計算機體系
大學學過微機原理，裡面介紹一個計算機最小組成單元-cpu，記憶體，磁碟。相應的這三者也構成所謂的圖靈機，即有限狀態機。 在主機主機板中還包含了南北橋晶片，前者的設計意圖是接入低速的io裝置，後者是建立cpu和記憶體南橋的通道。
cpu和北橋連線是匯流排為系統匯流排，匯流排頻率為cpu從外部存取資料的資料傳輸速率，cpu自身的震盪頻率為cpu計算的頻率。 記憶體和北橋連線的匯流排為記憶體匯流排。北橋的速率高於外設的傳輸速率，所以在io匯流排連線北橋中引入南橋，其整合了很多外設的控制器，比如磁碟控制器，usb控制器等。
io匯流排
對於io匯流排，其並非只有一條匯流排，而是分為地址匯流排，控制匯流排，資料匯流排。
cpu與硬碟裝置的互動
- 每個io裝置在啟動後會在記憶體中對映一個或者多個地址，這個地址8位長，稱為io埠。針對這個地址的資料，統統會被北橋晶片重定向到匯流排實際裝置上。
- 首先cpu會把io地址放到系統匯流排上，北橋收到之後，會等待cpu傳送第一個針對外設的指令。然後cpu傳送如下三條指令 1） 指令包含當前指令是讀或者寫，而且包含其他一些選項，如是否中斷或者開啟磁碟快取 2） 傳送需要讀取的硬碟邏輯塊號 3） 給出讀取出來的記憶體應該存放到記憶體的哪個地址上。
- 這三條指令會依次傳送給io匯流排上的磁碟控制器來執行。比如第二條指令，磁碟控制器收到後會進行磁碟實際扇區和邏輯塊號的查詢，然後定址，讀取，第三條指令cpu給出資料應該放在記憶體的地址，磁碟控制器讀取出資料然後通過DMA技術直接在記憶體進行定址並執行寫入。
注：cpu傳送的指令是到南橋晶片上整合的控制器，控制器對磁碟發出一系列指令分為兩個體系，一個是ATA指令集，一種是SCSI指令集，scsi指令集比ata指令集高效。
儲存分類
一般我們錄音帶這中儲存介質是沒辦法隨機定位的，這種儲存稱為流式儲存，對於硬碟這種分扇區，可以定位到扇區位置的儲存方式稱為塊式儲存。因此磁帶這種儲存方式只能用於資料容災備份。
普通磁碟的構成
普通磁碟的資料組織一般由多個雙邊盤面，每個盤面有多條磁碟，每個同心同磁軌不是連續記錄資料，而是劃分為一段段的圓弧，根據角速度一致，外圈的資料讀取速度比內圈的快。每段圓弧稱為一個扇區，這個是io讀寫的最小單位。 同一個磁軌下所有盤面構成一個柱面，磁頭讀寫首先從同一個柱面內從0磁頭開始進行操作，依次向下在不同盤面進行操作，寫完後再轉移到下一個柱面。(減少尋軌，電訊號切換遠快於機械切換)
扇區：每個扇區可以存放512b資料和一些其他資訊，扇區一般有兩個主要部分，一個是儲存資料地址的識別符號，另一個是儲存資料的資料段。前期扇區的頭標包括組成扇區三級地址的三個數字(扇區所在的磁軌，扇區所在的柱面，扇區所在位置。稱為CHS地址)，後面換成LBA編址方式，lba編址不再區分柱面磁軌這些概念，而是提供一個線性的地址，然後這些物理資訊由磁碟本身儲存。這個關係儲存在磁碟控制器電路的ROM晶片中，磁碟初始化時載入快取中以便查詢。扇區頭標中包含一個欄位表明扇區是否能可靠儲存資料，並且扇區頭標以迴圈冗餘crc值作為結束。
扇區編號和交叉因子
最簡單的扇區編號方式是採用線性順序編號，但這個方法存在一個問題，但扇區在處理一個扇區資料期間，可能由於磁頭轉得太快，直接就進入下一個扇區頭標部分，這個時候磁碟就需要空轉一週才能重新寫入。針對這個情況，ibm一位工程師就採取一個交叉因子的方式進行編號，比如3:1代表磁碟第一個扇區為1號，跳過兩個扇區到第四個扇區為2號。
磁碟io單位
對於磁碟而言，最小寫入單位是一個扇區，對於作業系統的page，檔案系統的block一般是4KB大小,io對於越上層而已越清晰簡潔，而越底層io越複雜。比如檔案系統的io比卷管理程式的io簡單，卷管理程式對應到磁碟控制器更簡單。
磁碟的簡單描述
對於一個小白而已，磁碟可以看成一張空白的紙，我們通過位置資訊可以找到我們需要的寫入或者讀取的位置，而對於這個定址即類似上面LBA定址方式。當尋找到對應位置後，我們需要向磁碟傳送需要寫入的資料，針對這個問題，人們抽象出一套介面系統，專門用於計算機和其外設互動資料，稱為scsi介面協議。
磁碟佇列技術
想象一個場景，當多個io下發到磁碟中，a需要讀取中間的資料，b要讀取最左邊的資料，c要讀取最右邊的資料。假設我們按照先進先服務的原則，這個時候顯然效率並不是最好的，所以這個就涉及一個優化問題，如何使得磁碟的執行序列最優。當然這個問題並不能只在磁碟驅動器上考慮，還必須在磁碟控制器上考慮，因為磁碟控制器預設行為是讀取驅動器上的快取，如果資料亂序後就會引發很多問題。(磁碟控制器和磁碟驅動器的步伐不是一致，驅動器只能預先讀取資料存在其快取中，等待控制器去主動讀取)
- FCFS（first come first server）
- sstf（shortest seek time first）會造成餓死問題，讀取與磁碟最短距離的請求資料。
- scan（迴旋掃描模式）電梯模型，單邊掃描後再折返
- c-scan（單邊掃描）
- look（智慧監察掃描模式）這個方式和單邊的區別在於不需要掃描到終點，而是完成最兩端io即折返