基本原理

    在CPU的設計中，一般輸出線的直流負載能力可以驅動一個TTL負載，而在連接中，CPU的一根地址線或數據線，可能連接多個存儲器芯片，但存儲器芯片都為MOS電路，主要是電容負載，直流負載遠小于TTL負載。故小型系統中，CPU可與存儲器直接相連，在大型系統中就需要加緩沖器。

任何程   很大程度上決定了系統的運行速度。程序在運行期間，在一個較短的時間間隔內，由程序產生的地址往往集中在存儲器的一個很小范圍的地址空間內。指令地址本來就是連續分布的，再加上循環程序段和子程序段要多次重復執行，因此對這些地址中的內容的訪問就自然的具有時間集中分布的傾向。數據分

基本原理

     布的集中傾向不如程序這么明顯，但對數組的存儲和訪問以及工作單元的選擇可以使存儲器地址相對地集中。這種對局部范圍的存儲器地址頻繁訪問，而對此范圍外的地址訪問甚少的現象被稱為程序訪問的局部化（Locality of Reference）性質。由此性質可知，在這個局部范圍內被訪問的信息集合隨時間的變化是很緩慢的，如果把在一段時間內一定地址范圍被頻繁訪問的信息集合成批地從主存中讀到一個能高速存取的小容量存儲器中存放起來，供程序在這段時間內隨時采用而減少或不再去訪問速度較慢的主存，就可以加快程序的運行速度。這個介于CPU和主存之間的高速小容量存儲器就稱之為高速緩沖存儲器，簡稱Cache。不難看出，程序訪問的局部化性質是Cache得以實現的原理基礎。同理，構造磁盤高速緩沖存儲器（簡稱磁盤Cache），也將提高系統的整體運行速度CPU一般設有**緩存（L1 Cache）和二級緩存（L2 Cache）。**緩存是由CPU制造商直接做在CPU內部的，其速度極快，但容量較小，一般只有十幾K。PⅡ以前的PC一般都是將二級緩存做在主板上，并且可以人為升級，其容量從256KB到1MB不等，而PⅡ CPU則采用了全新的封裝方式，把CPU內核與二級緩存一起封裝在一只金屬盒內，并且不可以升級。二級緩存一般比**緩存大一個數量級以上，另外，在CPU中，已經出現了帶有三級緩存的情況。

高速緩沖存儲器

     高速緩沖存儲器，即Cache。我們知道，數據分布的集中傾向不如程序這么明顯，如果把在一段時間內一定地址范圍被頻繁訪問的信息集合成批地從主的系統中，CPU訪問數據時，在Cache中能直接找到的概率，它是Cache的一個重要指標，與Cache的大小、替換算法、程序特性等因素有關。增加Cache后，CPU訪問主存的速度是可以預算的，64KB的Cache可以緩沖4MB的主存，且命中率都在90%以上。以主頻為100MHz的CPU（時鐘周期約為10ns）、20ns的Cache、70ns的RAM、命中率為90%計算，CPU訪問主存的周期為：有Cache時，20×0.9+70×0.1=34ns；無Cache時，70×1=70ns。由此可見，加了Cache后，CPU訪問主存的速度大大提高了，但有一點需注意，加Cache只是加快了CPU訪問主存的速度，而CPU訪問主存只是計算機整個操作的一部分，所以增加Cache對系統整體速度只能提高10~20%左右。