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Les périphériques d'entrée/sortie (E/S) sont nettement plus lents que le stockage principal (comme la RAM) et le processeur, car ils fonctionnent à des vitesses fondamentalement différentes et ont des limitations physiques différentes :
* Mécanique ou électronique : Les processeurs et la RAM sont purement électroniques. Les opérations se déroulent à la vitesse des électrons se déplaçant dans les circuits. De nombreux périphériques d'E/S impliquent cependant des mouvements mécaniques. Pensez aux plateaux rotatifs d'un disque dur et aux têtes de lecture/écriture qui se déplacent dessus, ou aux pièces mobiles d'une imprimante. Le mouvement mécanique est intrinsèquement lent par rapport aux signaux électroniques. Même les appareils comme les SSD, qui sont électroniquement plus rapides que les disques durs, ont toujours des vitesses de transfert de données limitées par rapport à la RAM.
* Taux de transfert de données : La vitesse à laquelle les données peuvent être transférées varie considérablement. La RAM peut transférer des données vers le processeur à des vitesses incroyablement élevées (gigaoctets par seconde). Une clé USB, même rapide, fonctionne à des vitesses bien inférieures (mégaoctets par seconde). Les interfaces physiques et les protocoles de communication impliqués limitent le taux de transfert.
* Encodage et formatage des données : Les données doivent être formatées et codées avant de pouvoir être interprétées par le processeur. Les périphériques d'E/S gèrent souvent différents formats de données qui doivent être traduits, ce qui ajoute une couche supplémentaire de temps de traitement. Cette traduction ajoute une surcharge qui n'existe pas dans la communication directe entre la RAM et le CPU.
* Sérialisation des données : Les périphériques d'entrée doivent souvent gérer les entrées des utilisateurs qui ne sont pas immédiatement disponibles sous forme de flux continu. Un clavier, par exemple, n'envoie des données que lorsqu'une touche est enfoncée. Cette nature sérielle des entrées contraste avec la nature parallèle de l'accès aux données dans la RAM et dans le traitement du processeur.
* Distance et contraintes physiques : La distance physique entre le processeur et les périphériques d'E/S peut également contribuer à des vitesses plus lentes. La transmission du signal sur de plus longues distances prend du temps, en particulier avec les technologies plus anciennes.
Essentiellement, la grande différence de vitesse provient de la différence technologique et des limitations inhérentes aux mécanismes physiques utilisés pour l’accès et le transfert des données. Même si des progrès sont continuellement réalisés pour améliorer les vitesses d'E/S (par exemple, SSD NVMe, normes USB plus rapides), l'écart entre les E/S et le CPU/RAM existera probablement toujours, même s'il pourrait se réduire.
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