Hier volgt een overzicht van de belangrijkste componenten en hun relaties:

* Registreert: Dit zijn de snelste en kleinste geheugeneenheden die zich direct in de CPU bevinden. Ze bevatten gegevens die momenteel door de CPU worden verwerkt. De toegang is extreem snel, maar het aantal registers is beperkt.

* Cachegeheugen: Dit is een klein, snel geheugen dat zich tussen de CPU en het hoofdgeheugen (RAM) bevindt. Het slaat veelgebruikte gegevens en instructies op, waardoor de CPU minder tijd besteedt aan het wachten op gegevens uit het langzamere hoofdgeheugen. Cache is doorgaans georganiseerd in niveaus (L1, L2, L3), waarbij L1 de snelste en kleinste is, en L3 de langzaamste en grootste.

* Hoofdgeheugen (RAM - Random Access Memory): Dit is het primaire werkgeheugen van de computer. Het is relatief snel en direct toegankelijk voor de CPU. Het slaat gegevens en instructies op die momenteel door programma's worden gebruikt. RAM is vluchtig, wat betekent dat de inhoud verloren gaat wanneer de stroom wordt uitgeschakeld.

* Secundaire opslag: Dit is een niet-vluchtig geheugen dat gegevens bewaart, zelfs als de stroom is uitgeschakeld. Voorbeelden zijn onder meer:

* Harde schijven (HDD's): Relatief goedkoop, maar langzamer dan RAM.

* Solid State Drives (SSD's): Sneller dan HDD's, duurder en duurzamer.

* Optische schijven (cd's, dvd's, Blu-rays): Relatief langzaam en beperkte herschrijfmogelijkheden.

* Magnetische tape: Wordt voornamelijk gebruikt voor het archiveren van grote hoeveelheden gegevens.

De geheugenhiërarchie: De relatie tussen deze componenten kan worden gevisualiseerd als een hiërarchie, met registers bovenaan (snelste, kleinste) en secundaire opslag onderaan (langzaamste, grootste). Het doel is om veelgebruikte gegevens op de hogere niveaus te bewaren om de prestaties te maximaliseren. Als er gegevens nodig zijn, zoekt het systeem deze eerst in het snelste geheugen (registers, vervolgens cache en vervolgens RAM). Als het daar niet wordt gevonden, wordt het opgehaald uit de secundaire opslag, een veel langzamer proces. Dit wordt vaak automatisch beheerd door het besturingssysteem en de hardware.

Virtueel geheugen: Dit is een techniek die de schijnbare grootte van het RAM-geheugen vergroot door een deel van de harde schijf als uitbreiding van het RAM-geheugen te gebruiken. Pagina's met gegevens die momenteel niet nodig zijn in het RAM, worden naar de harde schijf gewisseld, waardoor RAM vrijkomt voor actieve processen. Hoewel hierdoor de beschikbare geheugenruimte wordt vergroot, is de toegang tot gegevens op de harde schijf aanzienlijk langzamer dan RAM-toegang.

Het begrijpen van de geheugenstructuur is cruciaal voor het optimaliseren van de computerprestaties. Efficiënt gebruik van cache en goed geheugenbeheer kunnen de snelheid en het reactievermogen van applicaties aanzienlijk beïnvloeden.