičové paměti (RAM), které se
v počítači také používají, jsou znatelně dražší a při výpadku
proudu se z nich veškerá data ztratí. Ačkoliv je komunikace mezi
procesorem a touto pamětí výrazně rychlejší, není z uvedených
důvodů možné zůstat pouze u ní. Veškerá data a programové kódy
jsou uchovávány na discích. Tyto disky nejsou, vzhledem k
jednoduchosti konstrukce, příliš odlišné od těch prvních (a
používané principy jsou známé zhruba sto let): plotna s
magnetickou vrstvou, snímací hlavička (cívka) a opět
elektromagnetický motorek a servo pro řízení ramínka s
hlavičkou, následují zesilovače a poté vlastní rozhraní. Tohoto
uspořádání až k vlastnímu rozhraní využívají jak disky SCSI, tak
IDE. Z toho vyplývá, že skutečné možnosti disků bez ohledu na
rozhraní jsou do velké míry limitovány právě mechanickou částí.
Mechanické uspořádání
Možnosti mechanického snímání z magnetického média jsou dány
především rychlostí přesunu hlavičky na správnou stopu a
rychlostí otáčení disku. Rychlost vystavení hlavičky do čtecí
polohy se nazývá přístupová doba. Tu omezuje výkon serva
(označováno též jako motor s kmitající cívkou), jehož zvýšení
vede k větší spotřebě energie, potažmo většímu zahřívání a
celkově robustnější konstrukci. Taktéž se musí zvyšovat pevnost
a tím pádem hmotnost uchycení vlastní čtecí hlavy, což vede k
dalšímu zvýšení vzniku tepla. Dalším problémem je co
nejrychlejší zastavení hlavičky nad správnou stopou a
připravenost ke čtení - uvědomte si, že stopy jsou od sebe
vzdáleny tisíciny milimetru. Z těchto důvodů není nalezení
kompromisu jednoduché. Průměrná doba vyhledávání je 8 - 10 ms u
SCSI disků a 9 - 12 u EIDE.
Druhá cesta ke zvýšení přenosových schopností disku je zvýšení
rychlosti otáčení. Zvýšením rychlosti se zkrátí průměrná doba
čekání hlavičky na požadovaný datový sektor a urychlí přečtení
dat. Stinnou stránkou zvýšení rychlosti (což samo o sobě není
problémem) je vyšší spotřeba energie, tudíž větší zahřívání,
vyšší hluk, vibrace a opotřebení ložisek. Taktéž se zvýší
požadavek na schopnosti magnetické cívky ve čtecí hlavičce a
následné zesilovací prvky. Používaným kompromisním řešením je
snížení hustoty záznamu, zvýšení počtu magnetických ploten (pro
zachování vysoké kapacity) a použití rychlejší (a dražší)
elektroniky. Dnešní SCSI disky používají 7 200 a více otáček za
minutu.

Rychlost

Vraťme se nyní k hlavnímu tématu článku - jak je dosahováno
vyššího výkonu SCSI disku? Z uvedeného vyplývá, že na
mechanickém základu disku je možné pouze malé zlepšení při
rychle rostoucí ceně. Některé SCSI disky jsou tedy vybaveny
kvalitnější mechanickou i elektronickou částí, umožňující
rychlejší přenos dat, ale někteří výrobci na stejném mechanickém
základu postaví disk s rozhraním SCSI i IDE. Větší výkon SCSI je
tedy dán zčásti kvalitnější mechanikou, ale spíše možnostmi
vlastního rozhraní. Přitom stejně výkonné disky by bylo možné
dodávat i s rozhraním EIDE, ale cenová politika to neumožňuje.

Typy SCSI

První SCSI umožňovalo přenášení dat rychlostí 5 MB/s, což bylo
ve srovnání s interní přenosovou rychlostí tehdejších disků více
než dost. S rostoucím výkonem počítačových systémů i vlastních
disků se objevilo SCSI-2 s variantami širokého (Wide) a rychlého
(Fast) SCSI. Široké propojení umožňuje přenosy na 16 a 32 bitech
(pomocí dalších kabelů) a rychlé má dvojnásobnou základní
frekvenci, umožňující přenos 10 MB/s (při 16bitovém propojení 20
MB/s). Další zdvojnásobení rychlosti přineslo Ultra SCSI.
Posledním stupněm je Ultra2 SCSI (nebo SCSI-3), umožňující
přenos 40 a 80 MB/s, ovšem za cenu určitých změn v elektrickém
uspořádání a ovládání.
Bez ohledu na to, jak rychlé je vlastní rozhraní, zůstává
maximální interní přenosová rychlost disku okolo 15 MB/s, při
dlouhodobějším ustáleném datovém toku spíše deset.

