高速缓冲存储器，通常简称为缓存（Cache），是一种位于处理器与主内存之间的小型、快速的存储设备。它的主要作用是存储系统中最常访问的数据和指令副本，以便在需要时可以更快地访问这些信息。这大大减少了CPU等待数据从主内存加载的时间，从而显著提高了计算机系统的整体性能。

缓存的工作原理基于局部性原理，即程序执行时倾向于重复访问最近使用过的数据或指令。根据这一原理，缓存系统会优先存储这些频繁被访问的信息。当CPU需要读取数据时，它首先检查缓存；如果数据在缓存中（称为“命中”），则直接从中获取；如果不在缓存中（称为“未命中”），则需要从主内存中读取，并且可能会将该数据加载到缓存中以便后续使用。通过这种方式，缓存有效地缩短了数据访问时间，提升了系统的响应速度。

现代计算机系统中，缓存通常分为多个级别，如L1、L2和L3缓存。L1缓存是最小也是最快的缓存，直接集成在CPU内部；L2缓存比L1大但略慢一些，可能位于CPU核心之外但仍在CPU封装内；而L3缓存则是更大更慢的缓存，通常共享于同一处理器包中的所有核心之间。这些不同级别的缓存共同工作，形成了一种多层次的存储结构，旨在平衡速度与容量之间的关系，为用户提供最佳的计算体验。

总之，高速缓冲存储器是现代计算机体系结构中不可或缺的一部分，通过优化数据访问路径，极大地提高了计算机处理任务的速度和效率。