电脑数据存贮器

第一级内存 (又称主内存或内部内存)，通常简称为内存，这层的内存与中央处理器直接连通，中央处理器会不断读取保存在这里的指令集，并在需要时运行这些指令集。

历史上，早期的电脑使用延迟线，威廉士管作为主要的保存器。在1954年，磁芯内存被开发出来大幅取代了上述不太稳定的方法。磁芯内存维持优势至1970年代，此时集成电路技术的进步，使得半导体内存在价格上变得便宜而有竞争力。

这使得现代化的随机访问内存 (RAM)被制造出来。该款内存的重量轻，尺寸小，然而十分昂贵。(这种内存被用来做成第一级内存，同时它也是挥发性内存，意思就是当电力不再供应时，内存内的数据就会消失)。

如同右图所示，在第一级内存的内部除了主内存，也就是随机访问内存外，还分有两个或两个以上的子层:

• 寄存器被设置在处理器内。每个寄存器都保存数据中的一个字 (一个字的大小通常是32比特或64比特)。中央处理器内的指令能让 算术逻辑单元 去运行各种计算或是处理数据。寄存器传输数据的速度是所有内存中最快的。
• CPU缓存，它传输数据的速度仅次于寄存器。被用来作为提升电脑的性能。大部分经常被使用的数据(存在主内存中)，会拷贝另一份存在高速缓存内，这样可提升速度，否则速度将会大幅降低，且寄存器也容纳不下那么多数据。多层缓存阶层亦经常被使用—第一层缓存容量最小，速度最快且位于处理器内部；第二层缓存容量较大且较慢。

主内存藉内存总线与中央处理器连接。有两种不同的总线(并没有在图上): 地址总线以及数据总线. 一开始中央处理器藉位置总线发送数字，这数字就是内存位置，其指出数据的位置。然后中央处理器用数据总线将数据读出或写入。此外，内存管理单元 (MMU)是一种介于中央处理器跟主内存的设备，用来重新计算内存位置，例如提供虚拟地址。

由于RAM具有挥发性(开机时里面是空的)，这样的话电脑就无法保存开机时需要的指令，因此，非挥发性内存保存了运行开机的程序 (BIOS)，为了读取较大的程序，先自第二层的非挥发性内存读取到随机访问内存，然后运行程序。一种内存因着这目的被制出，就是唯读内存(唯读内存也是属于随机访问).

许多唯读内存并不仅仅只能读取，虽然速度慢，但数据还是可以抹除并重新写入。一些嵌入式系统直接使用唯读内存来跑程序，因为程序几乎不会变化，现在的电脑将数据存于第二层非挥发性的内存，而非唯读内存，这是比较经济的做法。

去除保护壳之后的硬盘

第二级内存(又称外部内存或辅助内存)，和第一级内存不同的是，第二级内存和中央处理器并没有直接连通，电脑经常使用内存的I/O信道来与之连接，第二级内存使用数据缓冲器来将数据发送至第一级内存。在不供应电源的情况下，第二级内存的数据仍然不会消失—这表示它是非挥发性的。

现今的电脑，硬盘被广泛地做为第二层内存，硬盘访问数据的时间大约是几千分之一秒，或是几个毫秒。然而，随机访问内存访问数据的时间仅有几十亿分之一秒，或是几个奈秒。硬盘的速度只有内存访问速度的百万分之一，光盘，例如CD和DVD，有更长的访问时间。

当数据保存于盘片时，将数据发送到区块可降低迟滞时间，提升效率，这样的话需要外部内存算法。连续访问和区块访问的速度比随机访问要快得多，所以许多尖端的内存都在开发更有效率的算法来运行连续访问或区块访问。一个突破I/O瓶颈的方法是使用多重磁盘，可以增加第一级与第二级内存之间的带宽。[2]

这里枚举一些第二级内存的例子: 闪存 (例如U盘)，软碟，磁带，纸带，打孔卡，RAM disk，Zip Drive。

第二级内存通常被设计成符合文档系统的格式，这使得数据可以保存在目录和电脑文件内。

大部分的操作系统使用了虚拟内存的概念，第一级内存的物理容量虽然不变，但可以藉挪用第二级内存的空间来增大第一级内存的容量。系统会将最少使用到的区块(页)移至第二级内存(置换文件或分页文件)，当这些文件被需要时再将它们取回，当愈多文件需要从第二级内存中取回，电脑的性能就愈低。

第三级保存设备或第三级内存,[3] 这是指可直接插入或自电脑拔除的保存设备；里面的数据在被使用前通常都会拷贝到第二级内存内。该款内存的访问速度比第二级内存要慢得多(5–60秒 vs. 1–10毫秒)。该款内存的优势在于其拥有庞大的保存空间，典型的例子包含磁带柜和光学记录库。

一个1GB双倍速随机访问内存模块

所有的内存都可以用其内核的特性以及可以用测量而得知的性能，容量来区分。内核的特性有挥发性，读写性，访问法，以及寻址法。测量得知的特性有性能跟容量。

直至2008年，最常用的数据保存技术是半导体、磁性、光学，同时还看到一些使用纸张作保存。也有一些曾于过去使用或是在将来会使用的数据保存技术。

• 部份设备在待用模式下，减少使用风扇，将可减少能源消耗百分之九十[4]。

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