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存储系统由存放程序和数据的各类存储设备及有关的软件构成，是计算机系统的重要组成部分，用于存放程序和数据。有了存储器，计算机就具有记忆能力，因而能自动地进行操作。存储系统分为内存储器和外存储器，两者按一定的结构有机地组织在一起，程序和数据按不同的层次存放在各级存储器中，而整个存储系统具有较好的速度、容量和价格等方面的综合性能指标。
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目前由双极型半导体组成，构成计算机系统中的一个高速小容量存储器。其存取速度能接近CPU的工作速度，用来临时存放指令和数据。
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主存储器是计算机系统中的重要部件，用来存放计算机运行时的大量程序和数据，主存储器目前一般由MOS半导体存储器构成。
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CPU能够直接访问的存储器称为内存储器，高速缓存和主存都是内存储器。在配置了高速缓存的计算机内，主存储器和高速缓存之间要不断交换数据。
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如果计算机没有配置高速缓存，内存储器就是主存储器，两个名称可以换用。
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辅助存储器又称外存储器。外存储器主要由磁表面存储器组成，近年来，光存储器应用已很广泛，渐渐成为一种重要的辅助存储器。外存储器的内容需要调入主存后才能被CPU访问。外存储器的特点是容量大，所以可存放大量的程序和数据。
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采用单一工艺制造的存储器很难同时满足大容量、高速度和低成本的要求。比如双极型半导体存储器的存取速度快，但是难以构成大容量存储器。而大容量、低成本的磁表面存储器的存取速度又远低于半导体存储器，并且难以实现随机存取。
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所谓存储系统的层次结构就是把各种不同容量和不同存取速度的存储器按一定的结构有机地组织在一起，程序和数据按不同的层次存放在各级存储器中，而整个存储系统具有较好的速度、容量和价格等方面的综合性能指标。
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下图是存储系统层次结构示意图，该系统由三类存储器构成。主存和辅存构成一个层次，高速缓存和主存构成另一个层次。
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这个层次主要解决存储器的速度问题。在早期的计算机中，CPU与主存在速度上非常接近。例如IBM704计算机的CPU周期为12μs，其主存的存取周期也为12μs，随着所采用的器件和工艺的改进，CPU的速度提高很快，目前CPU的机器周期可达几个毫微秒甚至更短，而主存的存取周期则由于种种因素的限制，只能达到几十甚至几百毫微秒。因而CPU和主存之间在速度上存在一定差距，主存的工作速度限制了整机运行速度的提高。为了减少两者速度差别所造成的影响，首先在CPU内设置通用寄存器组，尽量减少CPU对内存的访问。然而，CPU寄存器数目不可能太多（一般只有几个或几十个），要根本解决存储器的速度问题，需要在CPU与主存之间再增设一级存储器，称为高速缓冲存储器。
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这个层次主要解决存储器的容量问题。在一段时间内，中央处理器运行的程序和使用的数据只是整个存储系统存储信息的一小部分，这部分程序和数据处于“活动”的状态，而其他大部分程序和数据则处于暂时不被使用的“静止”状态，因此可以把正在被CPU使用的“活动”的程序和数据放在主存中，其余信息则存放在容量大、但速度较慢的辅存中。当某时刻CPU需要用到存放在辅存中的某些信息时，可通过有关的I/O操作将这部分信息从辅存中调往主存。反之，原存放在主存中而现在暂时不用的部分信息也可以从主存中调往辅存，以备后用。这样，程序仍能得到较快的执行速度，而主存容量不足这一缺陷则由辅存的大容量来弥补。因此，具有“主存—辅存”层次的存储系统是一个既具有主存的存取速度又具有辅存的大容量低成本特点的一个存储器总体。
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半导体读写存储器简称RWM，习惯上也称为RAM。半导体RAM具有体积小、存取速度快等优点，因而适合作为内存储器使用。按工艺不同可将半导体RAM分为双极型RAM和MOS型RAM两大类，这里以静态MOS存储器芯片为例介绍其组成。
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静态MOS存储器芯片由存储体、读写电路、地址译码和控制电路等部分组成。
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存储体是存储单元的集合。在容量较大的存储器中往往把各个字的同一位组织在一个集成片中。
