磁気ディスク
磁気ディスク（magnetic disk）は、単にディスク、ハードディスクあるいはＨＤＤ（Hard Disk Driver）ともいいます。パソコンがの普及初期には、外部記憶装置として、プロッピーディスク（薄いプラスチックの円盤）が用いられており、それとの対比で「ハード」といわれたのです。
磁気ディスクは、パソコンの筐体の内部に組み込まれている内蔵ディスクと取外しのできる外付けディスクがあります。内蔵ディスクは仮想記憶方式の主要要素であり不可欠な存在で、外付けディスクはデータのバックアップ用に広く用いられています。近年はより高速なＳＳＤを搭載したパソコンが普及してきましたが、それでも磁気ディスクは主流の座を保っています。
磁気ディスクの構造
磁気ディスク装置は，図のように，両面に磁性体を塗布した数枚の円盤形状の磁気ディスク（プラッタ）とその磁気面に位置づけして情報を読込み書出しするスイングアーム機構から構成されています。
スイングアームの先端には磁気ヘッドがあり、プラッタの磁気のＯＮ／ＯＦＦをキャッチしたり、プラッタの磁気をＯＮ／ＯＦＦにすることができます。プラッタが回転し十分高速になると、空気の流れにより磁気ヘッドはわずかに浮上します。磁気面と接触せずにアクセスが行われるので磁気面の損傷が防げます。
すべてのスイングアームは１つのスイングアーム回転軸に固定されているので、すべての磁気ヘッドは同じ動きでプラッタ上を移動します。スイングアープの回転によりプラッタの中心からの距離が決まり。プラッタの回転により中心からの角度がきまるので、この機構ですべての記録位置に磁気ヘッドを移動することができます。
以下、磁気ディスクの容量と転送速度の計算例を示しますが、磁気ディスクの性能は急激に向上しています。それにも関わらず、ここでは数十年前の諸元を用いています（修正するのが面倒だという理由です）。
磁気ディスクの容量計算
- トラック
１面のプラッタは右上図のように円周が並んだ部分が記録部分で、個々の円周をトラックといいます。 - セクタ
トラックは、いくつかのセクタに分割されます。１セクタのバイト数を一定にするため、中心部では１シリンダ当たりのセクタ数を小さく、円周部では大きくしています。 - シリンダ
右下図のように、１つのトラックの円周で切り取ると円筒のように見えます。それをシリンダといいます。すなわち，磁気ディスクは，シリンダという円筒を同心円に並べたものであり，シリンダを縦に切ったときの断面がトラックで，そのトラックがセクタに分割されているのだと考えられます。
すなわち、磁気ディスクの総容量は、
総容量＝記録面×トラック数×セクタ数×１セクタのバイト数
で計算できます。
- 問題
- 記録面が６面の磁気ディスク装置において，
１面当たりのトラック数が5,000本で，
各トラックのセクタ数が表のとおりであるとき，
この磁気ディスク装置の容量は約何Ｇバイトか。
ここで，セクタの長さは512バイトとする。
トラック番号 セクタ数
0～ 699 300
700～1499 250
1500～2999 200
3000～4999 150 - 解答
-
トラック番号 トラック数 セクタ数 容量（注：1セクタ長＝512バイト）
0～ 699 700 300 512×300× 700＝107,520,000
700～1499 800 250 512×250× 800＝102,400,000
1500～2999 1500 200 512×200×1500＝153,600,000
3000～4999 2000 150 512×150×2000＝153,600,000
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１面あたりの容量（バイト） 517,120,000
517,120,000バイト→０.５２ＧＢ， または517,120,000／1024３＝０.４８ＧＢ，
６面あるので，６×０.５２＝３ＧＢ または６×０.４８＝３ＧＢ・・・答
磁気ディスクのアクセス時間
ディスクからデータを読み出したり書き込んだりする時間を計算します。
総時間＝［シーク時間］＋［サーチ時間］＋［転送時間］
- シーク時間
- アームが対象データが存在するトラックのところ（Ａ）まで移動する時間。
- サーチ時間
- ディスクが回転して，対象となるデータの先頭部分（Ｂ）が回転して，アームのところ（Ａ）に到達するまでの時間。平均的にはディスクが半回転する時間になります。
ディスクの回転速度は，ｒｐｍ［回転数／分］で与えられるのが通常です。たとえば，６０００ｒｐｍならば，１００［回転／秒］ですから，１回転に要する時間は０.０１［秒／回転］，すなわち，１０ｍｓ（ミリ秒）になります。サーチ時間は半回転の時間ですから５ｍｓとなります。 - 転送時間
- データを読取る時間。読むためのＣＰＵやメモリの時間は，ディスクの回転速度よりも高速ですから，データの先頭部分（Ｂ）がＡに来てから，末尾部分（Ｃ）がＡに来るまでの時間になります。
この時間を求めるには，対象データがトラックのどれだけを占めるかを知る必要があります。もし，１トラックの容量が９２ＫＢであり，対象データが１８.４ＫＢならば，１８.４／９２＝０.２［回転］ですから，転送時間は０.２×１０＝２ｍｓになります。
- 問題
- 次の磁気ディスクで１ＫＢを転送するのに要する時間を求めよ。
回転数 ６,０００ｒｐｍ
トラックの記録密度 ２００セクタ／トラック
セクタ長 ５００バイト／セクタ
シーク時間 １ｍｓ
ただし，１ＫＢは１０００バイトとして計算せよ。 - 解答
- ６,０００ｒｐｍ［回転／分］→１００［回転／秒］→１０［ｍｓ／回転］
１トラック当たりの容量＝５００×２００＝１００,０００バイト
１回転（１０ｍｓ）で１００,０００バイト→１０,０００［バイト／ｍｓ］
１ＫＢ（１０００バイト）では０.１ｍｓ
転送に要する時間
＝ シーク時間 １ｍｓ
＋ サーチ時間 ５ｍｓ（←半回転）
＋ データ転送時間 ０.１ｍｓ
合計 ６.１ｍｓ ・・・答
ブロック化
上記の性能の説明は、データが途切れることなく連続的に記録されていることが前提でした。ところが実際の売上ファイルのデータなどを対象にしたときには、このような性能を得ることができません。
話を単純にするために、ファイルの１レコードが８０バイトの固定長であるとし、セクタを５００バイトだとします。
プログラムは、ファイルから１レコードずつ読み込んで処理をします。ところが磁気ディスクでは１回に１セクタを読込みます。そうすると、１セクタには１レコードしか入れられません。
容量では１セクタで５００－８０＝４２０バイトの無駄が生じます。
転送速度では、１回のアクセス時間で８０バイトした転送できません。
これではあまりにも効率が悪いので、ＯＳの機能により複数のレコードをブロックとして一度に読込みバッファに保存し、プログラムの読込み命令にはバッファから１レコードずつ渡すような仕組みになっています。
１ブロック＝２レコードだとします。それをブロック化因数＝２といいます。ブロックとブロックの間には、切れ目として１０バイトのブロック間隔が必要だとします。
レコードはセクタをまたいで記録することはできないので、１セクタに入れられるのは、
２×８０＋１０ ＋ ２×８０＋１０ ＋ ２×８０＝５００
ですから、６レコードになり、容量効率がよくなります。