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Linuxtopia - Red Hat Enterprise Linux Einfuhrung in die System-Administration - Schnittstellen der Massenspeicherger�te

5.3. Schnittstellen der Massenspeicherger�te

Jedes Ger�t, das in einem Computersystem verwendet wird, muss auf irgendeine Art mit diesem verbunden sein. Dieser Anschlusspunkt wird als Schnittstelle oder Interface bezeichnet. Massenspeicherger�te machen hier keinen Unterschied — auch diese haben Schnittstellen. Schnittstellen sind aus zwei Gr�nden wichtig:

  • Es gibt viele verschiedene (gr��tenteils inkompatible) Schnittstellen

  • Verschiedene Schnittstellen unterscheiden sich durch unterschiedliche Performance und Preismerkmale

Leider gibt es keine universelle Ger�teschnittstelle und noch nicht einmal eine einzige Schnittstelle f�r Massenspeicherger�te. Aus diesem Grund m�ssen Administratoren auf die von den Unternehmensystemen unterst�tzten Schnittstellen achten. Ansonsten besteht das Risiko, dass die falsche Hardware bei einem Systemupgrade angeschafft wird.

Verschiedene Schnittstellen haben verschiedene Performance-Kapazit�ten, die einige Schnittstellen geeigneter f�r bestimmte Umgebungen machen als andere. So sind zum Beispiel Schnittstellen, die Hochgeschwindigkeitsger�te unterst�tzen k�nnen, besser f�r Serverumgebungen geeignet, w�hrend langsamere Schnittstellen f�r die Desktop-Verwendung ausreichen. Unterschiede in der Leistung f�hren unausweichlich auch zu Unterschieden im Preis, was — wie immer — bedeutet, dass Sie das bekommen, wof�r Sie bezahlen. Hochleistungs-Computing hat seinen Preis.

5.3.1. Historischer Hintergrund

�ber die Jahre hinweg wurden viele verschiedene Schnittstellen f�r Massenspeicherger�te entwickelt. Einige blieben auf der Strecke, andere werden heute noch verwendet. Die folgende Liste bietet einen �berblick �ber das Ausma� der Schnittstellenentwicklung in den letzten 30 Jahren und eine Perspektive f�r die Schnittstellen, die heutzutage verwendet werden.

FD-400

Eine Schnittstelle, die urspr�nglich f�r 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 urspr�nglich Ende der 70er Jahre f�r die damals neuen 5.25'' Floppy-Laufwerke entwickelt). Verwendete ein 34-Pin-Kabel mit einem Standard Steckverbinder. Eine leicht abge�nderte Version dieser Schnittstelle wird heute noch f�r 5.25'' Floppy- und 3.5'' Diskettenlaufwerke verwendet.

IPI

Steht f�r Intelligentes Peripherie Interface. Diese Schnittstelle wurde auf 8 und 14-inch Festplatten f�r 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 fr�hen 80er Jahre. Wurde in vielen PCs eingesetzt und verwendet 2 Stecker — einen mit 34 Pins, und einen mit 20 Pins.

ESDI

Steht f�r Enhanced Small Device Interface. Diese Schnittstelle wurde als Nachfolger zur ST506/412 mit schnelleren Transferraten und gr��eren unterst�tzten Laufwerksgr��en betrachtet. Ab Mitte der 80er Jahre verwendet, benutzt ESDI das gleiche zwei-Kabel-Schema wie sein Vorg�nger.

Es gab damals auch propriet�re Schnittstellen von gr��eren Computerherstellern (haupts�chlich IBM und DEC). Die Absicht hinter der Entwicklung dieser Schnittstellen war der Versuch, das extrem lukrative Peripherie-Gesch�ft f�r deren Computer zu sichern. Durch die propriet�re Natur waren die Ger�te, die mit diesen Schnittstellen kompatibel waren, jedoch wesentlich teurer als vergleichbare nicht-propriet�re Ger�te. Aus diesem Grund erreichten diese Schnittstellen niemals eine langfristige Beliebtheit.

W�hrend propriet�re Schnittstellen weitestgehend verschwunden sind und die hier beschriebenen Schnittstellen kaum noch Marktanteile besitzen, ist es doch wichtig, �ber diese nicht mehr l�nger benutzten Schnittstellen Bescheid zu wissen, da dies zumindest eines deutlich werden l�sst — nichts in der Computerindustrie bleibt lange konsistent. Halten Sie also st�ndig Ausschau nach neuen Schnittstellen-Technologien; eines Tages werden Sie vielleicht eine finden, die besser f�r Ihre Anforderungen geeignet ist, als jene, die Sie bisher verwendet haben.

5.3.2. Heutige Industrie-Standard-Schnittstellen

Im Gegensatz zu den propriet�ren Schnittstellen, die im vorherigen Abschnitt beschrieben wurden, wurden einige weitestgehend angenommen und zum Industrie-Standard gew�hlt. Insbesondere zwei Schnittstellen haben diesen �bergang geschafft und sind ein bedeutendes Kernst�ck in der heutigen Speicherindustrie:

  • IDE/ATA

  • SCSI

5.3.2.1. IDE/ATA

IDE steht f�r Integrated Drive Electronics. Diese Schnittstelle stammt aus den sp�ten 80er Jahren und verwendet 40-Stift Stecker.

