存储器在CPU外，一般指硬盘，U盘等可以在切断电源后保存资料的设备，容量一般比较大，缺点是读写速度都很慢，普通的机械硬盘读写速度一般是50MB/S左右。内存和寄存器就是为了解决存储器读写速度慢而产生的多级存储机制，从20世纪50年代开始，磁芯存储器曾一度成为主存的主要存储介质，但从20世纪70年代开始，逐步被半导体存储器所取代，目前的计算机都是用半导体存储器。现在的DDR2内存的读写速度一般为6~8GB/S，跟机器性能也有关系。
而寄存器（又称缓存）一般是指由基本的RS触发器结构衍生出来的D触发，就是一些与非门构成的结构，一般整合在CPU内，其读写速度跟CPU的运行速度基本匹配，但因为性能优越，所以造价昂贵，一般好的CPU也就只有几MB的2级缓存，1级缓存更小。使用寄存器可以缩短至零长度、节省存储空间，提高指令的执行速度。不同的寄存器有不同的作用，如：通用寄存器（GR）用以存放操作数、操作数的地址或中间结果；指令寄存器（IR）用以存放当前正在执行的指令，以便在指令执行的过程中，控制完成一条指令的全部功能。
CPU计算时，先预先把要用的数据从硬盘读到内存，然后再把即将要用的数据读到寄存器。最理想的情况就是CPU所有的数据都能从寄存器里读到，这样读写速度就快，如果寄存器里没有要用的数据，就要从内存甚至硬盘里面读，那样读写数据占的时间就比CPU运算的时间还多的多。所以评价一款CPU的性能除了频率，缓存也是很重要的指标。
一般意义上理解，寄存器是CPU里的存储单元，与CPU离得近，所以CPU在运算时通常都会用寄存器当中转站。存储器是在CPU外部的存储器，分为RAM,ROM。对单片机来说，因为存储器，CPU都在一个片内，所以寄存器是片内RAM的一部分。