CPU多級緩存
主內存（RAM）：也就是所謂的內存條，一般當數據寫入電腦磁盤的時候需要先寫入主內存，然後再寫入磁盤。
系統主線：連接系統cpu和主內存的系統主線，就比如臺式電腦連接主板上連接cpu和內存條的主線。
如下圖所示最簡單的高速緩存的配置，數據的讀取和存儲都經過高速緩存，CPU核心與高速緩存有一條特殊的快速通道；主存和高速緩存都連在系統總線上，這條總線還用於其他組件的通信。
高速緩存出現不久，系統變得越來越複雜，高速緩存與主存之間的速度差異被拉大，直到加入了另一級緩存，新加入的這級緩存比第一緩存更大，而且更慢，而且經濟上不合適，所以有了二級緩存，甚至是三級緩存。
一、爲什麼需要CPU多級緩存
再計算機最開始的時候，cpu直接於主內存交換數據，不知道讀者對摩爾定律有沒有印象：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個月便會增加一倍，性能也將提升一倍，由於cpu性能日新月異的增長，遠高於主內存讀寫，而需要等待主內存，這樣發揮不了多核cpu高性能的優勢，於是便增加了cpu多級緩存，在現在電腦的任務管理器也是看的到的：
二、CPU緩存的意義：
1)時間局部性：如果某個數據被訪問，那麼在不久的將來它很有可能會被再次訪問。
2)空間局部性：如果某個數據被訪問，那麼與它相鄰的數據很快也能被訪問。
緩存一致性（MESI）協議
爲了保證多核cpu各個緩存的數據的一致性。
CPU中每個緩存行使用四種狀態進行標記。
M：Modified 修改：指的是該緩存行只被緩存在該CPU緩存中，並且是被修改過的，因此他與主存的數據是不一致的，該緩存行中的數據需要在未來的某個時間點（允許其他CPU讀取主存相應的內容之前）寫回主存，然後狀態變成E（獨享）。
E ：Exclusive 獨享：緩存行只被緩存在該CPU的緩存中，是未被修改過的，與主存的數據是一致的，可以在任何時刻當有其他CPU讀取該內存時，變成S（共享）狀態，當CPU修改緩存行的內容時，變成M（修改）的狀態。
S ：Share 共享：意味着該緩存行可能被多個CPU進行緩存，並且該緩存中的數據與主存數據是一致的，當有一個CPU修改該緩存行時，其他CPU是可以被作廢的，變成I（無效的）。
I ：Invalid 無效的：代表這個緩存是無效的，可能是有其他CPU修改了該緩存行。
對應的四個操作
local read：讀本地緩存
local write：寫本地緩存
remote read：將內存中的數據讀取過來
remote write：將數據寫回主存
注意：
對於M和E狀態而言總是精確的，他們在和該緩存行的真正狀態是一致的，而S狀態可能是非一致的。如果一個緩存將處於S狀態的緩存行作廢了，而另一個緩存實際上可能已經獨享了該緩存行，但是該緩存卻不會將該緩存行升遷爲E狀態，這是因爲其它緩存不會廣播他們作廢掉該緩存行的通知，同樣由於緩存並沒有保存該緩存行的copy的數量，因此（即使有這種通知）也沒有辦法確定自己是否已經獨享了該緩存行。
從上面的意義看來E狀態是一種投機性的優化：如果一個CPU想修改一個處於S狀態的緩存行，總線事務需要將所有該緩存行的copy變成invalid狀態，而修改E狀態的緩存不需要使用總線事務。