AnmerkungAnmerkung
 

Der eigentliche Name f�r diese Schnittstelle ist "AT-Attachment" (oder ATA), der Begriff "IDE" (der sich eigentlich auf ein ATA-kompatibles Massenspeicherger�t bezieht) wird jedoch weitl�ufig 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 Massenspeicherger�te unterst�tzt. Diese beiden Ger�te werden als Master und Slave bezeichnet. Diese Begriffe sind irref�hrend, da eine Art Beziehung zwischen diesen Ger�ten impliziert wird; dies ist jedoch nicht der Fall. Die Auswahl, welches Ger�t der Master und welches der Slave ist, wird gew�hnlich durch die Jumper-Bl�cke in jedem Ger�t festgelegt.

AnmerkungAnmerkung
 

Eine neuere Innovation ist die Einf�hrung von Cable-Select-F�higkeiten f�r ATA. Diese Innovation erfordert die Verwendung eines bestimmten Kabels, einem ATA-Controller und einem Massenspeicherger�t, das Cable-Select (normalerweise durch eine "Cable-Select" Jumper-Einstellung) unterst�tzt. Ist dies richtig konfiguriert, eliminiert Cable-Select die Notwendigkeit, Jumper beim Umstellen von Ger�ten auszuwechseln; anstelle dessen legt die Ger�te-Position am ATA-Kabel fest, ob dieses Master oder Slave ist.

Eine Variation dieser Schnittstelle illustriert die einzigartigen Methoden, mit denen Technologien vermischt werden k�nnen und f�hrt desweiteren unsere n�chste Industrie-Standard-Schnittstelle ein. ATAPI ist eine Variation der ATA-Schnittstelle und steht f�r AT Attachment Packet Interface. Haupts�chlich von CD-ROM-Laufwerken verwendet, h�lt sich ATAPI an die elektrischen und mechanischen Aspekte der ATA-Schnittstelle, verwendet jedoch das Kommunikationsprotokoll der im n�chsten Abschnitt beschriebenen Schnittstelle — SCSI.

5.3.2.2. SCSI

Formell als Small Computer System Interface bekannt stammt SCSI aus den fr�hen 80er Jahren und wurde im Jahre 1986 zum Standard. Wie auch ATA verwendet SCSI eine Bus-Topologie. Hier endet jedoch auch schon die �hnlichkeit.

Die Verwendung einer Bus-Topologie bedeutet, dass jedes Ger�t auf dem Bus irgendwie eindeutig identifiziert werden muss. W�hrend ATA nur zwei verschiedene Ger�te f�r jeden Bus unterst�tzt und diesen einen eindeutigen Namen zuweist, tut SCSI dies, indem jedem Ger�t auf dem SCSI-Bus eine eindeutige numerische Adresse oder SCSI-ID zugewiesen wird. Jedes Ger�t 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 erw�hnen, dass der SCSI-Standard nicht eine einzige Schnittstelle beschreibt, sondern eine Familie von Schnittstellen. SCSI variieren in mehreren Bereichen:

  • Busbreite

  • Busgeschwindigkeit

  • Elektrische Merkmale

Der urspr�ngliche SCSI-Standard beschrieb eine Bus-Topologie, in der acht Leitungen im Bus f�r den Datentransfer verwendet wurden. Dies bedeutete, dass das erste SCSI-Ger�t nur 1 Byte Daten auf einmal �bertragen konnte. Zu einem sp�teren Zeitpunkt wurde der Standard auf Implementierungen mit 16 Leitungen ausgeweitet, was die zu �bertragende Datenmenge verdoppelte. Die eigentliche "8-Bit" SCSI-Implementierung wurde sodann als narrow SCSI bezeichnet, w�hrend die neuere 16-Bit-Implementierung als wide SCSI bekannt wurde.

Urspr�nglich wurde die Busgeschwindigkeit f�r 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 f�r narrow SCSI und 20 MB/Sekunde f�r wide SCSI. Wie bei der Busbreite erhielten die �nderungen in der Busgeschwindigkeit neue Namen, die 10 MHz Busgeschwindigkeit wurde als fast bezeichnet. Sp�tere Erweiterungen brachten die Busgeschwindigkeiten auf ultra (20MHz), fast-40 (40MHz) und fast-80[2]. Weitere Erh�hungen der Transferraten f�hrten zu mehreren unterschiedlichen Versionen der ultra160 Busgeschwindigkeit.

Durch eine Kombination dieser Begriffe k�nnen unterschiedliche SCSI-Konfigurationen genau benannt werden. So ist zum Beispiel eine "ultra-wide" SCSI ein 16-bit SCSI-Bus bei 20 MHz.

