Необходимость в использовании кэш-памяти объясняется разницей в скорости обмена информацией между процессором и различными разделами памяти компьютера. Работа любого приложения начинается с переноса необходимых данных с относительно медленного жесткого диска в ОЗУ (оперативную память компьютера) в раздел динамического произвольного доступа. Оттуда они могут быть переданы в кэш-память L2 (память второго уровня), располагающуюся в микросхеме процессора или на специализированной отдельной микросхеме SRAM, обладающей высокой скоростью передачи и находящейся рядом с процессором. Наконец, самая используемая информация может быть перенесена в кэш-память L1 (память первого уровня), представляющую из себя выделенный раздел процессора.Размеры кэш-памяти первого уровня составляют всего порядка 128 Кб, второго уровня -уже 512 Кб. Для сравнения, размер оперативной памяти может составлять 1 Гб.Выполнение любой команды происходит по определенной схеме:- анализ данных регистров информации;- сканирование данных кэш-памяти первого уровня;- проверка информации кэш-памяти второго уровня;- анализ данных оперативной памяти;- обращение к памяти жесткого диска.Время, затрачиваемое процессором на получение необходимых данных, находится в прямой зависимости от места сохранения информации. Так, обращение к кэш-памяти первого уровня занимает от 1 до 3 циклов, второго уровня - от шести до двенадцати циклов, а к оперативной памяти - десятки, а в некоторых случаях - сотни циклов. Особенную роль кэш-память играет в процессе работы серверов, т.к. трафик «процессор-память» достигает в этих случаях значительных значений.Структура кэш-памяти также служит задачам сокращения разрыва между параметрами скорости процессоров, возрастающих на 50 процентов ежегодно, и скорости обмена данными с оперативной памятью, показатели роста которых составляют всего 5 процентов. Логичными шагами в этом направлении представляются ведущиеся разработки третьего и четвертого уровней кэш-памяти. Другим возможным направлением развития может стать переход к программному управлению кэш-памятью.