輸入／輸出（I/O）

一台只有 CPU 和記憶體的電腦，就像泡在密封罐裡的大腦：它會思考，卻看不見、聽不到、說不出話，斷電後也記不住任何東西。輸入／輸出，也就是 I/O，涵蓋了一切把機器連到處理器與主記憶體之外世界的東西——把資料送進來的鍵盤與滑鼠、把結果送出去的螢幕與喇叭、與其他機器對話的網路，以及斷電後仍保存資料的磁碟。I/O 就是機器的感官，也是它的長期記憶。

具體來說，一次 I/O 操作就是在 CPU 或記憶體與某個裝置之間搬移資料。CPU 不會直接去戳磁碟碟片或網路線；相反地，每個裝置背後都坐著一小塊叫做控制器的硬體，CPU 透過幾個叫做裝置暫存器的特殊位置來讀寫這個控制器（見 device-controller 與 memory-mapped-io）。典型的交換流程是：告訴控制器要做什麼（讀這個區塊、送這個封包），等裝置做完，再去收結果。由於真實裝置相對 CPU 很慢，有趣的問題就在於處理器如何度過等待時間——靠輪詢、靠中斷，或把整段傳輸交給 DMA。

初學者最關鍵的觀念轉變是：I/O 要從三個面向來衡量，不只是純粹的速度。一是吞吐量（每秒多少 MB，或每秒多少次操作，稱為 IOPS）；二是延遲或反應時間（一個請求從頭到尾要多久）；三是可靠性（資料回來時是否正確，崩潰或某顆磁碟壞掉後它能否倖存）。一顆會默默弄丟你檔案的快磁碟，比一顆從不弄丟的慢磁碟還糟。而且老實說，I/O 往往才是真正的瓶頸：一個在等磁碟或網路的程式，可能讓數 GHz 的 CPU 大半時間閒著。