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地址译码器把用二进制表示的地址转换为译码输入线上的高电位，以便驱动相应的读写电路。地址译码有两种方式：一种是单译码方式，适用于小容量存储器；另一种是双译码方式，适用于容量较大的存储器。
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在双译码结构中，一条X方向的选择线要控制在其上的各个存储单元的字选线，所以负载较大，需要在译码器输出后加驱动器。
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它处于数据总线和被选用的单元之间，用以控制被选中单元的读出或写入，并具有放大信息的作用。
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一个存储芯片的容量往往满足不了计算机对存储器容量的要求，所以需将一定数量的芯片按一定方式连接成一个完整的存储器。在访问某个字时，必须“选中”该字所在的芯片，而其他芯片不被“选中”。因而每个芯片上除了地址线和数据线外，还有片选控制信号。在地址选择时，由芯片外的地址译码器的输入信号以及它的一些控制信号，如“访存控制”来产生片选控制信号，选中要访问的存储字所在的芯片。
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根据CPU给出的信号是读命令还是写命令，控制被选中存储单元的读写。
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存储容量是指每个存储芯片所能存储的二位制位数。主存储存储器按8位二进制位或其倍数划分存储单元，故存储容量通常以字节（8位）为单位。主存容量大则可以运行比较复杂的程序，并可存入大量信息，可利用更完善的软件支撑环境。所以，计算机处理能力的大小在很大程度上取决于主存容量的大小。
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访问时间一般用读出时间TA及写入时间Tw来描述。TA是从存储器接到读命令以后至信息被送到数据总线上所需的时间。Tw是将一个字写入存储器所需的时间。
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存取周期是存储器进行一次完整的读写操作所需要的全部时间，也就是存储器进行连续读写操作所允许的最短间隔时间。一般用TM表示，它直接关系到计算机的运算速度。一般有TM>TA，TM>TW，TM的单位常采用微秒或毫微秒。
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存储器的频宽B表示存储器被连续访问时，可以提供的数据传送速率，通常用每秒钟传送信息的位数（或字节数）来衡量。
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存储器的可靠性用平均故障间隔时间MTBF来描述，它可理解为两次故障之间的平均时间间隔。显然。MTBF越长，表示可靠性越高。
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高速缓冲存储器是一种采用和CPU工艺相类似的半导体器件构成的存储装置，其速度可与CPU相匹配，但容量较小，只能存放一小段程序和数据。由于程序具有局部性，在短时间内程序和数据各自相对集中在一小块存储区内。因此在一小段时间内CPU可以不必访问主存，而访问速度较快的高速缓冲存储器，从而提高了指令的执行速度。
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在高档微机中为了获得更高的效率，不仅设置了独立的指令高速缓冲存储器和数据高速缓冲存储器，还把高速缓冲存储器设置成二级或三级。高速缓存通常由双极型半导体存储器或SRAM组成。地址映像以及和主存数据交换机构全由硬件实现，并对程序员透明。
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目前，访问高速缓冲存储器的时间一般为访问主存时间的1/4～1/10。由于半导体器件成本下降很快，高速缓冲存储器存储器已在大、中、小及微型机上普通采用。如下图所示为高速缓冲存储器的基本结构图，主存和高速缓冲存储器均是模块化的（例如以页为单位），并且两者之间交换数据以页为单位进行。CPU访存地址送到高速缓冲存储器，经相联存储映像表的地址映射变换，如果CPU要访问的内容在高速缓冲存储器中，则称为“命中”，则从高速缓冲存储器中读取数据送CPU；如果CPU要访问的内容不在高速缓冲存储器中，则称为“不命中”或“失靶”，则CPU送来地址直接到主存中读取数据。这时，访存地址是同时送到高速缓冲存储器和主存中的。如果访问“未命中”，除了本次访问对主存进行存取外，主存和高速缓冲存储器之间还要通过多字宽通路交换数据。主存内容在写入高速缓冲存储器过程中，如果高速缓冲存储器已满，要按某种替换策略将高速缓冲存储器中一页调出写回主存。这种替换算法可以是最近最少使用算法（LRU）或其他算法，这由相应的管理逻辑来实现。
