Sie sind zu Recht zu glauben, dass die CPU im Allgemeinen schneller ist als Eingangs- und Ausgangsgeräte (E/A). Hier ist der Grund:
1. Art der Operationen:
* CPU: Die CPU ist für Blitzberechnungen und Datenmanipulation ausgelegt. Es arbeitet mit Binärdaten und arbeitet mit Bits und Bytes mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten.
* I/O -Geräte: E/A -Geräte wie Festplatten, Tastaturen und Monitore sind für die Interaktion mit der physischen Welt verantwortlich. Dies beinhaltet eine mechanische Bewegung (z. B. Spinnscheiben) oder die Kommunikation mit externen Systemen. Diese Prozesse sind von Natur aus langsamer als die elektronischen Berechnungen der CPU.
2. Geschwindigkeitsdiskrepanz:
* CPU: Moderne CPUs können Milliarden von Anweisungen pro Sekunde ausführen. Dies wird in Gigahertz (GHz) gemessen.
* I/O -Geräte: Die Geschwindigkeiten von E/A -Geräten sind viel langsamer. Zum Beispiel kann eine Festplatte eine Lese-/Schreibgeschwindigkeit von ein paar hundert Megabyten pro Sekunde haben.
3. Zweck und Design:
* CPU: Die Hauptfunktion der CPU besteht darin, Daten so schnell wie möglich zu verarbeiten. Es ist so konzipiert, dass es sich um einen hoch optimierten, lichtschnellen Prozessor handelt.
* I/O -Geräte: E/A -Geräte sind für bestimmte Funktionen ausgelegt, z. B. für die Anzeige von Visuals, das Erfassen von Eingaben oder das Speichern von Daten. Ihr Design betont die Funktionalität, Haltbarkeit und Kosteneffizienz gegenüber reiner Geschwindigkeit.
Das Engpassproblem:
Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen der CPU- und der E/A -Geräte erzeugt einen Engpass. Die CPU sitzt häufig im Leerlauf und wartet auf Daten von langsameren E/A -Geräten, was zu Ineffizienzen führt. Um dies anzugehen, werden verschiedene Techniken verwendet:
* Caching: Die Daten werden in der Nähe der CPU vorübergehend im schnellen Speicher (Cache) gespeichert, um die Notwendigkeit häufiger E/A -Operationen zu verringern.
* asynchrones i/o: Die CPU kann weiterhin andere Aufgaben bearbeiten und auf die Abschluss der E/A -Operationen warten.
* Parallelität: Moderne Computer können mehrere Aufgaben gleichzeitig ausführen und die Auswirkungen des Wartens auf langsame E/A minimieren.
Zusammenfassend:
Die CPU wurde für die Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung entwickelt, während E/A-Geräte die Funktionalität und die physische Interaktion priorisieren. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen diesen Komponenten kann einen Leistungsengpass erzeugen, aber es gibt verschiedene Techniken, um dieses Problem zu mildern.
