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计算机系统概述（5）

news 来源：原创 2025/6/13 9:32:22

辅助存储器简称辅存，用于存放需持久性存储的信息。其特点是存储器容量大、可靠性高、价格低。常用的辅存有硬件驱动器、固态硬盘、U盘和光盘等。
◆硬盘分为三类:机械硬盘(HDD)、固态硬盘(SSD)和混合硬盘(SSHD)。
◆其中,机械硬盘是传统硬盘，其信息分布呈以下层次:记录面、圆柱面、磁道（读取时间较长）和扇区（读取时间较短）。
◆一块磁盘有正反两个盘面，每个盘面有多个同心圆，每个同心圆是一个磁道，每个同心圆又被划分为多个扇区，数据就被存放在一个个扇区中，多块磁盘在一起，不同磁盘磁道上下之间就会组成柱面。
硬盘的存取时间主要包括三个部分:第一部分是指磁头从原先拉置移动到目的磁道所需要的时间，称为寻道时间或查找时间;第二部分是指到达目的磁道以后，等待被访问的记录块旋转到磁头下方的等待时间;第三部分是指信息的读写操作时间(很快，可忽略不计)
因此可认为，磁盘存取时间=寻道时间+等待时间

磁盘调度算法

磁盘数据的读取时间分为寻道时间+旋转时间，也即先找到对应的磁道，而后再旋转到对应的扇区才能读取数据，其中寻道时间耗时最长，需要重点调度，有如下调度算法:磁盘调度算法

磁盘调度算法是操作系统用于管理磁盘I/O请求顺序的策略，旨在减少磁头移动时间（寻道时间）、提高磁盘吞吐量，并降低响应时间。以下是常见的磁盘调度算法及其特点：

1. 先来先服务（FCFS, First-Come-First-Served）

原理：按请求到达的顺序处理。
示例：
磁头当前位置：50
请求队列：[80, 30, 120, 10]
移动顺序：50 → 80 → 30 → 120 → 10
总寻道距离：30 + 50 + 90 + 110 = 280
优点：简单公平，无饥饿问题。
缺点：效率低（磁头可能频繁来回移动）。

2. 最短寻道时间优先（SSTF, Shortest Seek Time First）

原理：优先处理离当前磁头位置最近的请求。
示例：
磁头位置：50
请求队列：[80, 30, 120, 10]
移动顺序：50 → 30 → 10 → 80 → 120
总寻道距离：20 + 20 + 70 + 40 = 150
优点：平均寻道时间较短，吞吐量较高。
缺点：可能导致饥饿（远距离请求长期得不到响应）。

3. 扫描算法（SCAN，电梯算法）

原理：磁头沿一个方向移动，处理途经的请求，到达磁盘一端后反向移动。
示例（假设磁头初始方向为向外）：
磁头位置：50
请求队列：[80, 30, 120, 10]
移动顺序：50 → 80 → 120（末端）→ 30 → 10
总寻道距离：30 + 40 + 90 + 20 = 180
优点：公平性较好，无饥饿问题。
缺点：末端请求的响应时间可能较长。

4. 循环扫描算法（C-SCAN）

原理：类似SCAN，但磁头到达一端后立即返回起点（不处理返回途中的请求）。
示例：
磁头位置：50，方向向外
请求队列：[80, 30, 120, 10]
移动顺序：50 → 80 → 120 → 0（快速返回）→ 10 → 30
总寻道距离：30 + 40 + 120 + 10 + 20 = 220
优点：响应时间更均匀（适用于负载均衡场景）。
缺点：空返造成一定效率损失。