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CPU缓存（Cache Memory）位于CPU与内存之间的临时存储器，它的容量比内存小但交换速度快 。在缓存中的数据是内存中的一小部分，但这一小部分是短时间内CPU即将访问的 ，当CPU调用大量数据时 ，就可避开内存直接从缓存中调用，从而加快读取速度。最初缓存只有一级 ，二级缓存（L2 CACHE）出现是为了协调一级缓存与内存之间的速度。二级缓存比一级缓存速度更慢 ，容量更大，主要就是做一级缓存和内存之间数据临时交换的地方用 。实际上 ，现在Intel和AMD处理器在一级缓存的逻辑结构设计上有所不同 ，所以二级缓存对CPU性能的影响也不尽相同 。
拥有三级缓存的CPU中，只有约5%的数据需要从内存中调用 ，这进一步提高了CPU的效率。其运作原理在于使用较快速的储存装置保留一份从慢速储存装置中所读取数据且进行拷贝 ，当有需要再从较慢的储存体中读写数据时，缓存(cache)能够使得读写的动作先在快速的装置上完成 ，如此会使系统的响应较为快速
而三级缓存对性能影响时高时低 。在游戏方面 ，提升三级缓存的容量对游戏的性能影响很大，虽然对一般家用机没有什么用，但是如果是网吧机或者是发烧机提升三级缓存的容量还是会有显著的性能提升的 。虽然三级缓存也能为PC带来显著的性能提升 ，但毕竟三级缓存是作用于服务器的 ，对PC来说，三级缓存还是只能做个辅助作用 ，在其他参数相同的情况下 ，三级缓存容量越大，则性能更好 ，如果其他参数不相同的话 ，这时三级缓存的作用就不明显
cpu二级缓存是CPU性能表现的关键之一，在CPU核心不变化的情况下 ，增加二级缓存容量能使性能大幅度提高。而同一核心的CPU高低端之分往往也是在二级缓存上有差异 ，由此可见二级缓存对于CPU的重要性 。从而影响到游戏体验 。二级缓存越大，游戏体验越好。
CPU在缓存中找到有用的数据被称为命中 ，当缓存中没有CPU所需的数据时（这时称为未命中） ，CPU才访问内存 。从理论上讲，在一颗拥有二级缓存的CPU中，读取一级缓存的命中率为80% 。也就是说CPU一级缓存中找到的有用数据占数据总量的80% ，剩下的20%从二级缓存中读取。由于不能准确预测将要执行的数据 ，读取二级缓存的命中率也在80%左右（从二级缓存读到有用的数据占总数据的16%） 。那么还有的数据就不得不从内存调用，但这已经是一个相当小的比例了 。目前的较高端的CPU中 ，还会带有三级缓存 ，它是为读取二级缓存后未命中的数据设计的—种缓存，在拥有三级缓存的CPU中 ，只有约5%的数据需要从内存中调用 ，这进一步提高了CPU的效率。
为了保证CPU访问时有较高的命中率，缓存中的内容应该按一定的算法替换。一种较常用的算法是“最近最少使用算法 ”（LRU算法） ，它是将最近一段时间内最少被访问过的行淘汰出局 。因此需要为每行设置一个计数器 ，LRU算法是把命中行的计数器清零，其他各行计数器加1 。当需要替换时淘汰行计数器计数值最大的数据行出局。这是一种高效、科学的算法 ，其计数器清零过程可以把一些频繁调用后再不需要的数据淘汰出缓存 ，提高缓存的利用率 。
CPU产品中，一级缓存的容量基本在4KB到64KB之间，二级缓存的容量则分为128KB 、256KB 、512KB、1MB、2MB等 。一级缓存容量各产品之间相差不大 ，而二级缓存容量则是提高CPU性能的关键。二级缓存容量的提升是由CPU制造工艺所决定的 ，容量增大必然导致CPU内部晶体管数的增加，要在有限的CPU面积上集成更大的缓存 ，对制造工艺的要求也就越高
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