高速缓存(Caching)是现代计算机结构中的一个重要部件，在CPU的部寄存器和主存之间建立了一个Cache，有一些Cache是硬件实现的，如大多数计算机有指令Cache，用来暂存下一条欲执行的指令，如果没有指令Cache，CPU将会空等若干个周期，直到下一条指令从主存中取出。纯硬件实现的Cache不需要操作系统控制。

　　有一些Cache是由程序员、编译系统和操作系统实现寄存器的分配或替换算法，以决定信息是保存在哪里。通常，运算的信息存放在主存中，每当访问时，它们被临时复制到一个速度较快的Cache中。当CPU访问一组特定信息时，首先检杳它是否在Cache中，如果已存在，可直接从中取出使用;若不存在，则从主存中读出信息。通常认为这批信息被再次用到的概率很高，所以从主存中读出的信息同时还要被复制到Cache中。由于高速Cache的容鬚:有限，Cache的管理是一个重要的问题，仔细确定其大小和替换策略，能够做到80%〜99%的所需信息在Cache中找到，可使系统性能提髙。

　　主存也可以被看作是辅存的Cache，因为辅存中的数据必须复制到主存方能使用;同样，数据也必须先存在主存中，才能输出到辅存。操作系统可利用主存作为一个文件数据的Cache。如有些系统为防止硬盘出现故障时丢失数据或降低存储价格，利用主存作为Cache，自动地把老文件数据从辅存转储到海量存储器中，如磁带上。而这些Cache均需要操作系统的控制和管理。

　　在采用Cache后，系统还要解决数据的一致性问题。在层次式存储结构中，相同的数据可能出现在不同的层次上。例如，要对储存在磁盘上的文件B中的一个整数A做加1操作。首先发出I/O指令，它把4所在的盘块读到主存中，再做加法操作。若采用Cache，再将A读到主存的同时,可能把.4的一个副本复制到CaChe，而A的另一个副本复制到CPU寄存器。因此，在若干个地方都有4的副本。当在CPU寄存器执行加1操作之后，在存储器各层次中3的值是不同的，仅当A的新值被写冋磁盘之后，A的值才会变成相同。

　　在每次仅有一个进程执行的环境中，由于对整数A的存取总是得到存储层次中最高层的值，上述方法没有什么问题。然而，在一个多仟务环境中，CPU在许多进程之间来回切换，如果多个进程均需要存取A，那么，每个进程就要获得A的最新被修改过的值。

　　在多CPU环境中，情况变得较为复杂，除了维护CPU寄存器外，CPU还包含一个局部数据Cache，于是，的副本可能同时出现在若干个Cache中。所有的CPU都并发地执行，对A值在某个Cache中的修改，立即会影响到所在的所有其他Cache，这个问题称作缓冲一致性(Coherency)问题，这种一致性通常山硬件来保证。

　　在分布式环境中，情况变得尤其复杂，同一个文件的不同副本可能存储在地理上分散的不同计算机中，因为，各个副本在一个地方被修改，所有其他副本立刻就成为过时的了。有许多途径能确保文件的一致性，这些将在分布式系统中讨论。