输入输出系统设备课件.pptx

输入输出系统是计算机硬件中的重要组成部分，主要负责数据的读取和写入操作。本课件主要探讨了磁盘存储器的性能和调度策略，以提升I/O效率。磁盘存储器由多个关键组件构成，包括磁道、磁盘轴、磁头组和扇区。磁盘的工作机制是通过磁头定位在特定的磁道和扇区来读写数据。 **磁盘结构** 磁盘由多张盘片组成，每个盘片分为多个同心圆的磁道，磁道又划分为多个扇区。磁头位于磁盘轴上，可以径向移动，对不同磁道进行读写。磁头定位在期望磁道上的时间被称为寻道时间，这是影响磁盘I/O速度的关键因素。 **寻道时间和旋转延迟** 寻道时间是磁头从当前位置移动到目标磁道所需的时间，包括全程、平均和道间寻道时间。旋转延迟是磁盘旋转将数据带到磁头下方所需的时间，通常等于磁盘旋转周期的一半。这两个因素共同决定了磁盘的I/O传输时间。 **数据传输速度** 磁盘的数据传输速度分为内部传输速度和外部传输速度。内部传输速度是指数据从盘片表面移动到磁盘内部缓冲区的速度，而外部传输速度则是数据通过接口传输到主机总线适配器（HBA）的速度。这两者的快慢直接影响磁盘的整体性能。 **磁盘I/O传输时间** 磁盘I/O传输时间由等待设备可用、等待通道可用、寻道时间、数据传送、访问时间和旋转延迟等部分组成。不同的磁盘调度算法可以优化这些时间，以提高整体性能。 **磁盘调度算法** 1. **先进先出（FIFO）**：按照请求的顺序处理，公平对待所有进程，但在多进程环境下可能导致较高的磁头移动距离。 2. **最短服务时间优先（SSTF）**：选择离当前磁头位置最近的请求，以最小化寻道时间，但可能导致磁头“磁滞”现象，即频繁往返于相近的磁道。 3. **扫描算法（SCAN）**：磁头沿一个方向连续服务请求，直到达到磁道尽头，又称电梯算法。根据磁头移动方向分为向外移和向内移两种情况，以减少总的臂移动量。 4. **循环扫描算法（C-SCAN）**：类似于SCAN，但磁头到达磁盘一端后立即返回另一端，确保所有磁道都有机会被访问，避免了磁滞问题。 磁盘调度算法的选择对系统的整体性能有着显著影响，尤其是在高并发I/O环境中。通过合理调度，可以降低平均寻道时间，减少磁头移动距离，从而提高磁盘的读写效率。 理解磁盘存储器的工作原理、性能参数以及调度策略对于优化系统性能至关重要。在设计和管理数据中心环境时，需要充分考虑这些因素，以实现高效的数据存取和处理。