多級存儲體系

例如存儲器的速度越快，則每位的價格就越高；存儲器的容量越大，則存儲器的速度就越慢。 但是，以上兩層僅解決了速度匹配問題，存儲器的容量仍受到記憶體容量的制約。 從CPU看來，這個整體的速度接近於Cache和暫存器的操作速度、容量是輔存（或海量存儲器）的容量，每位價格接近於輔存的位價格。

在一個計算機系統中，對存儲器的容量、速度和價格這三個基本性能指標都有一定的要求。存儲容量應確保各種套用的需要；存儲器速度應儘量與CPU的速度相匹配並支持I／O操作；存儲器的價格應比較合理。然而，這三者經常是互相矛盾的。例如存儲器的速度越快，則每位的價格就越高；存儲器的容量越大，則存儲器的速度就越慢。按照目前的技術水平，僅僅採用一種技術組成單一的存儲器是不可能同時滿足這些要求的。只有採用由多級存儲器組成的存儲體系，把幾種存儲技術結合起來，才能較好地解決存儲器大容量、高速度和低成本這三者之間的矛盾。
存儲器的多級結構如圖1所示。
圖中最內層是CPU中的通用暫存器，很多運算可直接在CPU的通用暫存器中進行，減少了CPU與主存的數據交換，很好地解決了速度匹配的問題，但通用暫存器的數量是有限的一般在幾個到幾百個之間，如Pentium CPU中有8個32位的通用暫存器。
高速緩衝存儲器（Cache）設定在CPU和主存之間，可以放在CPU 內部或外部。其作用也是解決主存與CPU的速度匹配問題。Cache一般是由高速SRAM組成，其速度要比主存高1到2個數量級。由主存與Cache構成的“主存－Cache存儲層次，從CPU來看，有接近於Cache的速度與主存的容量，並有接近於主存的每位價格。通常，Cache還分為一級Cache和二級Cache。
但是，以上兩層僅解決了速度匹配問題，存儲器的容量仍受到記憶體容量的制約。因此，在多級存在儲結構中又增設了輔助存儲器（由磁碟構成）和大容量（又稱海量）存儲器（由磁帶構成）。隨著作業系統和硬體技術的完善，主存之間的信息傳送均可由作業系統中的存儲管理部件和相應的硬體自動完成，從而構成了主存一輔存的價格，從而彌補了主存容量不足的問題。
多級存儲結構構成的存儲體系是一個整體。從CPU看來，這個整體的速度接近於Cache和暫存器的操作速度、容量是輔存（或海量存儲器）的容量，每位價格接近於輔存的位價格。從而較好地解決了存儲器中速度、容量、價格三者之間的矛盾，滿足了計算機系統的套用需要。
隨著半導體工藝水平的發展和計算機技術的進步，存儲器多級結構的構成可能會有所調整，但由多級半導體存儲器晶片集成度的提高，主存容量可能會達到幾百兆位元組或更高，但由於系統軟體和套用軟體的發展，主存的容量總是滿足不了套用的需求，只要這一現狀仍然存在，由主存��輔存為主體的多級存儲體系也就會長期存在下去。