「计算机组成原理」：现代存储器的结构( 三 ) 按照在计算机中作用的不同

如上图所示是一个磁盘的构造。磁盘是由多个叠放在一起的盘片（Platter）构成，每个盘片有两个覆盖着磁性记录材料的表面（Surface）。每个表面由一组称为磁道（Track）的同心圆组成，每个磁道被划分为若干扇区（Sector），每个扇区包含相同数量的数据位（通常为512位）作为读写数据的基本单位。扇区之间通过间隙（Gap）分隔开来，间隙不保存数据信息，只用来表示扇区的格式化位。通常会使用柱面（Cylinder）来描述不同表面上相同磁道的集合，比如柱面k就是6个表面上磁道k的集合。盘片中央会有一个可以旋转的主轴（Spindle），使得盘片以固定的旋转速率（Rotational Rate）旋转，单位通常为RPM（Revolution Per Minute）。
将磁盘能记录的最大位数称为最大容量（容量），主要由以下方面决定：

记录密度（Recording Density）：一英寸的磁道中可以放入的位数
磁道密度（Track Density）：从盘片中心出发，沿着半径方向一英寸，包含多少磁道
面密度（Areal Density）：记录密度和磁道密度的乘积

磁盘容量的计算公式为：

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在面密度较低时，每个磁道都被分成了相同的扇区，所以能够划分的扇区数由最内侧磁道能记录的扇区数决定，这就使得外侧的磁道具有很多间隙。现代大容量磁盘采用多区记录（Multiple Zone Recording）技术，将一组连续的柱面划分成一个区，在同一个区中，每个柱面的每条磁道都有相同数量的扇区，由该区中最内侧的磁道决定，由此使得外侧的区能划分成更多的扇区。

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如上图所示，磁盘通过一个连接在传动臂（Actuator Arm）上的读/写头（Read/Write Head）来进行读写，对于有多个盘面的磁盘，会用多个位于同一柱面上的垂直排列的读/写头。对于扇区的访问时间（Access Time）由以下几部分构成：

寻道时间：为了读取到目标扇区，会先控制传动臂将读/写头移动到该扇区对应的磁道上，该时间称为寻道时间。影响因素：依赖于读/写头之前的位置，以及传动臂在盘面上移动的速度。通常为3~9ms ，最大时间可为20ms 。 - 旋转时间：当读/写头处于目标磁道时，需要等待目标扇区的第一个位旋转到读/写头下。影响因素：目标扇区之前的位置，以及磁盘的旋转速度。 T_{max \, rotation} = \frac{1}{RPM} \cdot \frac{60s}{1min}，平均旋转时间为一半
传送时间：当读/写头处于目标扇区的第一位时，就可以进行传送了影响因素：磁盘旋转速率，以及每条磁道的扇区数$$ T_{max \, rotation} = \frac{1}{RPM} \cdot \frac{1}{平均每条磁道的扇区数} \times \frac{60s}{1min} $$

可以发现：寻道时间和旋转时间是主要影响部分，并且两者大致相等，通常可以寻道时间乘2来估计访问时间。
由于磁盘构造的复杂性，现代磁盘将其抽象为B个扇区大小的逻辑块序列，编号为0,1,...,B-1 ，通过磁盘中的磁盘控制器来维护逻辑块号和实际扇区之间的映射关系。为此需要通过磁盘控制器对磁盘进行格式化：

会用表示扇区的信息填写在扇区之间的间隙
表示出表面有故障的柱面，并且不进行使用
在每个区会预留一组柱面作为备用，没有映射为逻辑块。当损坏时，磁盘控制器会将数据复制到备用柱面，则磁盘就可以继续正常工作了。

当从磁盘读取数据到主存，需要以下步骤：

操作系统发送一个命令到磁盘控制器，读取某个逻辑块号
磁盘控制器上的固件执行快速表查找，得到该逻辑块号翻译成一个三元组（盘面，磁道，扇区）
磁盘控制器解释三元组信息，将读/写头移动到对应的扇区
将读取到的信息放到磁盘控制器的缓冲区中
将缓冲区中的数据保存到主存中。

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如上图所示是一个总线结构实例。对于像图形卡、鼠标、键盘、监视器这类输入/输出设备，都是通过I/O总线连接到CPU和主存的，比如Intel的外围设备互联（Peripheral Component Interconnect ， PCI）总线，在PCI模型中，系统中所有的设备共享总线，一个时刻只能有一台设备访问这些线路，目前PCI总线已被PCEe总线取代了。虽然I/O总线比系统总线和内存总线慢，但是能容纳种类繁多的第三方I/O设备。