Der urspr�ngliche SCSI-Standard verwendete Einzelsignale. Dies ist eine elektrische Konfiguration, bei der nur ein Leiter ein elektrisches Signal weitergibt. Sp�ter kamen dann Differentialsignale hinzu, bei denen zwei Leiter f�r das Weiterleiten von elektrischen Signalen eingesetzt wurden. Differential-SCSI (was sp�ter in Hochspannungsdifferential oder HVD SCSI umbenannt wurde) hat den Vorteil verringerter Empfindlichkeit auf elektrisches Rauschen und erm�glichte l�ngere Kabell�ngen; hat sich jedoch nie im allgemeinen Computermarkt durchgesetzt. Eine sp�tere Implementation, die als Niederspannungsdifferential (LVD/Low Voltage Differential) bekannt wurde, hat sich letztendlich durchgesetzt und ist eine Voraussetzung f�r h�here Busgeschwindigkeiten.

Die Breite eines SCSI-Busses bestimmt nicht nur die Datenmenge, die mit jedem Clock-Zyklus �bertragen werden kann, sondern auch wieviele Ger�te an einen Bus angeschlossen werden k�nnen. Herk�mmliche SCSI unterst�tzen 8 einzigartig adressierte Ger�te, w�hrend von wide SCSI 16 unterst�tzt werdeb. In jedem Fall m�ssen Sie sicherstellen, dass alle Ger�te eine jeweils einzigartige SCSI-ID verwenden. Haben zwei Ger�te die gleiche ID, bringt dies Probleme mit sich, die zu Datenkorruption f�hren k�nnen.

Dar�berhinaus sollten Sie beachten, dass jedes Ger�t auf dem Bus eine ID verwendet. Dies umfasst auch den SCSI-Controller. H�ufig wird dies von Administratoren vergessen und setzen versehentlich die selbe SCSI-ID f�r ein Ger�t sowie auch f�r den SCSI-Controller. Dies bedeutet in der Praxis, dass nur 7 (oder 15) Ger�te auf einem Bus zur Verf�gung stehen, da jeder Bus eine ID f�r den Controller bereitstellen muss.

TippTipp
 

Die meisten SCSI-Implementierungen enthalten eine Methode zum Scannen des SCSI-Busses; dies wird h�ufig dazu verwendet, zu best�tigen, dass alle Ger�te ordnungsgem�� konfiguriert sind. Ist das Ergebnis des Bus-Scans das gleiche Ger�t f�r jede einzelne SCSI-ID, so wurde dieses Ger�t f�lschlicherweise auf die gleiche SCSI-ID wie der SCSI-Controller gesetzt. Um dieses Problem zu l�sen, m�ssen Sie das Ger�t auf eine andere (und einzigartige) SCSI-ID umkonfigurieren.

Aufgrund der bus-orientierten Architektur ist es n�tig, beide Enden des Busses richtig abzuschlie�en. F�r diesen Abschluss wird ein terminierter Stecker mit dem richtigen elektrischen Widerstand an jeden Leiter des SCSI-Busses angebracht. Endwiderst�nde sind eine elektrische Voraussetzung. Ohne diese w�rden die vielen Signale auf dem Bus von den Enden des Busses reflektiert und somit die gesamte Kommunikation beeintr�chtigt werden.

Viele (jedoch nicht alle) SCSI-Ger�te haben interne Endwiderst�nde, die mittels Jumpern oder Switches aktiviert oder deaktiviert werden k�nnen. Externe Endwiderst�nde sind au�erdem erh�ltlich.

Eines sollten Sie jedoch �ber SCSI im Hinterkopf behalten — es ist nicht nur ein Schnittstellen-Standard f�r Massenspeicherger�te. Viele andere Ger�te (wie Scanner, Drucker und Kommunikationsger�te) verwenden SCSI, auch wenn diese weniger oft vorkommen als SCSI-Massenspeicherger�te. Jedoch mit dem Aufkommen von USB und IEEE-1394 (auch Firewire genannt) werden diese Schnittstellen in Zukunft h�ufiger f�r solche Ger�te eingesetzt werden.

TippTipp
 

Die USB- und IEEE-1394-Schnittstellen bewegen sich auch langsam in Richtung Massenspeicherger�te, es gibt zur Zeit jedoch noch keine nativen USB- oder IEEE-1394-Massenspeicherger�te auf dem Markt. Anstelle dessen werden heutzutage ATA- oder SCSI-Ger�te mit externen Umwandlungsschaltkreisen angeboten.

Egal welche Schnittstelle ein Massenspeicherger�t verwendet, das Innenleben dieser Ger�te hat einen Einfluss auf dessen Performance. Im folgenden Abschnitt wird dieses wichtige Thema behandelt.

Fu�noten

[1]

Einige Speicher-Hardware (meistens solche, die austauschbare Laufwerktr�ger haben) wurde so entwickelt, dass das Einstecken eines Moduls die SCSI-ID automatisch auf den richtigen Wert setzt.

[2]

Fast-80 ist technisch gesehen keine �nderung der Busgeschwindigkeit, da der 40MHz Bus erhalten wurde; die Daten wurden jedoch beim Steigen und Fallen jedes Clock-Impulses gesendet, was den Durchsatz effektiv verdoppelt.

 
 
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