記憶體快取

快取記憶體（英語：cache，英語發音：/kæʃ/ kash [1][2][3]，簡稱快取），其原始意義是指訪問速度比一般隨機存取儲存器（RAM）快的一種RAM，通常它不像系統主存那樣使用DRAM技術，而使用昂貴但較快速的SRAM技術。

原理
Cache一詞來源於1967年的一篇電子工程期刊論文。其作者將法語詞“cache”賦予“safekeeping storage”的涵義，用於電腦工程領域。

當CPU處理資料時，它會先到Cache中去尋找，如果資料因之前的操作已經讀取而被暫存其中，就不需要再從隨機存取儲存器（Main memory）中讀取資料——由於CPU的執行速度一般比主記憶體的讀取速度快，主儲存器週期（訪問主儲存器所需要的時間）為數個時鐘週期。因此若要訪問主記憶體的話，就必須等待數個CPU週期從而造成浪費。

提供“快取”的目的是為了讓資料訪問的速度適應CPU的處理速度，其基於的原理是記憶體中“程式執行與資料訪問的局域性行為”，即一定程式執行時間和空間內，被訪問的程式碼集中於一部分。為了充分發揮快取的作用，不僅依靠“暫存剛剛訪問過的資料”，還要使用硬體實現的指令預測與資料預取技術——儘可能把將要使用的資料預先從記憶體中取到快取裡。

CPU的快取曾經是用在超級計算機上的一種高階技術，不過現今電腦上使用的的AMD或Intel微處理器都在晶片內部集成了大小不等的資料快取和指令快取，通稱為L1快取（L1 Cache即Level 1 On-die Cache，第一級片上高速緩衝儲存器）；而比L1更大容量的L2快取曾經被放在CPU外部（主機板或者CPU介面卡上），但是現在已經成為CPU內部的標準組件；更昂貴的CPU會配備比L2快取還要大的L3快取（level 3 On-die Cache第三級高速緩衝儲存器）。

概念的擴充
如今快取的概念已被擴充，不僅在CPU和主記憶體之間有Cache，而且在記憶體和硬碟之間也有Cache（磁碟快取），乃至在硬碟與網路之間也有某種意義上的Cache──稱為Internet臨時資料夾或網路內容快取等。凡是位於速度相差較大的兩種硬體之間，用於協調兩者資料傳輸速度差異的結構，均可稱之為Cache。

地址映象與變換
主條目：CPU快取#組相聯
由於主存容量遠大於CPU快取的容量，因此兩者之間就必須按一定的規則對應起來。地址映象就是指按某種規則把主存塊裝入快取中。地址變換是指當按某種映象方式把主存塊裝入快取後，每次訪問CPU快取時，如何把主存的實體地址（Physical address）或虛擬地址（Virtual address）變換成CPU快取的地址，從而訪問其中的資料。

快取置換策略
主條目：CPU快取#置換策略、分頁和快取檔案置換機制
主存容量遠大於CPU快取，磁碟容量遠大於主存，因此無論是哪一層次的快取都面臨一個同樣的問題：當容量有限的快取的空閒空間全部用完後，又有新的內容需要新增進快取時，如何挑選並捨棄原有的部分內容，從而騰出空間放入這些新的內容。解決這個問題的演算法有幾種，如最久未使用演算法（LRU）、先進先出演算法（FIFO）、最近最少使用演算法（LFU）、非最近使用演算法（NMRU）等，這些演算法在不同層次的快取上執行時擁有不同的效率和代價，需根據具體場合選擇最合適的一種。

磁碟快取

磁碟快取

16MB緩衝區的硬碟
磁碟快取（Disk Buffer）或磁碟快取（Disk Cache）實際上是將下載到的資料先保存於系統為軟體分配的記憶體空間中（這個記憶體空間被稱之為“記憶體池”），當儲存到記憶體池中的資料達到一個程度時，便將資料儲存到硬碟中。這樣可以減少實際的磁碟操作，有效的保護磁碟免於重複的讀寫操作而導致的損壞。

磁碟快取是為了減少CPU透過I/O讀取磁碟機的次數，提升磁碟I/O的效率，用一塊記憶體來儲存存取較頻繁的磁碟內容；因為記憶體的存取是電子動作，而磁碟的存取是I/O動作，感覺上磁碟I/O變得較為快速。

相同的技巧可用在寫入動作，我們先將欲寫入的內容放入記憶體中，等到系統有其它空閒的時間，再將這塊記憶體的資料寫入磁碟中。

大小
現在的磁碟通常有32MB或64MB快取。舊的硬碟則有8MB或16MB。