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辅助存储器用于存放当前不立即使用的信息。一旦需要，辅存便与主存成批交换数据，或将信息从辅存调入主存，或将信息从主存调出到辅存。目前常用的辅助存储器包括磁带存储器、磁盘存储器及光盘存储器，这类存储器的最大特点是存储容量大、可靠性高、价格低，在脱机的情况下可以永久地保存信息。下面先介绍磁盘和磁带存储器，它们统称为磁表面存储器，然后介绍光盘存储器。
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磁表面存储器中信息的存取，主要由磁层和磁头来完成。磁层是存放信息的介质，它由非矩形剩磁特性的导磁材料（如氧化铁、镍钴合金等）构成。将用这种材料制成的磁胶涂敷或镀在载磁体上，其厚度通常为0.1～5μm，以记录信息。载磁体可以是金属合金（硬质载磁体）或者是塑料（软质载磁体）。
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为了获得良好的技术性能，磁层材料的剩磁（BR）要大（读出信息大），矫顽力HC要合适，才能有足够的抗干扰能力和使用较小的写电流。磁层厚度要薄，才能提高记录密度。此外对生成磁层的工艺、机械性能等也有一定的要求。
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磁头是实现“磁—电”和“电-磁”转换的元件。它是由高导磁率的软磁性材料（如坡莫合金和具有高频特性的铁氧体）做成铁芯，在铁芯上开有缝隙并绕有线圈。当载磁体与磁头作相对运动时，当写磁头线圈通以磁化电流，则可将信息写到磁层上。当读磁头通过磁层上某一磁化单位而形成磁通回路时，磁通的变化使线圈两端产生感应电势，形成读出信号。
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在磁表面存储器中，一般都是磁头固定，而磁层（载磁体）作高速回转或匀速直线运动。在这种相对运动中，通过磁头（其缝隙对准磁层）进行信息存取。
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.信息写入过程。磁头写线圈中通以写电流脉冲，此电流在铁芯中生成磁场，其磁头缝隙处的磁场穿过磁层中一微小区域，使该区域磁层以一定方向磁化，而写电流脉冲消失后，磁层仍保持该方向的剩磁（+BR或-BR），这就是信息的写入过程。
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.信息读出过程。读出时，磁头与磁层同样作相对运动。当磁层中某一记录单元运动到磁头缝隙下面时，磁头与磁层便产生磁交连。由于磁头中的磁阻比其周围空气的磁阻小得多，便在磁头中产生较大的磁通变化，在读线圈的两端产生较大的感应电势E，经读出放大电路整形和放大后成为读出信号。
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磁盘存储器是一种以磁盘或磁盘组为存储介质的记录装置，又叫磁盘机。它具有记录密度高、容量大、速度快等优点，是目前计算机存储系统中使用最普遍的一种辅助存储器，它的分类如下图所示。
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硬磁盘存储器的逻辑结构如下图所示。它主要由磁记录介质、磁盘驱动器、磁盘控制器三大部分组成。磁盘控制器包括控制逻辑、时序电路、“并→串”转换和“串→并”转换电路。磁盘驱动器包括读写电路、读\写转换开关、读写磁头与磁头定位伺服系统。
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.硬盘（温盘）转速高，磁头与磁层不接触；而软盘转速低，磁头与磁层接触。
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.硬盘系统价格高，存储量大，存取速度快；软盘价廉，存储量小，存取速度较慢。
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.硬盘盘片不可拆卸，一般不能互换，软盘是可拆卸的且可互换。
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磁带有许多种，按带宽分有1/4英寸和1/2英寸；按带长分有2400英尺、1200英尺和600英尺；按外形分有开盘式和盒式磁带；按记录密度分有800位／英寸、1600位／英寸、6250位／英寸；按带面并行的磁道数分有9道、16道等。
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光盘存储器是一种采用聚焦激光束在盘形介质上高密度地记录信息的存储装置。具有记录密度高、存储容量大、信息保存寿命长、工作稳定可靠、环境要求低等特点，现已广泛应用于存储各种数字化信息，包括工作站、大型数据系统、办公自动化系统中的文件、声音和图像的存档与检索等领域，是磁盘机的重要后援设备。
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按读写类型来分，目前光盘一般可分为只读型、一次写入型和可重写型三种。
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