SCSIバスのターミネーション

ターミネーションとはなんですか？
パッシブ・ターミネーションとはなんですか？
アクティブ・ターミネーションとはなんですか？
強制完全ターミネーション(Forced Perfect Termination、FPT)とはなんですか？
Seagate SCSIディスク・ドライブをターミネートするにはどうすればよいですか？

ターミネーションとはなんですか？

ケーブルは、SCSIバスの物理接続を構成します。SCSIバスはループではなくディジーチェーンであるため、バスの両端をターミネーション処理しなければなりません。ケーブルのどの配線も、特定のインピーダンス、または電気信号の通過に対する抵抗があります。信号がSCSIバスを構成するケーブルの終端に達すると、空気にぶつかります。空気は、インピーダンスが非常に大きく、無限大の抵抗の壁となります。高いインピーダンスのもたらす問題は、バスの終端まで達した信号がこの壁に衝突して逆方向に反射することです。ケーブル両端のターミネーション処理は、この信号反射を防ぎます。
ターミネータの回路を物理終端に接続することで、バスをターミネーションします。ターミネータは、ケーブルのインピーダンスに一致するインピーダンスを提供し、信号の反射を防ぎます。ターミネータには電力が必要で、ターミネータを動かす電力は、バス上のターミネーションパワー線を通じて、SCSI インタフェースから供給されます。

砕けて言うと。

導線の中を通る電気って、細長い溝の中の水みたいなもの。この溝の片方の端から、水を板などで押して波を作ってやると、その波は端の壁に当たって、跳ね返ってくる。反射波である。これが、次の波とぶつかって、波の形が崩れる。

電気というのは、この波に極めて似ている。何しろ、電気の本体は、電子という粒である。水は、H20という粒である。振る舞いはそっくりなのである。

　　　　____5V
_________|　|______________→
0V

ＰＣで使う電気の波はこんな矩形(くけい；長方形)波である。これが１ｂｉｔを表す。この波を作るのは簡単で、５Ｖの電池につないで、チョットスイッチを入れれば良い。この５Ｖの四角い波はケーブルの中を右の方に進んでいる。

現象を分かり易くするには、銅線の中を電子の粒が固まって進んでいると、ミクロに考えれば良い。銅線の端に至れば、その先が無いから、反射して戻って来ざるを得ない。そうすると、後続の波とぶつかって、その形を崩してしまう。水の例で考えれば、その様子を見ることさえできる。これは困ったことである。回路は奇麗な５Ｖの矩形で、１、０を認識しているが、波がグチャグチャの形でをしていては、認識できない。

それで、端に着いた波を反射させない工夫がいる。水の溝なら、端っこの壁を水面すれすれにして、波がぶつかって盛り上がった分は、外に溢れさせれば良い。電気なら適当な抵抗で、ショートさせてしまえば、反射が少なくなる。

この抵抗の事を、端で波を終わらせる(terminate)から、終端抵抗と呼ぶ。東横線渋谷駅はターミナルステーションであるが、このターミナルである。それで、朝などの忙しい時は、反射する電車の処理に手間取り、代官山あたりで、渋谷行きの電車が渋滞して、渋谷になかなかつけない。終端処理は難しいのである。電車の場合、同じ線路を戻っていっては、衝突して、大惨事になる。電気だって、本来はそうなのである。で、ターミネータで、消してしまうのである。山の手線渋谷駅はターミナルステーションではないので、どんどん抜けていくから、この問題がおきない。ＩＤＥのＨＤＤも昔は遅かったので、１個しかＨＤＤをつけない場合、２個あるコネクタのどちらにつけてもよかった。昼間の東横線かな。ＡＴＡ６６のように速くなると、余裕がないので、朝の渋谷駅のような状態になり、きちんと端っこのコネクタに付けて山手線状態にしないと動かないか、リードエラーが起きるようになった。

