Memória Cache é uma pequena quantidade de memória estática de alto desempenho, tendo por finalidade aumentar o desempenho do processador realizando uma busca antecipada na memória RAM.

Um cache é um bloco de memória para o armazenamento temporário de dados que possuem uma grande probabilidade de serem utilizados novamente.

Uma definição mais simples de cache poderia ser: uma área de armazenamento temporária onde os dados freqüentemente acedidos são armazenados para acesso rápido.

Uma cache é feita de uma fila de elementos. Cada elemento tem um dado que é a cópia exacta do dado presente em algum outro local (original). Cada elemento tem uma etiqueta que especifica a identidade do dado no local de armazenamento original, que foi copiado.

Quando o cliente da cache (CPU, navegador etc.) deseja aceder a um dado que acredita estar no local de armazenamento, primeiramente ele verifica a cache. Se uma entrada for encontrada com uma etiqueta correspondente ao dado desejado, o elemento da cache é então utilizado ao invés do dado original. Essa situação é conhecida como cache hit (acerto do cache). Como exemplo, um navegador poderia verificar a sua cache local no disco para ver se tem uma cópia local dos conteúdos de uma página Web numa URL particular. Nesse exemplo, a URL é a etiqueta e o conteúdo da página é o dado desejado. A percentagem de acessos que resultam em cache hits é conhecida como a taxa de acerto (hit rate ou hit ratio) da cache.

É a tendência do processador ao longo de uma execução referenciar instruções e dados da memória principal localizados em endereços próximos. Tal tendência é justificada devido as estruturas de repetição e as estruturas de dados, vetores e tabelas utilizarem a memória de forma subseqüente (um dado após o outro). Assim a aplicabilidade da cache internamente ao processador fazendo o intermédio entre a memória principal e o processador de forma a adiantar as informações da memória principal para o processador.

Cache miss
É quando o dado não está no cache e o processador precisa acessá-lo na memória RAM, perdendo tempo. Em geral, num processador atual com 32 KB de cache L1 e 256 KB de cache L2 (ou mais) o índice de cache hit fica em torno de 98%.

Cache HiT
Ocorre quando o dado de que o processador precisa está localizado no cache. O contrário,

Cache L1

Uma pequena porção de memória estática presente dentro do processador.Em alguns tipos de processador, como o Pentium 2, o L1 é dividido, em dois níveis: dados e instruções, que "dizem" o que fazer com os dados. A partir do Intel 486, começou a se colocar a L1 no próprio chip [processador]. Geralmente tem entre 16KB e 512KB. O AMD Sempron 2600+ possui 64KB de cache L1. Neste aspecto a Intel fica a perder em relação á AMD, visto possuir ,menor memória cache nível 1 do que a sua concorrrente directa. Assim já existem processadores AMD com instruções a 128K de memória cache nível 1, como por exemplo o AMD Turion 64 ML-40.

Cache L2

Possuindo o Cache L1 um tamanho reduzido e não apresentando uma solução ideal, foi desenvolvido o cache L2, que contém muito mais memória que o cache 1.Ela é mais um caminho para que a informação requisitada não tenha que ser procurada na lenta memória principal. Alguns processadores colocam essa cache fora do processador, por questões económicas, pois uma cache grande implica num custo grande, mas há excepções, como no Pentium II, por exemplo, cujas caches L1 e L2 estão no mesmo cartucho que está o processador.

É neste aspecto essencial que a Intel ganha todo o prestígio e rendimento dos seu processadores. A memória cache L2 é sobretudo dos elementos essenciais a um bom rendimento do processador mesmo que tenha um clock baixo. Um exemplo prático é o caso do Intel Xeon (para servidores) que tem apenas 1.4 de clock interno e ganha de longe ao actual Intel Extreme, devido ao facto de possui uma memória cache de 12Mb, porque quanto mais alto é o clock do processador, mais este sobreaquece e mais instável se torna. Os processadores Intel Celeron tem tão fraco desempenho simplesmente ao facto de possuir menor memória cache L2. Um Pentium M 730 de 1.6 de clock, 533 FSB e 2M de cache L2, tem rendimento semelhante a um Intel Pentium 4 2.4, e aquece muito menos e torna-se muito mais estável e é bem mais rentável do que o Intel Celeron M 440 de 1.86, 533 FSB e 1M de cache nível 2.

Cache L3

Terceiro nível de cache de memória. Inicialmente utilizado pelo AMD K6-III (por apresentar o cache L2 integrado ao seu núcleo) utilizava o cache externo presente na placa-mãe como uma memória de cache adicional. Ainda é um tipo de cache raro. Ainda, pois a complexidade dos processadores actuais, com suas áreas chegando a milhões de transístores por micrómetros ou picómetros de área, ela será muito útil. É possível a necessidade futura de níveis ainda mais elevados de cache, como L4 e por diante