Кэш память (Cache)— массив сверхбыстрой оперативной памяти, являющейся буфером между контроллером системной памяти и процессором. В этом буфере сохраняются блоки данных, с которыми центральный процессор работает в данный момент, тем самым значительно уменьшается количество обращений процессора к медленной системной памяти. Тем самым заметно увеличивается общая производительность процессора.
Различают кэш память 1-, 2- и 3-го уровней (маркируются L1, L2 и L3).
Кэш память первого уровня (L1) — самый быстрый, но по объему меньший, чем у остальных. С ним напрямую работает ядро процессора. Она имеет наименьшую латентность (время доступа).
Кэш память второго уровня (L2) – объем этой памяти значительно больше, чем L1.
Кэш память третьего уровня (L3) – с большим объемом, но более медленная, чем L2.
В классическом варианте существовало 2 уровня кэш-памяти – 1-ий и второй уровень. 3-ий уровень по организации отличается от L2. Если данные не обрабатывались или процессор должен обработать срочные данные, то для освобождения L2 данные перемещаются в кэш память 3-го уровня. L3 больше по размеру, однако, и медленнее, чем L2 (шина между L2 и L3 более узкая, чем шина между L1 и L2), но все же его скорость, намного выше скорость оперативной памяти.
В кэш память 2-ого уровня изначально передаются все данные, для обработки центральным процессором, данные частично декодируются и переходят дальше в ядро.
В L2 из данных строятся цепочка инструкций, а в L1 «зеркально» строятся внутренние команды процессора, которые учитывают особенности процессора, регистры и т.д. Число внутренних команд центрального процессора не слишком много поэтому величина кэша 1-ого уровня не имеет большого значения (в современных процессорах L1 может быть с 64 Кб, 128Кб на каждое из ядер). В отличии от L1, L2 для процессора имеет огромное значение, именно поэтому процессоры с наибольшим объемом кэша 2-ого уровня показывают высокую производительность.
В организации структуры памяти процессоров AMD и Intel существуют отличия. К примеру, AMD процессоры четко разделёны между ядрами кэш памяти, и маркируются соответственно — 512х2 (Athlon 5200 и ниже) или 1024х2 (у Athlon 5200 и выше). А у процессоров Intel Core2Duo кэш строго не поделён, а значит для каждого из ядер можно использовать необходимое количество памяти, это хорошо подходит для систем, не поддерживающих многоядерность. Если использовать все ядра, кэш память разделяется на каждое из ядер динамически, в зависимости от нагрузки каждого из ядер.