磁盘的数据存取

当磁盘驱动器执行读/写功能时。盘片装在一个主轴上，并绕主轴高速旋转，当磁道在读/写头（磁头）下通过时，就可以进行数据的读/写了。一般磁盘分为固定头盘（磁头固定）和活动头盘。固定头盘的每一个磁道上都有独立的磁头，它是固定不动的，专门负责这一磁道上数据的读/写。活动头盘的磁头是可移动的。每一个盘面上只有一个磁头（磁头是双向的，因此正反盘面都能读写）。它可以从该面的一个磁道移动到另一个磁道。所有磁头都装 在同一个动臂上，因此不同盘面上的所有磁头都是同时移动的。当盘片绕主轴旋转的时候，磁头与旋转的盘片形成一个圆柱体。各个盘面上半径相同的磁道组成了一个圆柱面，我们称为柱面。因此，柱面的个数也就是盘面上的磁道数。

磁盘读取数据是以盘块（Block）为基本单位的。位于同一盘块中的所有数据都能被一次性全部读取出来。而磁盘 IO 代价主要花费在查找时间 Ts 上。因此我们应该尽量将相关信息存放在同一盘块，同一磁道中。或者至少放在同一柱面或相邻柱面上，以求在读/写信息时尽量减少磁头来回移动的次数，避免过多的查找时间 Ts。所以，在大规模数据存储方面，大量数据存储在外存磁盘中，而在外存磁盘中读取/写入块 (Block) 中某数据时，首先需要定位到磁盘中的某块，如何有效地查找磁盘中的数据，需要一种合理高效的外存数据结构。

磁盘数据访问

磁盘上数据必须用一个三维地址唯一标示：柱面号、盘面号、块号 ( 磁道上的盘块 )。读/写磁盘上某一指定数据需要下面 3 个步骤:

• (1) 首先移动臂根据柱面号使磁头移动到所需要的柱面上，这一过程被称为定位或查找。

• (2) 如上图 11.3 中所示的 6 盘组示意图中，所有磁头都定位到了 10 个盘面的 10 条磁道上 ( 磁头都是双向的 )。这时根据盘面号来确定指定盘面上的磁道。

• (3) 盘面确定以后，盘片开始旋转，将指定块号的磁道段移动至磁头下。经过上面三个步骤，指定数据的存储位置就被找到。这时就可以开始读 / 写操作了。

访问某一具体信息，由 3 部分时间组成：

• 查找时间 (seek time) Ts: 完成上述步骤 (1) 所需要的时间。这部分时间代价最高，最大可达到 0.1s 左右。

• 等待时间 (latency time) Tl: 完成上述步骤 (3) 所需要的时间。由于盘片绕主轴旋转速度很快，一般为 7200 转/分 ( 电脑硬盘的性能指标之一, 家用的普通硬盘的转速一般有 5400rpm( 笔记本 )、7200rpm 几种 )。因此一般旋转一圈大约 0.0083s。

• 传输时间 (transmission time) Tt: 数据通过系统总线传送到内存的时间，一般传输一个字节 (byte) 大概 0.02us=2*10^(-8)s