Здравствуйте, syomin, Вы писали:

S>Достаточно большой файл (~1 Гб) читается блоками фиксированного размера (38 байт). Внутри файла блоки следуют друг за другом, но читаются в произвольном порядке. Каждый блок читается один и только один раз. Обработка блока в программе очень простая и занимает минимальное время.

S>1. Время обработки файла практически не зависит от того, где расположен обрабатываемый файл: на SDD и HDD. В обоих случаях время одно и то же.
S>2. Если сделать обработку файлов в 2 потока, то время обработки уменьшается в 1,5 раза. И по прежнему не зависит от того, где он расположен (SDD или HDD).

Либо у вас файл попадает в кеш , либо обработка блока не настолько быстрая.

S>Как можно объяснить такое поведение программы? Можно ли как-то увеличить скорость обработки не прибегая к многопоточности?

Попробуйте отобразить файл на память и работать с ним "напрямую"