悪い例
　　　　→　　　　　→
ＰＣ-----‖----------‖
　　　　　↓|↓　　←
　　　　　ＨＤＤ　　反射波　

良い例；反射がない
　　　　→　　　　　→
ＰＣ-----‖----------‖
　　　　　　　　　　　　　　↓|　　
　　　　　　　　　　　　　ＨＤＤ　　

ところで、この終端抵抗の大きさは、本来、波の大きさなどで異なるし、完全に吸い取るのは難しい。完全に吸い取るには、０オームにしなければならないが、それでは常時ショートになってしまう。で、電子回路を使って、電気が来た時だけ、０オームにして、積極的に(active)電気を吸い取ってしまうものがアクティブ・ターミネータである。

学校で習った電気回路は、閉じている定常回路なので、上のような開いた過渡現象は、かなりというか、全然違い、分かり難いかもしれない。過渡現象は、水で考えた方が分かり易い。

----------------------------------------------Ａ
|　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　|
-----ＳＷ-----＋電池−　-------------

ＳＷはスイッチで、ここで、ガチャガチャとスイッチを入り切りすれば、過渡現象ではＡ点へも電気（電子の粒）が流れていく。それが反射して戻ってくるので、困るのである。

パッシブ・ターミネーションとはなんですか？

パッシブ・ターミネーションとはSCSI-1仕様で定義されている最も古いターミネーション方法です。 基本的に、パッシブ・ターミネータは、ケーブル終端での反射を最小にするために、バス上に動かずに座っています。ターミネータは、ターミネーション用の電力を調整する仕事はなにもしません。安定した電力を供給する仕事は、インタフェース・カードに任せています。パッシブ・ターミネータは、単純にケーブルのインピーダンスに近いインピーダンスを提供します。

アクティブ・ターミネーションとはなんですか？

アクティブ・ターミネーションは、電圧レギュレータを使って、インタフェース・カードから送られる電力だけでなく、SCSIバスの終端のインピーダンスも調節します。アクティブに、インタフェース・カードから供給される電力を調節するため、アクティブ・ターミネーションはパッシブ・ターミネーションよりも安定しています。

強制完全ターミネーション(Forced Perfect Termination、FPT)とはなんですか？

強制完全ターミネーションは、ターミネータへの電力を安定化させるだけに留まらない、最も複雑なターミネーションです。多数の異なるケーブル、デバイス、ターミネータ間のインピーダンスの差異を補償するように、インピーダンスを変更することができます。通常は、多様なデバイス、ケーブル、ターミネータ・タイプが混在する高速SCSIシステムで使用されます。こうしたシステムでは、その複雑さのために、インピーダンスの不一致が生じ、バスを経由して送られる信号の品質が劣化する可能性があります。FPTは、ダイオード・スイッチングとバイアシングにより、ケーブルのインピーダンスを各デバイスにマッチするよう強制して、インピーダンスの差異をアクティブに補償します。

Seagate SCSIディスク・ドライブをターミネートするにはどうすればよいですか？

他社製SCSIデバイスの取り付けられているシステムにSeagateドライブを取り付ける場合、SCSIチェーンの終端デバイスのみをターミネーションしてください。SCSI「デバイス」は、ディスク・ドライブ、スキャナ、テープ・バックアップ装置、その他SCSIバスを使ってシステムに接続するあらゆるハードウェア・コンポーネントを指します。

上記の例では、SCSIバスの一方の終端にハード・ディスク、他方の終端にSCSI コントローラがあります(両方ともターミネーション処理されています)。下の例では、外付けで2台のSCSIデバイスが追加されています。この場合、SCSIコントローラは、SCSIチェーンの終端ではなくなり、コントローラのターミネーション処理は無用となります。
メモ: 一部のコントローラには、チェーンの中間に位置している場合でもターミネーション処理を選択するものがあります。また、内部チェーンと外部チェーンを別々の論理バスとして取り扱うものもあります。その場合には、内部バスと外部バス両方の最初と最後のデバイスをターミネーションする必要があるかもしれません。自分のシステムのSCSIチェーンがこれに該当するかどうか、必要に応じて、システムまたはコントローラのマニュアルを参照してください。特定ドライブのターミネーション処理の方法について、詳しくは、弊社のdrive encyclopedia(英語のみ)(ドライブ専門辞書)を参照してください。