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1.3.3 磁盘
下一个层次是磁盘（硬盘）。磁盘同RAM相比，每个二进制位的成本低了两个数量级，而且经常也有两个数量级大的容量。磁盘惟一的问题是随机访问数据时间大约慢了三个数量级。其低速的原因是因为磁盘是一种机械装置，如图1-10所示。
在一个磁盘中有一个或多个金属盘片，它们以5400，7200或10 800rpm的速度旋转。从边缘开始有一个机械臂悬横在盘面上，这类似于老式播放塑料唱片33转唱机上的拾音臂。信息写在磁盘上的一系列同心圆上。在任意一个给定臂的位置，每个磁头可以读取一段环形区域，称为磁道（track）。把一个给定臂的位置上的所有磁道合并起来，组成了一个柱面（cylinder）。
每个磁道划分为若干扇区，扇区的典型值是512字节。在现代磁盘中，较外面的柱面比较内部的柱面有更多的扇区。机械臂从一个柱面移到相邻的柱面大约需要1ms。而随机移到一个柱面的典型时间为5ms至10ms，其具体时间取决于驱动器。一旦磁臂到达正确的磁道上，驱动器必须等待所需的扇区旋转到磁头之下，这就增加了5ms至10ms的时延，其具体延时取决于驱动器的转速。一旦所需要的扇区移到磁头之下，就开始读写，低端硬盘的速率是5MB/s，而高速磁盘的速率是160 MB/s。
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许多计算机支持一种著名的虚拟内存机制，这将在第3章中讨论。这种机制使得期望运行大于物理内存的程序成为可能，其方法是将程序放在磁盘上，而将主存作为一种缓存，用来保存最频繁使用的部分程序。这种机制需要快速地映像内存地址，以便把程序生成的地址转换为有关字节在RAM中的物理地址。这种映像由CPU中的一个部件，称为存储器管理单元（Memory Management Unit，MMU）来完成，如图1-6所示。
缓存和MMU的出现对系统的性能有着重要的影响。在多道程序系统中，从一个程序切换到另一个程序，有时称为上下文切换（context switch），有必要对缓存中来的所有修改过的块进行写回磁盘操作，并修改MMU中的映像寄存器。但是这两种操作的代价很昂贵，所以程序员们努力避免使用这些操作。我们稍后将看到这些操作产生的影响。
