Практически все современные жесткие диски делают включают кэширование.Мне кажется, что результаты без кеша могли бы быть более однородными, но были бы абсолютно бессмысленными.
В любом случае, есть команды, чтобы отключить кэширование на большинстве дисков (но, если память служит, они, вероятно,расширения, не являющиеся частью стандарта, поэтому вам нужно будет реализовать их специально для конкретного целевого диска).
OTOH, учитывая, что вы хотите смоделировать что-то, что отличается от реального жесткого диска (обычноработает, я бы подумал написать его как полную программную симуляцию - например, иметь некоторый класс жестких дисков, который сохранял «текущую дорожку», с командами для чтения и записи данных, поиска другой дорожки и т. д.класс будет отслеживать такие вещи, как количество (виртуального) времени, затрачиваемого на каждую операцию.