在计算机系统中存储层次可分为高速缓冲存储器、主存储器、辅助存储器三级。高速缓冲存储器用来改善主存储器与中央处理器的速度匹配问题。辅助存储器用于扩大存储空间。

存放指令和数据，并能由中央处理器直接随机存取的存储器，有时也称操作存储器或初级存储器。主存储器的特点是速度比辅助存储器快，容量比高速缓冲存储器大。

主存储器被划分成若干用于存放数据或指令的存储单元。为了区分不同的存储单元，给每一个存储单元分配一个编号，这个编号称为存储单元的地址，因此主存是按地址存取信息的。在主存中，以字节作为编址单位，即一个存储单元的长度为8个二进制位。存储单位的地址编号从0开始，顺序加1 ，是一个无符号二进制整数，一般用十六进制数表示。

一般用随机存储器作主存储器。存取数据的时间与数据所在存储单元的地址无关。主存储器工作时，首先由中央处理器将地址送至存储器的地址寄存器并译码，同时接收由中央处理器发出的"读"或"写"命令。于是，存储器就按照地址译码的输出确定相应的存储单元。如果是读命令，则将存储单元的代码读出并送往代码缓冲寄存器，如果是写命令，代码缓冲寄存器接收新代码，接着写入存储体。为了提高数据的处理速度，存储器的读∕写操作往往按2个字节、4个字节、8个字节、16个字节作为一组同时读出或写入。主存储器采用半导体存储器件。存储芯片是集成电路市场的支柱产品，主要采用MOS存储器。容量大而速度低的外围存储器主要采用磁盘、光盘、磁带等。

近代计算机系统资源为一同执行的多个用户程序所共享。就主存来说，它同时存有多个用户的程序和系统软件。为使系统正常工作，必须防止由于一个用户程序出错而破坏同时存在主存内的系统软件或其他用户的程序，还须防止一个用户程序不合法地访问并非分配给它的主存区域。因此，存储保护是多道程序和多处理机系统必不可少的部分。

主存保护是存储保护的重要环节。主存保护一般有存储区域保护和访问方式保护。存储区域保护可采用界限寄存器方式，由系统软件经特权指令给定上、下界寄存器内容，从而划定每个用户程序的区域，禁止越界访问。

界限寄存器方式只适用于每个用户程序占用一个或几个连续的主存区域，而对于虚拟存储器系统，由于一个用户的各页离散地分布于主存内，就需要采用键式保护和环状保护等方式。键式保护是由操作系统为每个存储页面规定存储键，存取存储器操作带有访问键，当两键符合时才允许执行存取操作，从而保护别的程序区域不被侵犯，环状保护是把系统程序和用户程序按重要性分层，称为环，对每个环都规定访问它的级别，违反规定的存取操作是非法的，以此实现对正在执行的程序的保护。