在每個指令週期中，cpu至少會訪問記憶體一次，來抓取下一條執行的指令，而且經常會附帶著更多次的訪問，來獲取運算元，以及儲存結果。而cpu執行指令的速度就因此大大受限於對記憶體的訪問速度，而且隨著cpu的速度提高大大快於記憶體的訪問速度提高，這個問題會越來越嚴重。理論上來說，我們可以製造一種訪問速度與cpu暫存器相同的記憶體，但那樣的話記憶體就會相當昂貴，所以為了解決這個問題，就需要利用短時間內指令的聚合特性來設計乙個在cpu和主存之間工作的快取。
快取持有主存的一部分拷貝，當處理器試圖訪問記憶體中的乙個位址時，會首先判斷該位址中的內容是不是已經在快取中了，如果是的話，則資料直接從快取傳送到處理器中，不是不是的話，則首先將該指令以及該指令附近的資料讀取到快取中，然後再從快取中讀取資料到處理器中。
1.快取大小
合理的快取大小可以大大加快cpu訪問資料的速度
2.快取單次資料交換大小
起初隨著快取單次交換資料增長，快取命中率會增加，因為更多目標資料附近的資料被載入到了快取中，但是隨著快取單次交換資料繼續增長，效能反而會下降，這是因為此時將過多的資料從記憶體中載入到快取中，這個資料交換花費了過多時間，而快取命中率並不會繼續顯著的增加。
3.快取替換演算法
快取替換演算法是當一塊新的記憶體資料被載入到快取中時，來確定將哪部分快取中已經存在的資料交換回去，好的快取替換演算法會維持快取的乙個高命中率，但是演算法本身也會耗費時間，所以需要權衡。
資料區域性性原理是快取能大幅度提高效能的原理
資料區域性性在以下四個方面中起作用
1.除了佔整個程式小部分的跳轉指令(呼叫函式)，以及條件分支，大部分程式都是線性執行，這代表在大部分情況下，當前要執行的下一條指令就在當前指令的後面。
2.許多迴圈指令都是在短時間內執行大量的重複指令，這些指令都聚集在相對接近的位址段中。
3.在許多程式的運算中，都會處理線性資料結構，如陣列，以及c語言中的結構體，這些資料結構item的位址都是連續的
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