Central processing unit (CPU) cache är en typ av RAM (Random Access Memory) som är inbyggt direkt i själva mikroprocessorn på en dator och betecknas som L1-cache. En annan variant av CPU-cache är L2 statiska RAM-chips (SRAM) med begränsad kapacitet på moderkortet. Båda dessa typer av minne är de första som nås av mikroprocessorn när de utför rutininstruktioner innan standard RAM-minne används, och detta ger processorer förbättrade prestandaegenskaper.
Bruket att placera CPU-cacheminne på mikroprocessorer för omedelbar åtkomst till minnet för att påskynda dataåtkomsten för processorn har gjorts sedan skapandet av datorprocessorn 80486 tillverkad 1989, som hade ett rudimentärt L1-cacheregister inbyggt i sig. Större nivåer av L2-cache som var direkt integrerade i processorfunktionaliteten togs i bruk 1995. Från och med 2011 finns en tredje nivå av CPU-cache-minne också i vissa datorsystem som kallas L3, som nås före systemets huvudsakliga RAM-minne själv används. Varje nivå av cache är utformad för att vara större och långsammare i prestanda när avståndet från mikroprocessorn ökar. De tidigaste nivåerna av L1 CPU-cache var 8 kilobyte i storlek, med L2-cache på maskiner från 2007 som redan översteg storleksgränsen på 6 megabyte, och vissa system hade från 2011 inkorporerat en L4-cachebuffert på upp till 64 megabyte.
Funktionen hos höghastighetscacheminne med låg volym för mikroprocessorer är centrerad kring hur de utför instruktioner. När en mikroprocessor utför operationer måste den traditionellt skicka förfrågningar om data till huvudminnet över systembussen. I datortermer är detta en mycket långsam process, så CPU-designers byggde in genvägar för processen för data som upprepade gånger nås av mikroprocessorn. När data som ofta används redan är inlästa i CPU-cachen, kan mikroprocessorn utföra operationer i en mycket snabbare och mer effektiv takt. Av denna anledning hänvisas detta centrala processenhetsminne ofta till som instruktionscache eller datacache där det är kopplat direkt till funktionen hos mikroprocessorn och hårdvaran på själva datorn. Däremot är mycket av den data som lagras i standard-RAM på en dator mjukvarucache för de många program som datorn kör samtidigt.
L1-cache kallas också ofta för skyddat minne, eller minne med en no-write-allokering, eftersom data som lagras i denna cache är avgörande för datorns funktion. Om den av misstag skrivs över kan datorn drabbas av ett allmänt skyddsfel där den tvingas stänga av sig själv och starta om för att rensa den skadade CPU-cachen. Olika nivåer av CPU-cache har skrivbuffertfunktioner, där de kommer att skriva data som lagras där tillbaka till huvudminnet för att frigöra utrymme i cachen för när mer frekvent åtkomna operationer behöver ha högre prioritet vid bearbetning.
Stora mängder CPU-cache kommer att förbättra en mikroprocessors prestanda till en punkt där den kan överträffa en snabbare processor som har mindre cacheminne inbyggt i systemet. Hastigheten på frontside-bussen (FSB) är också avgörande för att bestämma mikroprocessorns prestanda. Busshastigheter i allmänhet har traditionellt sett varit en flaskhals för prestandaegenskaper på persondatorer (PC) där bearbetning måste kanaliseras fram och tillbaka över bussen till minnet. Höga FSB-hastigheter från och med 2011 för Core 2-processorer ligger på en nivå av 1,600 1,600 megahertz, eller XNUMX XNUMX miljoner cykler per sekund, av datorinstruktionsuppsättningar.