计算机的存储

计算机中的存储大致可以分为内存与硬盘存储，硬盘还能继续分为机械硬盘与固态硬盘。

内存

内存我们相对比较熟悉，可以总结出它的优缺点：
优点：使用电信号来保存信息，不存在机器操作，所以访问速度非常快。
缺点：造价高，断电后数据丢失。一般作为CPU的高速缓存。

硬盘

硬盘基本构成

机械硬盘的基本构成如下：

spindle：主轴
surface：盘面
track：磁道
sector：扇区
gap：间隔

arm：传动臂
read/write head：磁头

硬盘中的数据存在扇区(sector)中，硬盘是怎么读取数据的呢？
硬盘上有一个传动臂，传动臂上面有磁头，硬盘就是通过磁头来读取扇区中的数据的。
传动臂可以在一定幅度内摆动，它的摆动带起了磁盘的转动，转动速度一般分为 7200转/分钟 和 5400 转/分钟。磁盘的转动结合传动臂的摆动，就可以让磁头读取盘面上任何一个扇区的内容。

硬盘存储的优缺点

经过上面的介绍，我们可以得知硬盘存储的优缺点如下：
优点：造价低，容量大，断电后数据不丢失。
缺点：由于存储介质的特性，再加上机械运动耗费时间（传动臂的摆动与磁盘的转动），所以磁盘的读取速度较慢。

即使是固态硬盘，它的读取速度比机械硬盘要快，但是依旧远远低于内存中的读取速度。

磁盘的预读

由于磁盘的读写速度问题，要尽量减少磁盘I/O操作。所以磁盘往往不是严格按需读取，而是每次都会预读，即使只需要一个字节，磁盘也会从这个位置开始，顺序向后读取一定长度的数据放入内存。
这样做的理论依据是计算机科学中著名的局部性原理： 当一个数据被用到时，其附近的数据也通常会马上被使用。

预读的长度一般为 页(page) 的整倍数。

页：
页是计算机管理存储器的逻辑块，硬件及操作系统往往将主存和磁盘存储区分割为连续的大小相等的块，每个存储块称为一页（在许多操作系统中，页得大小通常为4k），主存和磁盘以页为单位交换数据。

文件系统及数据库系统的设计者利用了磁盘预读原理，将一个节点的大小设为等于一个页，这样每个节点只需要一次I/O就可以完全载入。

二叉树与B树

二叉树读取数据

首先我们来思考一下，如果用二叉树存储大量数据的话会怎么样？

当数据量特别大的时候，二叉树的高度会非常非常高，并且由上面的介绍可知：磁盘每次会读取一个页，而一般一个页为一个节点的大小。因此，要在二叉树中读取大量的数据的话，由于树的高度太高，节点数太多，而每一个节点都需要一次I/O操作，I/O操作又是非常费时的，由此可见，读取效率是特别低的。

由此，我们引出了B树。

B树读取数据

由于每个节点会进行一次I/O操作，那么我们要减少I/O操作的次数，很明显，我们需要减少节点的数量，因此我们可以通过拓展节点的方式来减少节点的数目。

很明显，上上张图中的二叉树有31个节点，我们要读取某个数据可能要经过5次I/O操作，而在下面的B树中，我们只需要经过2次I/O操作。

将树的度M设置为1024，在600亿个元素中最多只需要4次I/O操作就可以读取到想要的元素。

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