SCSI 全面揭秘

三、深入逻辑层面:SCSI特性揭秘

不论哪一个SCSI标准，它们都属于并行总线体系，相信大家一定会觉得奇怪：为什么并行ATA在133MB/s速度下就因信号干扰问题几乎达到极限，而同样是并行体系的SCSI竟然可以安然发展到320MB/s甚至更高。其实根本原因就在于二者截然不同的信号传输方式。

在介绍各个SCSI标准时，我们就提到过SCSI可采用单端(Single-ended)模式或电压微分模式(VoltageDifferential)实现数据传输，其中单端模式是采用一根线路来传输一个二进制数据：高电平表示1、低电平表示0，并行ATA采用的也是这套方案。而并行ATA的缺陷在于抗干扰性能差，随着总线频率的提升，线路中的电平信号非常容易因干扰而失真，导致数据传输失败，因此并行ATA在速度达到133MB/s后便被串行ATA所取代；SCSI则更多采用电压微分的模式来传输数据。

SCSI的电压微分分为5V的高电压微分(High Voltage Differential，HVD)和3.3V的低电压微分(LVD)两种，前者用于SCSI-3之前，后者则始于Ultra2 SCSI。其实，现在的串行ATA、PCI Express和Hyper Transport等新一代高速串行总线也都是采用低电压微分信号传输技术，在可见的将来，这项技术将继续发挥效用。

图9、微分信号与单端信号的表达方式

设计思想和信号表达技术的根本性差异，决定了SCSI与ATA存在很多特性差异，这些差异主要体现在以下三个方面：

1.接口速度的差异

目前，主流的Ultra160 SCSI标准允许的最高数据传输率达到160MB/s，Ultra320 SCSI所允许的数据传输率更可以达到320MB/s的超高水平。而当前最快的串行ATA接口也仅有150MB/s—这个数字远不能同SCSI相比。其实，单纯比较接口速度是没有意义的，我们必须将它与实际情况结合起来：串行ATA对应的是点对点系统，硬盘可独自占有150MB/s的总线资源；而 SCSI总线上很多时候都得连接多个设备，160MB/s、320MB/s必须考虑到多个设备分享的情况，当然在应用中，超过两个设备连接的形式并不常见。

只考虑接口而不谈论设备同样不够科学：目前，高端SCSI硬盘早已达到15000rpm、寻道时间在4ms以下，而达到 10000rpm的串行ATA硬盘只有西部数据的“Raptor”猛禽系列，主流产品仍为7200rpm，无论寻道时间还是数据传输率与SCSI硬盘相比都存在不小的差距—所以单纯就速度级别讨论，SCSI高出串行ATA一个等级，当然这与你所付出的资金成正比。

2.CPU占用率差异

SCSI 系统最大的优点其实体现在极低的CPU占用率上。在介绍系统结构时我们就提到，SCSI系统拥有专门的控制芯片，因此无需占用CPU资源，因此再繁重的存储任务对CPU也不会有多大的影响。而对ATA硬盘系统来说，CPU的负担相当重。早期，IDE硬盘采用的是PIO工作模式，数据传输时CPU必须全程监控，等到传输结束后才可执行其他指令；后来IDE硬盘采用了DMA技术(Direct Memory Access)，系统为硬盘和内存直接开辟一条通道，CPU对传输的过程不作过多干预，这样在数据传输时CPU的占用率有所降低，但CPU自身要承担的任务仍然非常繁重。

最简单的例子是大容量数据的拷贝，你只要同时在本机上进行三个1GB的数据传输任务，那么再打开Windows“任务管理器”查看CPU占用率..很“可观”，不是么？如果你的CPU不够快，CPU占用率达到100％一点都不稀奇。那么，再想想现在的门户网站的WEB/邮件服务器吧！数十万用户同时发起数据传输请求，服务器哪还有资源处理其他的事情？不用担心，SCSI控制器承担了这个职能，CPU不用太操心，负载也并不严重，所以它仍然可以高效率地进行各类计算任务。

总而言之，SCSI在多任务数据传输/存储时拥有一流的效率，ATA体系无法满足这类要求，这也是SCSI与ATA最重要的差异。

3.扩展性差异