Cache unit pemrosesan pusat (CPU) adalah jenis memori akses acak (RAM) yang dibangun langsung ke dalam mikroprosesor itu sendiri dari komputer, dan ditetapkan sebagai cache L1. Variasi lain dari cache CPU adalah chip L2 static RAM (SRAM) berkapasitas terbatas pada motherboard. Kedua jenis memori ini adalah yang pertama diakses oleh mikroprosesor dalam melakukan instruksi rutin sebelum memori RAM standar digunakan, dan ini memberikan karakteristik kinerja prosesor yang lebih baik.
Praktek menempatkan memori cache CPU pada mikroprosesor untuk akses langsung ke memori untuk mempercepat akses data untuk prosesor telah dilakukan sejak penciptaan prosesor komputer 80486 yang dibuat pada tahun 1989, yang memiliki register cache L1 dasar yang dibangun di dalamnya. Level cache L2 yang lebih besar yang langsung diintegrasikan ke dalam fungsionalitas prosesor mulai digunakan pada tahun 1995. Mulai tahun 2011, memori cache CPU level ketiga juga ada di beberapa sistem komputer yang dikenal sebagai L3, yang diakses sebelum memori RAM utama sistem sendiri digunakan. Setiap tingkat cache dirancang untuk menjadi lebih besar dan lebih lambat dalam kinerja karena jaraknya dari mikroprosesor meningkat. Level paling awal dari cache CPU L1 berukuran 8 kilobyte, dengan cache L2 pada mesin pada tahun 2007 sudah melampaui batas ukuran 6 megabyte, dan beberapa sistem pada tahun 2011 telah memasukkan buffer cache L4 berukuran hingga 64 megabyte.
Fungsi memori cache volume rendah berkecepatan tinggi untuk mikroprosesor berpusat di sekitar cara mereka menjalankan instruksi. Saat mikroprosesor melakukan operasi, mikroprosesor harus secara tradisional mengirim permintaan data ke memori utama di seluruh bus sistem. Dalam istilah komputer, ini adalah proses yang sangat lambat, sehingga perancang CPU membuat pintasan untuk proses data yang diakses berulang kali oleh mikroprosesor. Ketika data yang sering diakses sudah dimuat ke dalam cache CPU, mikroprosesor dapat melakukan operasi dengan kecepatan yang jauh lebih cepat dan lebih efisien. Untuk alasan ini, memori unit proses pusat ini sering disebut sebagai cache instruksi atau cache data yang terkait langsung dengan fungsi mikroprosesor dan perangkat keras komputer itu sendiri. Sebaliknya, sebagian besar data yang disimpan dalam RAM standar pada komputer adalah cache perangkat lunak untuk banyak program yang dijalankan komputer secara bersamaan.
Cache L1 juga sering disebut sebagai memori yang dilindungi, atau memori dengan alokasi tanpa penulisan, karena data yang disimpan dalam cache ini sangat penting untuk fungsi komputer. Jika secara tidak sengaja ditimpa, komputer dapat mengalami kesalahan perlindungan umum di mana ia dipaksa untuk mematikan dirinya sendiri dan memulai ulang untuk menghapus cache CPU yang rusak. Berbagai tingkat cache CPU memiliki fungsi buffer tulis, di mana mereka akan menulis data yang disimpan di sana kembali ke memori utama untuk mengosongkan ruang dalam cache ketika operasi yang lebih sering diakses perlu mengambil prioritas yang lebih tinggi dalam pemrosesan.
Cache CPU dalam jumlah besar akan meningkatkan kinerja mikroprosesor ke titik di mana ia dapat mengungguli prosesor yang lebih cepat yang memiliki lebih sedikit memori cache yang terpasang ke dalam sistem. Kecepatan front-side bus (FSB) juga berperan dalam menentukan kinerja mikroprosesor. Kecepatan bus pada umumnya secara tradisional menjadi hambatan untuk karakteristik kinerja pada komputer pribadi (PC) di mana pemrosesan harus disalurkan bolak-balik melintasi bus ke memori. Tingkat FSB tinggi pada 2011 untuk prosesor Core 2 berada pada tingkat 1,600 megahertz, atau 1,600 juta siklus per detik, set instruksi komputer.