基本原理
在CPU的設(shè)計(jì)中，一般輸出線的直流負(fù)載能力可以驅(qū)動一個TTL負(fù)載，而在連接中，CPU的一根地址線或數(shù)據(jù)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(fù)載，直流負(fù)載遠(yuǎn)小于TTL負(fù)載。故小型系統(tǒng)中，CPU可與存儲器直接相連，在大型系統(tǒng)中就需要加緩沖器。
任何程序或數(shù)據(jù)要為CPU所使用，必須先放到主存儲器（內(nèi)存）中，即CPU只與主存交換數(shù)據(jù)，所以主存的速度在很大程度上決定了系統(tǒng)的運(yùn)行速度。程序在運(yùn)行期間，在一個較短的時間間隔內(nèi)，由程序產(chǎn)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(nèi)。指令地址本來就是連續(xù)分布的，再加上循環(huán)程序段和子程序段要多次重復(fù)執(zhí)行，因此對這些地址中的內(nèi)容的訪問就自然的具有時間集中分布的傾向。數(shù)據(jù)分布的集中傾向不如程序這么明顯，但對數(shù)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(xiàn)象被稱為程序訪問的局部化（Locality of Reference）性質(zhì)。由此性質(zhì)可知，在這個局部范圍內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(yùn)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(zhì)是Cache得以實(shí)現(xiàn)的原理基礎(chǔ)。同理，構(gòu)造磁盤高速緩沖存儲器（簡稱磁盤Cache），也將提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行速度CPU一般設(shè)有一級緩存（L1 Cache）和二級緩存（L2 Cache）。一級緩存是由CPU制造商直接做在CPU內(nèi)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(nèi)核與二級緩存一起封裝在一只金屬盒內(nèi)，并且不可以升級。二級緩存一般比一級緩存大一個數(shù)量級以上，另外，在CPU中，已經(jīng)出現(xiàn)了帶有三級緩存的情況。
