Eingangs-/Ausgangsgeräte (E/A) sind deutlich langsamer als der Primärspeicher (wie RAM) und die CPU, da sie mit grundlegend unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten und unterschiedliche physische Einschränkungen haben:

* mechanisch gegen elektronisch: CPUs und RAM sind rein elektronisch. Vorgänge erfolgen bei der Geschwindigkeit der Elektronen, die sich durch Schaltkreise bewegen. Viele E/A -Geräte beinhalten jedoch mechanische Bewegungen. Denken Sie an die drehenden Platten eines Festplattenlaufwerks und lesen/schreiben Sie Köpfe, die sich über sie bewegen, oder die beweglichen Teile eines Druckers. Die mechanische Bewegung ist im Vergleich zu elektronischen Signalen von Natur aus langsam. Sogar Geräte wie SSDs, die elektronisch schneller als HDDs sind, haben im Vergleich zum RAM weiterhin Einschränkungen bei der Datenübertragungsgeschwindigkeit.

* Datenübertragungsraten: Die Geschwindigkeit, mit der Daten übertragen werden können, variiert drastisch. RAM kann Daten mit unglaublich hohen Geschwindigkeiten (Gigabyte pro Sekunde) an die CPU übertragen. Ein USB -Laufwerk, sogar eine schnelle, arbeitet mit viel niedrigeren Geschwindigkeiten (Megabyte pro Sekunde). Die physischen Schnittstellen und Kommunikationsprotokolle begrenzen die Übertragungsrate.

* Datencodierung und Formatierung: Daten müssen formatiert und codiert werden, bevor sie von der CPU interpretiert werden können. E/A -Geräte verarbeiten häufig verschiedene Datenformate, die übersetzt werden müssen, wodurch eine weitere Schicht der Verarbeitungszeit hinzugefügt wird. Diese Übersetzung fügt Overhead hinzu, die in der direkten Kommunikation zwischen RAM und CPU nicht vorhanden ist.

* Datenserialisierung: Eingabegeräte müssen häufig Benutzereingaben verarbeiten, die nicht sofort als kontinuierlicher Stream verfügbar sind. Eine Tastatur zum Beispiel sendet nur Daten, wenn eine Taste gedrückt wird. Diese serielle Natur der Eingabe steht im Gegensatz zur parallelen Natur des Datenzugriffs innerhalb von RAM und der Verarbeitung der CPU.

* Entfernung und physische Einschränkungen: Der physische Abstand zwischen CPU- und E/A -Geräten kann auch zu langsameren Geschwindigkeiten beitragen. Die Signalübertragung über längere Entfernungen braucht Zeit, insbesondere bei älteren Technologien.

Im Wesentlichen beruht der große Geschwindigkeitsunterschied auf den technologischen Unterschied und die inhärenten Einschränkungen der physikalischen Mechanismen, die für den Datenzugriff und die Übertragung verwendet werden. Während Fortschritte kontinuierlich erzielt werden, um die E/A -Geschwindigkeiten (z. B. NVME -SSDs, schnellere USB -Standards) zu verbessern, gibt es wahrscheinlich immer die Lücke zwischen I/A und CPU/RAM, obwohl er möglicherweise schrumpfen könnte.