Magistrala pamięci podręcznej to dedykowana, szybka magistrala, której procesor komputera używa do komunikacji z pamięcią podręczną. Znana również jako magistrala tylna, działa ze znacznie większą prędkością niż magistrala systemowa. Magistrala pamięci podręcznej bezpośrednio łączy rdzeń procesora z jego pamięcią podręczną; działa niezależnie od magistrali procesora, przesyłając dane szerszą, mniej ograniczoną ścieżką. Magistrala pamięci podręcznej jest używana w większości nowoczesnych procesorów w celu skrócenia czasu wymaganego do odczytu lub modyfikacji często używanych danych.
W latach 1980. pamięć podręczna zwykle znajdowała się na płycie głównej, a nie na samym układzie procesora. Dostęp do pamięci podręcznej odbywał się przez magistralę procesora, podobnie jak do zwykłej pamięci systemowej. Ilość pamięci podręcznej była często niewielka i oferowana tylko jako opcjonalne ulepszenie wydajności systemu.
Wraz ze wzrostem szybkości i wydajności procesora na początku lat 1990. magistrala procesora stała się wąskim gardłem; szybka pamięć podręczna wymagała sposobu na interakcję z procesorem bez czekania na zakończenie znacznie wolniejszej pamięci systemowej i operacji wejścia/wyjścia. W połowie lat dziewięćdziesiątych większość nowych procesorów przyjęła architekturę z dwoma magistralami, aby rozwiązać ten problem. Utworzono szybką magistralę pamięci podręcznej, aby uzyskać bezpośredni dostęp do pamięci podręcznej. Ta magistrala nie jest używana do niczego innego — wszystkie inne transfery danych wykorzystują wolniejszą magistralę procesora, znaną również jako magistrala FSB. Procesor może korzystać z obu magistral jednocześnie, co zapewnia znacznie lepszą wydajność.
Wczesne projekty z dwiema magistralami często wykorzystywały pamięć podręczną umieszczoną na płycie głównej; duże ilości pamięci podręcznej na chipie nie były jeszcze opłacalne ze względu na problemy z wydajnością produkcji. Późniejsze projekty często zawierały mieszankę wewnętrznej i zewnętrznej pamięci podręcznej w celu poprawy wydajności. Nowoczesne procesory zwykle wykorzystują dużą ilość wewnętrznej pamięci podręcznej; wiele z nich zawiera 8 megabajtów (MB) lub więcej, w porównaniu ze starszymi projektami, które często miały tylko 8 kilobajtów (KB). W nowoczesnych projektach, w których cała pamięć podręczna jest na chipie, magistrala pamięci podręcznej może być dość krótka z bardzo szeroką ścieżką danych, 512 bitów w niektórych procesorach. Magistrala zazwyczaj działa z taką samą szybkością jak sam procesor. W rezultacie zawartość pamięci podręcznej może być bardzo szybko odczytana lub zmodyfikowana.
Każdy rdzeń procesora wielordzeniowego może mieć własną pamięć podręczną lub współdzielić jedną dużą wspólną pamięć podręczną. W obu przypadkach magistrala pamięci podręcznej łączy każdy rdzeń z odpowiednią pamięcią podręczną. Gdy każdy rdzeń procesora ma swoją osobną pamięć podręczną, mogą pojawić się problemy ze spójnością. Na przykład, gdy jeden rdzeń aktualizuje dane w swojej pamięci podręcznej, inne kopie tych danych w innych pamięciach podręcznych stają się nieaktualne lub „nieaktualne”. Jednym ze sposobów rozwiązania tego typu problemów jest użycie specjalnego typu magistrali pamięci podręcznej, czasami nazywanej magistralą międzyrdzeniową. Ta magistrala łączy ze sobą wszystkie pamięci podręczne, dzięki czemu każdy z nich może monitorować, co robią inni — jeśli ktoś zaktualizuje część udostępnionych danych, inne mogą natychmiast odzwierciedlić nową zawartość.