* mecánica vs. electrónica: Las CPU y RAM son puramente electrónicas. Las operaciones ocurren a la velocidad de los electrones que se mueven a través de los circuitos. Muchos dispositivos de E/S, sin embargo, involucran movimiento mecánico. Piense en los platos giratorios de una unidad de disco duro y lea/escriba cabezas que se mueven sobre ellos, o las partes móviles de una impresora. El movimiento mecánico es inherentemente lento en comparación con las señales electrónicas. Incluso los dispositivos como los SSD, que son electrónicamente más rápidos que los HDD, todavía tienen limitaciones en las velocidades de transferencia de datos en comparación con la RAM.
* Tasas de transferencia de datos: La velocidad a la que se pueden transferir los datos varía drásticamente. RAM puede transferir datos a la CPU a velocidades increíblemente altas (gigabytes por segundo). Una unidad USB, incluso una rápida, funciona a velocidades mucho más bajas (megabytes por segundo). Las interfaces físicas y los protocolos de comunicación involucrados limitan la tasa de transferencia.
* Codificación y formato de datos: Los datos deben formatearse y codificar antes de que pueda ser interpretado por la CPU. Los dispositivos de E/S a menudo manejan varios formatos de datos que deben traducirse, agregando otra capa de tiempo de procesamiento. Esta traducción agrega sobrecarga que no existe en la comunicación directa entre RAM y CPU.
* Serialización de datos: Los dispositivos de entrada a menudo tienen que manejar la entrada del usuario que no está disponible de inmediato como un flujo continuo. Un teclado, por ejemplo, solo envía datos cuando se presiona una tecla. Esta naturaleza en serie de la entrada contrasta con la naturaleza paralela del acceso a los datos dentro de la RAM y el procesamiento de la CPU.
* Restricciones de distancia y física: La distancia física entre la CPU y los dispositivos de E/S también puede contribuir a velocidades más lentas. La transmisión de la señal a distancias más largas lleva tiempo, especialmente con tecnologías más antiguas.
En esencia, la gran diferencia de velocidad proviene de la diferencia en la tecnología y las limitaciones inherentes en los mecanismos físicos utilizados para el acceso y la transferencia de datos. Si bien el progreso se realiza continuamente para mejorar las velocidades de E/S (por ejemplo, SSDS NVME, estándares USB más rápidos), la brecha entre E/S y CPU/RAM probablemente siempre existirá, aunque podría reducirse.