一级缓存内置在CPU中，与CPU同速运行，可以有效提高CPU的运行效率。一级缓存越大，CPU的运行效率越高。但是由于CPU内部结构的限制，一级缓存的容量很小。
CPU缓存是位于CPU和内存之间的临时内存。它的容量比内存小很多，但交换速度比内存快很多。cache的出现主要是为了解决CPU运行速度和内存读写速度的矛盾，因为CPU运行速度比内存读写速度快很多，会让CPU花费很长时间等待数据到达或者将数据写入内存。缓存中的数据是内存的一小部分，但这一小部分会在短时间内被CPU访问。当CPU调用大量数据时，可以避开内存，直接从缓存中调用，从而加快读取速度。可以看出，给CPU增加缓存是一种高效的解决方案，这样整个内存(cache memory)就变成了一个高速存储系统，既有缓存又有内存。对CPU的性能影响很大，主要是因为CPU的数据交换顺序和CPU与缓存之间的带宽。
分类
一级缓存可分为一级数据缓存(D-Cache)和一级指令缓存(I-Cache)。它们用于存储数据和实时解码执行这些数据的指令，同时可以被CPU访问，减少了争夺缓存带来的冲突，提高了处理器效率。目前，大多数CPU的L1数据缓存和L1指令缓存具有相同的容量。比如AMD的Athlon XP有64 KB的L1数据缓存和64 KB的L1指令缓存，其L1缓存以64KB和64KB为代表，其他CPU的L1缓存以此类推。
数据缓存设计
根据工作原理的不同，目前主流处理器使用的一级数据缓存可以分为两种：真实数据读写缓存和数据代码指令追踪缓存，分别被AMD和Intel采用。
