Γιατί η συσκευή εξόδου εισόδου είναι πολύ αργή καθώς συγκρίνεται με την ταχύτητα της πρωτογενούς αποθήκευσης και της CPU;

Οι συσκευές εισόδου/εξόδου (I/O) είναι σημαντικά πιο αργές από την πρωτογενή αποθήκευση (όπως το RAM) και τη CPU επειδή λειτουργούν με θεμελιωδώς διαφορετικές ταχύτητες και έχουν διαφορετικούς φυσικούς περιορισμούς:

* Μηχανική έναντι ηλεκτρονικού: Οι CPU και η RAM είναι καθαρά ηλεκτρονικά. Οι λειτουργίες συμβαίνουν με την ταχύτητα των ηλεκτρονίων που κινούνται μέσω κυκλωμάτων. Πολλές συσκευές I/O, ωστόσο, περιλαμβάνουν μηχανική κίνηση. Σκεφτείτε τις περιστρεφόμενες πιατέλες του σκληρού δίσκου και τις κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής που κινούνται σε αυτά ή τα κινούμενα μέρη του εκτυπωτή. Η μηχανική κίνηση είναι εγγενώς αργή σε σύγκριση με τα ηλεκτρονικά σήματα. Ακόμη και συσκευές όπως SSD, οι οποίες είναι ηλεκτρονικά ταχύτερες από τις HDD, εξακολουθούν να έχουν περιορισμούς στις ταχύτητες μεταφοράς δεδομένων σε σύγκριση με τη μνήμη RAM.

* Ποσοστά μεταφοράς δεδομένων: Η ταχύτητα με την οποία μπορούν να μεταφερθούν τα δεδομένα ποικίλλει δραστικά. Η RAM μπορεί να μεταφέρει δεδομένα στην CPU σε απίστευτα υψηλές ταχύτητες (gigabytes ανά δευτερόλεπτο). Μια μονάδα USB, ακόμη και μια γρήγορη, λειτουργεί με πολύ χαμηλότερες ταχύτητες (megabytes ανά δευτερόλεπτο). Οι φυσικές διεπαφές και τα πρωτόκολλα επικοινωνίας που αφορούσαν περιορίζουν τον ρυθμό μεταφοράς.

* κωδικοποίηση και μορφοποίηση δεδομένων: Τα δεδομένα πρέπει να μορφοποιηθούν και να κωδικοποιηθούν πριν να ερμηνευθούν από την CPU. Οι συσκευές I/O χειρίζονται συχνά διάφορες μορφές δεδομένων που πρέπει να μεταφραστούν, προσθέτοντας ένα άλλο στρώμα χρόνου επεξεργασίας. Αυτή η μετάφραση προσθέτει πάνω από το κεφάλι που δεν υπάρχει στην άμεση επικοινωνία μεταξύ RAM και CPU.

* σειριοποίηση δεδομένων: Οι συσκευές εισόδου συχνά πρέπει να χειρίζονται την είσοδο του χρήστη, η οποία δεν είναι άμεσα διαθέσιμη ως συνεχής ροή. Ένα πληκτρολόγιο, για παράδειγμα, στέλνει μόνο δεδομένα όταν πατηθεί ένα πλήκτρο. Αυτή η σειριακή φύση των εισροών έρχεται σε αντίθεση με την παράλληλη φύση της πρόσβασης δεδομένων εντός της μνήμης RAM και της επεξεργασίας της CPU.

* απόσταση και φυσικούς περιορισμούς: Η φυσική απόσταση μεταξύ των συσκευών CPU και I/O μπορεί επίσης να συμβάλει σε βραδύτερες ταχύτητες. Η μετάδοση σήματος σε μεγαλύτερες αποστάσεις απαιτεί χρόνο, ειδικά με παλαιότερες τεχνολογίες.

Στην ουσία, η τεράστια διαφορά ταχύτητας προέρχεται από τη διαφορά στην τεχνολογία και τους εγγενείς περιορισμούς στους φυσικούς μηχανισμούς που χρησιμοποιούνται για την πρόσβαση και τη μεταφορά δεδομένων. Ενώ η πρόοδος γίνεται συνεχώς για να βελτιωθεί οι ταχύτητες I/O (π.χ. NVME SSD, ταχύτερα πρότυπα USB), το χάσμα μεταξύ I/O και CPU/RAM πιθανότατα θα υπάρχει πάντα, αν και μπορεί να συρρικνωθεί.