Os dispositivos de entrada/saída (E/S) são significativamente mais lentos que o armazenamento primário (como a RAM) e a CPU porque operam em velocidades fundamentalmente diferentes e têm limitações físicas diferentes:
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mecânico vs. eletrônico: CPUs e RAM são puramente eletrônicas. As operações acontecem na velocidade dos elétrons que se movem através dos circuitos. Muitos dispositivos de E/S, no entanto, envolvem movimento mecânico. Pense nos pratos giratórios de uma unidade de disco rígido e nas cabeças de leitura/gravação se movendo através deles, ou as peças móveis de uma impressora. O movimento mecânico é inerentemente lento em comparação com os sinais eletrônicos. Mesmo dispositivos como SSDs, que são eletronicamente mais rápidos que os HDDs, ainda têm limitações nas velocidades de transferência de dados em comparação à RAM.
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Taxas de transferência de dados: A velocidade com que os dados podem ser transferidos varia drasticamente. A RAM pode transferir dados para a CPU em velocidades incrivelmente altas (gigabytes por segundo). Uma unidade USB, mesmo rápida, opera em velocidades muito mais baixas (megabytes por segundo). As interfaces físicas e os protocolos de comunicação envolveram limitam a taxa de transferência.
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codificação e formatação de dados: Os dados precisam ser formatados e codificados antes que possam ser interpretados pela CPU. Os dispositivos de E/S geralmente lidam com vários formatos de dados que precisam ser traduzidos, adicionando outra camada de tempo de processamento. Esta tradução adiciona sobrecarga que não existe na comunicação direta entre RAM e CPU.
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serialização de dados: Os dispositivos de entrada geralmente precisam lidar com a entrada do usuário, que não está disponível imediatamente como um fluxo contínuo. Um teclado, por exemplo, envia apenas dados quando uma tecla é pressionada. Essa natureza em série da entrada contrasta com a natureza paralela do acesso aos dados na RAM e no processamento da CPU.
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Distância e restrições físicas: A distância física entre a CPU e os dispositivos de E/S também pode contribuir para velocidades mais lentas. A transmissão de sinal por distâncias mais longas leva tempo, especialmente com tecnologias mais antigas.
Em essência, a vasta diferença de velocidade decorre da diferença de tecnologia e das limitações inerentes aos mecanismos físicos usados para acesso e transferência de dados. Enquanto o progresso está sendo feito continuamente para melhorar as velocidades de E/S (por exemplo, NVME SSDs, padrões USB mais rápidos), a diferença entre a E/S e a CPU/RAM provavelmente sempre existirá, embora possa diminuir.
