Predmemorija središnje procesorske jedinice (CPU) je vrsta memorije s slučajnim pristupom (RAM) koja je ugrađena izravno u sam mikroprocesor računala, a označena je kao L1 cache. Druga vrsta predmemorije CPU-a su L2 statički RAM (SRAM) čipovi ograničenog kapaciteta na matičnoj ploči. Obje ove vrste memorije prve su kojima mikroprocesor pristupa u izvođenju rutinskih instrukcija prije upotrebe standardne RAM memorije, a to procesorima daje poboljšane karakteristike performansi.
Praksa postavljanja CPU cache memorije na mikroprocesore za neposredan pristup memoriji kako bi se ubrzao pristup podacima za procesor radi se od stvaranja računalnog procesora 80486 izrađenog 1989. godine, koji je imao ugrađen rudimentarni L1 cache registar. Veće razine L2 predmemorije koje su bile izravno integrirane u funkcionalnost procesora ušle su u upotrebu 1995. Od 2011. treća razina CPU cache memorije također postoji u nekim računalnim sustavima poznatim kao L3, kojoj se pristupa prije glavne RAM memorije sustava sama se koristi. Svaka razina predmemorije dizajnirana je tako da bude veća i sporija u izvedbi kako se njezina udaljenost od mikroprocesora povećava. Najranije razine L1 CPU predmemorije bile su veličine 8 kilobajta, pri čemu je L2 predmemorija na strojevima od 2007. već premašila ograničenje veličine od 6 megabajta, a neki su sustavi od 2011. uključili međuspremnik L4 predmemorije veličine do 64 megabajta.
Funkcija brze cache memorije male količine za mikroprocesore usredotočuje se na način na koji izvršavaju upute. Kako mikroprocesor izvodi operacije, on tradicionalno mora slati zahtjeve za podacima u glavnu memoriju preko sistemske sabirnice. U računalnim terminima, ovo je vrlo spor proces, pa su CPU dizajneri ugradili prečace za proces za podatke kojima mikroprocesor više puta pristupa. Kada su podaci kojima se često pristupa već učitani u predmemoriju CPU-a, mikroprocesor može obavljati operacije puno brže i učinkovitije. Iz tog razloga se ova memorija središnje procesne jedinice često naziva predmemorija instrukcija ili predmemorija podataka gdje je izravno vezana za funkcionalnost mikroprocesora i hardvera samog računala. Nasuprot tome, velik dio podataka pohranjenih u standardnom RAM-u na računalu je softverska predmemorija za mnoge programe koje računalo istovremeno izvodi.
L1 predmemorija se također često naziva zaštićena memorija ili memorija s dodjelom bez pisanja, budući da su podaci pohranjeni u ovoj predmemoriji ključni za funkciju računala. Ako se slučajno prepiše, računalo može pretrpjeti opću zaštitnu grešku u kojoj je prisiljeno ugasiti se i ponovno pokrenuti kako bi izbrisalo oštećenu CPU predmemoriju. Različite razine predmemorije CPU-a imaju funkciju međuspremnika za pisanje, gdje će podatke pohranjene tamo pisati natrag u glavnu memoriju kako bi oslobodili prostor u predmemoriji kada operacije kojima se češće pristupa treba imati veći prioritet u obradi.
Velike količine CPU predmemorije poboljšat će performanse mikroprocesora do točke u kojoj može nadmašiti brži procesor koji ima manje cache memorije ugrađene u sustav. Brzina prednje sabirnice (FSB) također je ključna u određivanju performansi mikroprocesora. Brzine sabirnice općenito su tradicionalno bile usko grlo za karakteristike performansi na osobnim računalima (PC) gdje se obrada mora kanalizirati naprijed-natrag preko sabirnice u memoriju. Visoke stope FSB-a od 2011. za Core 2 procesore su na razini od 1,600 megaherca, ili 1,600 milijuna ciklusa u sekundi, skupova računalnih uputa.