Cache hierarchy, or multi-level caches, refers to a memory architecture that uses a hierarchy of memory stores based on varying access speeds to cache data. Highly requested data is cached in high-speed access memory stores, allowing swifter access by central processing unit (CPU) cores. Cache hierarchy is a form and part of memory hierarchy and can be considered a form of tiered storage. This design was intended to allow CPU cores to process faster despite the memory latency of main memory access. Accessing main memory can act as a bottleneck for CPU core performance as the CPU waits for data, while making all of main memory high-speed may be prohibitively expensive. High-speed caches are a compromise allowing high-speed access to the data most-used by the CPU, permitting a faster CPU clock. In the history of computer and electronic chip development, there was a period when increases in CPU speed outpaced the improvements in memory access speed. The gap between the speed of CPUs and memory meant that the CPU would often be idle. CPUs were increasingly capable of running and executing larger amounts of instructions in a given time, but the time needed to access data from main memory prevented programs from fully benefiting from this capability. This issue motivated the creation of memory models with higher access rates in order to realize the potential of faster processors. This resulted in the concept of cache memory, first proposed by Maurice Wilkes, a British computer scientist at the University of Cambridge in 1965. He called such memory models "slave memory". Between roughly 1970 and 1990, papers and articles by Anant Agarwal, Alan Jay Smith, Mark D. Hill, Thomas R. Puzak, and others discussed better cache memory designs. The first cache memory models were implemented at the time, but even as researchers were investigating and proposing better designs, the need for faster memory models continued.

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Hiérarchie de mémoire
Dans un ordinateur, le processeur accède aux instructions du programme à exécuter ainsi qu'aux données nécessaires à son exécution depuis la mémoire. Il existe une hiérarchie des mémoires informatiques : les plus rapides sont les plus coûteuses, donc en nombre limité, et placées le plus près du processeur (les registres font partie intégrante du processeur). Les plus lentes sont les moins coûteuses et sont éloignées du processeur. Le matériel et le système d'exploitation sont responsables du déplacement des objets le long de cette hiérarchie.
Principe de localité (informatique)
Le principe de localité est un terme générique en informatique, qui correspond à une observation des programmes actuels et regroupe différents types de localités. Les programmes possèdent deux caractéristiques intéressantes : ils tendent à utiliser les instructions et les données qui sont situées dans la zone mémoire proche des données et instructions accédées récemment: il s'agit du principe de localité spatiale. Alors que les programmes suivent fréquemment des boucles et des sauts pour les instructions, la localité spatiale est encore plus marquée pour les données.
Cache de processeur
Un cache de processeur est une antémémoire matérielle utilisée par l'unité centrale de traitement (CPU) d'un ordinateur pour réduire le coût moyen (temps ou énergie) de l’accès aux données de la mémoire principale. Un cache de processeur est une mémoire plus petite et plus rapide, située au plus près d'une unité centrale de traitement (ou d'un cœur de microprocesseur), qui stocke des copies des données à partir d'emplacements de la mémoire principale qui sont fréquemment utilisés avant leurs transmissions aux registres du processeur.
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