Prečo je vstupné výstupné zariadenie veľmi pomalé, pretože v porovnaní s rýchlosťou primárneho úložiska a CPU?

Zariadenia vstupu/výstupu (I/O) sú výrazne pomalšie ako primárne úložisko (ako RAM) a CPU, pretože fungujú pri zásadne odlišných rýchlostiach a majú rôzne fyzické obmedzenia:

* Mechanické vs. elektronické: CPU a RAM sú čisto elektronické. Operácie sa uskutočňujú pri rýchlosti elektrónov pohybujúcich sa cez obvody. Mnoho zariadení I/O však zahŕňa mechanický pohyb. Pomyslite na točiace sa taniere na pevnom disku a hlavy čítania/zápisu cez ne alebo o pohyblivých častiach tlačiarne. Mechanický pohyb je vo svojej podstate pomalý v porovnaní s elektronickými signálmi. Dokonca aj zariadenia ako SSD, ktoré sú elektronicky rýchlejšie ako HDD, majú stále obmedzenia rýchlosti prenosu údajov v porovnaní s RAM.

* Miera prenosu údajov: Rýchlosť, akou je možné údaje preniesť, sa drasticky líši. RAM môže prenášať údaje do CPU pri neuveriteľne vysokých rýchlostiach (gigabajty za sekundu). Jednotka USB, dokonca rýchla, pracuje pri oveľa nižších rýchlostiach (megabajty za sekundu). Fyzické rozhrania a komunikačné protokoly obmedzujú mieru prenosu.

* Kódovanie a formátovanie údajov: Pred interpretáciou CPU je potrebné naformátovať a kódovať údaje. I/O zariadenia často spracúvajú rôzne formáty údajov, ktoré je potrebné preložiť, a pridávajú ďalšiu vrstvu času spracovania. Tento preklad dodáva režijné náklady, ktoré neexistujú v priamej komunikácii medzi RAM a CPU.

* Serializácia údajov: Vstupné zariadenia musia často spracovať vstup používateľa, ktorý nie je okamžite k dispozícii ako súvislý tok. Napríklad klávesnica odosiela údaje iba po stlačení klávesu. Táto sériová povaha vstupu kontrastuje s paralelnou povahou prístupu k údajom v rámci RAM a spracovaním procesora.

* vzdialenosť a fyzické obmedzenia: Fyzická vzdialenosť medzi CPU a I/O zariadeniami môže tiež prispieť k pomalším rýchlostiam. Prenos signálu na dlhšie vzdialenosti si vyžaduje čas, najmä pri starších technológiách.

Rozdiel v podstate rýchlosti v podstate pramení z rozdielu v technológii a vlastných obmedzení vo fyzikálnych mechanizmoch používaných na prístup a prenos údajov. Zatiaľ čo pokrok sa neustále dosahuje na zlepšenie rýchlosti I/O (napr. NVME SSD, rýchlejšie štandardy USB), bude pravdepodobne existovať priepasť medzi I/O a CPU/RAM, aj keď by sa mohla zmenšiť.

• Predchádzajúca strana: Čo znamená vstup a výstup zoskupené? 
• Ďalšia strana: Je vstupom zariadenia na spätnú väzbu?