Důležité jsou funkce

SCSI je koncipováno jako zakončený řetězec zařízení, který se
může skládat z různých jednotek s tímto rozhraním (teoreticky je
takto možné propojit i počítače). Maximální počet těchto
zařízení se liší podle šířky a parametrů kabeláže (viz tabulka).
Jednotlivá zařízení jsou identifikována svým číslem a je tak
možné jejich přímé adresování. Další, pro výkonnost zásadní,
jsou vlastnosti rozhraní SCSI: tvorba fronty příkazů, změna
jejich pořadí, odpojení od SCSI sběrnice (a po provedení úkolu
opětovné připojení) a kopírování ze zařízení na zařízení. V
praxi to znamená, že systém vydá příkaz a již nemusí čekat na
jeho vyřízení, také sběrnice není po dobu tohoto příkazu
blokována. U souborového serveru to umožňuje paralelní přístup k
více diskům a přeřazení jednotlivých úloh tak, aby došlo k
maximální optimalizaci čtení a tím přístupu k datům (využívá se
fronta se 4 až 64 příkazy, a díky jejich správnému seřazení
nemusí hlavička disku létat z jednoho kraje na druhý, ale data
přečte s nejkratší možnou trasou).
Zařízení, která jsou schopná všech těchto funkcí využít, jsou
zpravidla dražší, ale ta, která jsou v některých ohledech
ošizená (i když levná), neumožní využít všech výhod, a tudíž
mohou, co se rychlosti týká, zaostávat za dobře postavenými
sestavami s EIDE.



Jak nejlépe využít možností SCSI

Steve Perkins, hlavní technik Western Digital

"Rychlá rozhraní jsou nejužitečnější v konfiguracích s více
diskovými jednotkami, kde velmi záleží na možnosti přenést data
vysokou rychlostí a přenechat sběrnici k dispozici jiným
zařízením. Zkrátka u systémů s přenosy velkých objemů dat,
několika diskovými jednotkami jsou výhodnější rychlejší
rozhraní. Jedná-li se o systém s přenosy z jednoduchých nebo do
jednoduchých jednotek, méně přísné parametry dovolí jednodušší
(a lacinější) fyzické uspořádání.
Rozhraní SCSI není pouze způsob propojení pevného disku s
počítačem, je specifikováno jako generické připojení periferních
zařízení k počítači. Rozhraní SCSI mají kromě pevných disků také
CD-ROM, páskové jednotky, skenery a tiskárny. Specifikace SCSI
jsou takové, že prostřednictvím určitých všeobecně platných typů
příkazů umožňují integraci prakticky libovolného periferního
zařízení do systému s tímto rozhraním. Schopnost zařízení SCSI
vytvářet kompatabilní kombinace byla vždy silnou stránkou tohoto
typu rozhraní, a jakmile je na počítači rozhraní SCSI, je
teoreticky možné k němu připojit libovolná externí zařízení s
tímto rozhraním.
U jednodušších systémů na bázi DOSu nebo ranných verzí Windows s
jediným pevným diskem by operační systém nemohl využít výhod
moderních funkcí SCSI. Použití SCSI u takového systému by bylo
plýtvání penězi.
Klíčem k dosažení nejvyšší výkonnosti rozhraní SCSI je sladění
všech součástí systému. Operační systémy provádějící souběžné
zpracování úkolů a počítače, na kterých tyto systémy pracují,
jsou mnohem dražší než běžné produkty. Pevný disk SCSI musí
nabídnout nejenom dobré mechanické vlastnosti, což znamená
vysoké otáčky a rychlé vybavovací časy, ale měl by být od
základu konstruován tak, aby efektivně podporoval všechny
možnosti SCSI. Jednoduché systémové testy v DOSu nebo Windows
nejsou většinou schopné prokázat výhody SCSI, protože neřeknou
nic o tom, jak se pevný disk zachová za silného zatížení při
souběžném zpracování úloh. Musíte zvážit, na jaké aplikace bude
systém používán a jaké úkoly bude muset řešit. Zvyšovat kapacitu
samostatného stolního počítače SCSI by bylo neúměrně drahou
alternativou, ale pro trh pracovních stanic a serverů vyšší
třídy zůstává toto rozhraní nejrychlejším a nejpružnějším
řešením."


Typ SCSI <T> Max. rychlost (Mb/s) <T> Max. šířka sběrnice
(bity)<T> Max. délka (m) <T> Max. počet zařízení

SCSI-1 <T> 5 <T> 8 <T> 6 <T> 8
Fast SCSI <T> 10 <T> 8 <T> 3 <T> 8
Fast Wide SCSI <T> 20 <T> 16 <T> 3 <T> 16
Ultra SCSI <T> 20 <T> 8 <T> 1,5 (3) <T> 8 (4)
Ultra Wide SCSI <T> 40 <T> 16 <T> 1,5 (3) <T> 8 (4)