| 目前，计算机系统均采用分层结构的存储子系统，以便在容量大小、速度快慢、价格高低诸因素中取得平衡点，获得较好的性能价格比。计算机系统的存储器可以分为寄存器、高速缓存、主存储器、磁盘缓存、固定磁盘、可移动存储介质等7个层次结构。如下图所示，越往上，存储介质的访问速度越快，价格也越高。其中，寄存器、高速缓存、主存储器和磁盘缓存均属于操作系统存储管理的管辖范畴，掉电后它们存储的信息不再存在。固定磁盘和可移动存储介质属于设备管理的管辖范畴，它们存储的信息将被长期保存。而磁盘缓存本身并不是一种实际存在的存储介质，它依托于固定磁盘，提供对主存储器存储空间的扩充。
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| 可执行的程序必须被保存在计算机的主存储器中，与外围设备交换的信息一般也依托于主存储器地址空间。由于处理器在执行指令时主存访问时间远大于其处理时间，寄存器和高速缓存被引入以加快指令的执行。
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| 寄存器是访问速度最快但最昂贵的存储器，它的容量小，一般以字（word）为单位。一个计算机系统可能包括几十个甚至上百个寄存器，用于加速存储访问速度，如寄存器存放操作数，或用地址寄存器加快地址转换速度。
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| 高速缓存的容量稍大，其访问速度快于主存储器，利用它存放主存中一些经常访问的信息可以大幅度提高程序执行速度。
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| 由于程序在执行和处理数据时存在顺序性、局部性、循环性和排他性，因此在程序执行时有时并不需要把程序和数据全部调入内存，而只需先调入一部分，待需要时逐步调入。这样，计算机系统为了容纳更多的算题数，或是为了处理更大批量的数据，就可以在磁盘上建立磁盘缓存以扩充主存储器的存储空间。算题的程序和处理的数据可以装入磁盘缓存，操作系统自动实现主存储器和磁盘缓存之间数据的调进调出，从而向用户提供了比实际主存存储容量大得多的存储空间。
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