Пристрої введення-виведення є важливою складовою будь-якого комп'ютера. Вони забезпечують взаємодію комп'ютера з навколишнім середовищем, користувачами, об'єктами керування та іншими комп'ютерами.
Зовнішні пристрої за їх призначенням можна розділити на два основних різновиди - для тривалого зберігання інформації та для взаємодії комп'ютера із зовнішнім середовищем, а саме користувачами, іншими комп'ютерами й об'єктами керування.
Серед них можна виділити пристрої введення (клавіатура, сканер, графічний планшет, маніпулятори типу «миша», джойстик, світлове перо тощо), виведення (принтер, плотер), діалогові засоби користувача (дисплеї, пристрої мовного введення-виведення — мікрофонні акустичні системи, синтезатори звуку тощо), засоби зв'язку та телекомунікацій (мережні плати, модеми).
Більшість зовнішніх пристроїв мають свої процесори (контролери), які є простішими за центральний процесор і виконують інші набори команд. Контролери можуть переносити дані із зовнішніх носіїв до оперативної пам'яті (читання, або введення із «зовнішнього світу») чи навпаки (запис, або виведення даних у «зовнішній світ»). Кожному пристрою введення-виведення виділено окрему ділянку оперативної пам'яті - порт. Із нього пристрій бере дані для зовнішнього носія, записуючи їх, наприклад, на диск або на екран комп'ютера. І саме в порт записуються дані, що надходять з клавіатури або дисковода.
Сигнали синхронізації дій усіх пристроїв передаються по керуючих лініях-шинах. Шини комп'ютера повинні забезпечити передачу інформації між:
- процесором та оперативною пам'яттю (шина процесор-пам'ять);
- процесором і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв;
- оперативною пам'яттю і портами введення-виведення зовнішніх пристроїв у режимі прямого доступу до пам'яті.
Шина процесор-пам'ять забезпечує безпосередній зв'язок між процесором комп'ютера та основною пам'яттю. У сучасних комп'ютерах таку шину іноді називають шиною переднього плану і позначають як FSB (від англ. Front-Side Bus). Інтенсивний обмін даними між процесором та пам'яттю вимагає, щоб кількість інформації, яка передається за одиницю часу (секунду) цією шиною (пропускна спроможність шини), була якомога більшою. Від пропускної спроможності шини процесор-пам'ять значною мірою залежить продуктивність комп'ютерів із фоннейманівською архітектурою. Функції різних шин конструктори іноді покладають на єдину системну шину, але з погляду швидкодії краще, коли дані між процесором і пам'яттю передаються окремою шиною.
Зв'язок процесора чи пам'яті із пристроями введення-виведення забезпечують шини введення-виведення. На відміну від шини процесор-пам'ять, такі шини містять менше ліній, але фізична довжина цих ліній може бути більшою. Велика кількість і різноманітність зовнішніх пристроїв у різних типах комп'ютерів обумовили необхідність розроблення стандартів для таких шин. Стандартизація шин дозволяє розробникам зовнішніх пристроїв працювати незалежно, а користувачам — самостійно формувати потрібну конфігурацію комп'ютера.
Фізично шини складаються з великої кількості паралельних металевих провідників — ліній, розміщених на системній платі чи кристалі мікросхеми. Серед ліній будь-якої шини можна виділити три функціональні групи: шина адреси, шина даних і шина керування.
Шиною адреси передаються адреси комірок пам'яті, номери регістрів процесора, адреси портів введення-виведенні т.і. Кількість ліній, виділених для передачі адреси, становить ширину шини адреси і визначає максимально можливий обсяг пам'яті комп'ютера, який може адресуватися.
Лінії, якими дані (команди чи операнди) передаються між блоками системи, називаються шиною даних. Найважливіші параметри шини даних — ширина та пропускна спроможність. Ширина шини даних вказує на кількість бітів інформації, які можуть бути передані по шині за один її цикл.
Використання окремих шин для адрес і даних дає можливість значно підвищити продуктивність комп'ютера, особливо під час записування інформації в пам'ять — адреса комірки пам'яті та дані, що записуються, передаються паралельно.
Поряд із лініями для передачі адрес та даних обов'язковим атрибутом будь-якої шини є лінії, якими передається керуюча інформація та інформація про стан пристроїв введення-виведення. Сукупність таких ліній прийнято називати шиною керування. Цією шиною передаються сигнали синхронізації, переривання, арбітра шини тощо.
Загалом, функціонування фоннейманівського комп'ютера можна описати так:
- комп'ютер за допомогою пристроїв введення приймає інформацію у вигляді програм та даних і записує її в пам'ять;
- інформація, що зберігається в пам'яті, під керуванням програми шинами пересилається в арифметико-логічний пристрій для подальшої обробки;
- дані, отримані після обробки інформації, спрямовуються (також шинами) на пристрої виведення.