计算机存储系统采用分层结构来平衡访问速度、存储容量与成本，各层级按访问速度从快到慢依次为寄存器、Cache、主存、辅存。寄存器集成在CPU内部，是速度最快的存储单元，容量极小，主要用于暂存指令执行过程中的操作数、中间结果等核心数据，为CPU提供极致的访问效率。Cache位于CPU与主存之间，依托空间局部性和时间局部性原理缓存主存中被频繁调用的数据，大幅缩短CPU获取高频数据的耗时，弥补CPU与主存之间的速度差距。主存即随机存取存储器（RAM），是CPU可直接寻址访问的内存空间，容量远大于寄存器和Cache，用于存储当前正在运行的程序代码及实时数据，访问速度慢于Cache。辅存包括硬盘、固态硬盘、U盘等，具备超大存储容量，主要用于长期保存海量数据，但访问速度最慢，CPU无法直接访问辅存数据，必须先将数据从辅存加载至主存后才能调用。这种分层架构让计算机在控制成本的同时，实现接近高速存储的访问性能。