在现代计算机系统中，CPU与主存之间的速度差异是一个长期存在的矛盾。尽管处理器的速度越来越快，但内存访问速度却无法同步提升。这种速度差距导致CPU在等待数据从主存加载时会处于空闲状态，从而降低了整体系统的效率。

为了解决这一问题，计算机设计者引入了高速缓冲存储器（Cache）。Cache是一种位于CPU和主存之间的高速缓存，其主要目的是通过存储最近或最常使用的数据来减少CPU访问主存的次数。这样可以显著提高数据访问速度，缩短延迟时间，并最终提升整个系统的性能。

具体来说，Cache通过以下方式解决了上述问题：

1. 快速数据访问

Cache使用更快的存储介质（如SRAM），能够以接近CPU的速度提供所需的数据。当CPU需要读取或写入数据时，它首先检查Cache中是否存在相关数据。如果存在，则直接从Cache中获取，避免了访问速度较慢的主存。

2. 减少延迟

主存的访问延迟通常较高，而Cache的响应时间几乎可以忽略不计。通过将频繁访问的数据存储在Cache中，CPU可以快速完成操作，而不必长时间等待主存响应。

3. 优化数据流

计算机程序往往具有局部性原理，即近期被访问过的数据或指令在未来一段时间内可能还会被再次访问。Cache利用这一特性，提前预测并存储这些数据，进一步提高了命中率。

4. 平衡成本与性能

Cache的设计兼顾了成本和性能。虽然它的容量相对较小，但足够容纳最常用的数据集合。相比之下，主存容量较大，但访问速度较慢。两者的结合形成了一个高效的存储层级结构。

总之，高速缓冲存储器（Cache）的核心作用在于缩小CPU与主存之间的速度鸿沟，通过智能化的数据管理策略，确保CPU始终能够获得所需的数据，从而大幅提升计算效率。这一技术已经成为现代计算机体系结构中的重要组成部分，对于满足高性能计算需求至关重要。