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举个艰深的场景。
大学生 (CPU) 写毕业论文时候，通常会到图书馆 (内存) 查找相干材料 (读取数据)，然而没人会那么傻每次写论文都去图书馆吧，跑来跑去，多吃力，要想又快又不便地写论文，咱们能够到图书馆借几本相干书籍放到宿舍书架中(缓存)，而后就能够难受地在宿舍写论文了。如果学校图书馆都没有想看的书籍，那只能到市图书馆(本地磁盘) 找了。
为什么借了几本书之后就能够难受地在宿舍撸论文了?（缓存为何 work？）
- 写论文时候，短时间内会常常翻阅同一本书吧，这就是利用工夫局部性。
- 写论文时候，借回来的几本书籍 (左近的几本书籍) 也是会常常翻阅，这就是利用空间局部性。
对于局部性，能够参考了解局部性原理
假如咱们从图书馆借来了 9 本书，想最不便最疾速地翻阅书籍，怎么办呢？咱们能够这样子治理书籍，把最常常用的 2 本书放在书桌上(寄存器, 假如只能包容 2 本书籍)，把次罕用的 3 本书籍放在最不便拿到的小书架上的第一层(L1 高速缓存，假如只能包容 3 本)，而后再把最不罕用的 4 本书籍放在第二层(L2 高速缓存，假如只能包容 4 本)。
这样子搁置书籍后，撸论文就很不便啦。
回顾整个场景，其实跟计算机存储器层级构造 (如图 1) 很相似。
图 1
从高层往低走，存储设备会变得更慢，更便宜更大，其中最高层 L0 是 CPU 寄存器，CPU 能够在一个之间周期拜访寄存器，而 SRAM 和 DRAM 的 CPU 拜访周期别离是几个，几十到几百不等。在下面的例子中，桌子 = 寄存器，书架 =L1、L2 高速缓存，校图书馆 = 主存，市图书馆 = 本次磁盘。毫无疑问，从市图书馆查阅材料是最吃力了。
从图书馆查阅材料太奔走太麻烦了，所以就想找到一个缓存 (宿舍书架)，所以能够说存储器层次结构中心思想是，更快更小的存储设备(图 1 的第 k 层) 作为的更大更慢存储设备 (第 k + 1 层) 的缓存。
1. 缓存命中：想查阅某本书籍，发现那本书就在桌子上，就不必到书架第一层拿了，这就是缓存命中。
2. 缓存不命中：想查阅某本书籍，然而桌子上没有，只能到书架第一层拿了，这就是缓存不命中。此时从书架上拿到的书籍须要替换桌子上一本书(没方法，桌子只能包容 2 本书)，那替换哪一本(块, 存储器通常被被划分成间断的数据对象组块，能够书架中的书籍看成固定大小的)? 这个过程由缓存的替换策略来管制。能够随机替换一本书又或者替换最近用得起码那本书。
3. 缓存不命中的品种：
- 冷缓存：初始状态书架是空的，对任何书籍的查阅都是都不会命中，空的缓存成为冷缓存，这种状态很短暂，也不太重要。
- 抵触不命中：由一种限制性的搁置策略援用的一种不命中。若缓存不命中，就必须执行搁置策略，决定来自第 k + 1 层的取出的块放在第 k 层哪个地位。举个例子，如图 2 所示。例如取自书架第一层的 3,4,5 号书籍限制性地搁置在书桌中的 1 号书籍所在位置，取自书架第二层的 6,7,8,9 号书籍限制性地搁置在书桌中 2 号书籍所在位置，如果依照 3,4,5 的程序查阅书籍，那么就始终不能命中书桌这层缓存了。当然能够随机性地搁置块，然而定位代价很高。
- 容量不命中：某个阶段计算机稳固地拜访缓存块中某个汇合(某些数据)，这个汇合就是该阶段的工作集，如果缓存太小，容不下这个工作集，这就是容量不命中，例如，如果某阶段常常拜访 3,4,6,7 号图书，那么书桌这层缓存会导致容量不命中。
图 2.
参考：
如何艰深易通了解存储器构造
深刻了解存储器构造
《深刻了解计算机系统》
