题目

假设某磁盘驱动器中有 4 个双面盘片，每个盘面有 20000 个磁道，每个磁道有 500 个扇区，每个扇区可记录 512 字节的数据，盘片转速为 7200rpm（转/分），平均寻道时间为 5ms，请回答下列问题。

(1) 每个扇区包含数据及地址信息，地址信息分为 3 个字段，这 3 个字段的名称格式什么？对于该磁盘，各字段至少占多少位？

(2) 一个扇区的平均访问时间约为多少？

(3) 若采用周期挪用 DMA 方式进行磁盘与主机之间的数据传送，磁盘控制器中的数据缓冲区大小为 64 位，则在一个扇区读写过程中，DMA 控制器向 CPU 发送了多少次总线请求？若 CPU 检测到 DMA 控制器的总线请求信号时也需要访问主存，则 DMA 控制器是否可以获得总线使用权？为什么？

解析

本题考查 磁盘的物理寻址模型（CHS）+ 平均访问时间分解 + 周期挪用 DMA。三件事分别对应：

• CHS 地址 = Cylinder（柱面）+ Head（磁头）+ Sector（扇区），三层定位一个数据块；
• 平均访问时间 = 寻道（机械臂移动）+ 旋转延迟（盘片转过去）+ 传输（数据划过磁头）；
• 周期挪用 DMA 在 CPU 不用总线的间隙搬数据，冲突时 DMA 优先（设备数据有时限）。

(1) CHS 字段名称与位数 [4 分]

字段名称： 柱面号 / 磁头号 / 扇区号（也分别叫"磁道号 / 盘面号 / 扇区号"）。

位数计算：

字段	数量	最少位数
柱面号	20000（每盘面 20000 磁道，柱面 = 同径多盘面磁道）
磁头号	（4 盘片 × 2 盘面）
扇区号	500

编者注（生僻术语）： "柱面"是把每个盘面同半径的磁道纵向贯穿的虚拟集合——读 / 写时磁头组同时移动到同一柱面，省一次寻道。这是为什么 CHS 用柱面而不是单盘面磁道作为最高位。

(2) 一个扇区的平均访问时间 [3 分]

平均访问时间 = 寻道时间 + 旋转延迟 + 传输时间。

Step 1. 算盘片旋转一圈的时间。

Step 2. 拆三段。

部分	时间
平均寻道（题给）	5 ms
平均旋转延迟（半圈）	ms
传输一个扇区（一圈划过 500 扇区）	ms

Step 3. 合计。

易错点： "平均旋转延迟"是半圈而不是一圈——目标扇区在哪里是均匀分布的，期望转过去要 圈。漏掉除以 2 是常见错误。

(3) 一个扇区读写过程中的总线请求次数 + DMA 与 CPU 的优先级 [4 分]

Step 1. 算总线请求次数。

DMA 控制器的数据缓冲区每"满 64 位"就发一次总线请求把数据搬到主存。一个扇区 512B = 4096 bits：

Step 2. CPU 与 DMA 同时要总线，谁优先？

DMA 优先。

原因： 周期挪用 DMA 模式下，DMA 服务的是"实时性敏感"的设备（磁盘磁头一旦转过目标扇区就错过了），数据丢失没法补救；CPU 被让一拍只是慢一点，不丢数据。所以总线仲裁规则倾向于 DMA。

易错点： "周期挪用"不是"DMA 永远霸占总线"——它只在 CPU 不用总线的空隙偷走总线周期；只有冲突时才依据"DMA 优先"规则判定。这与"独占式 DMA"（暂停 CPU、整段拷贝）不同。

编者注（生僻术语）： 三种 DMA 模式：周期挪用（cycle stealing，本题）、独占式（block transfer，DMA 期间 CPU 完全停摆）、字节交替（interleaved，CPU 和 DMA 共享时分总线）。周期挪用是性能 / 实现复杂度的折中，最常见。