Akses tercepat ke memori yang dapat disimpan pada unit pemrosesan komputer (CPU) adalah register prosesor. Arsitektur komputer mendesain prosesor mendaftarkan kemampuan memori ke dalam cache CPU sehingga nilai yang diakses oleh proses komputer secara teratur dapat disimpan di sana. Proses dapat mengakses dan mengeksekusi dengan cepat berdasarkan nilai-nilai yang disimpan tersebut. Karena register prosesor disimpan pada CPU, register tersebut dianggap sebagai bagian atas hierarki memori penyimpanan, dan alokasi biasanya ditentukan oleh variabel. Setelah data diproses, kemudian dikembalikan ke cache, memori akses acak (RAM), atau penyimpanan hard disk.
Prosesor komputer memiliki register dari berbagai jenis, sesuai dengan instruksi atau tes yang beroperasi pada mereka atau konten khusus mereka. Data, alamat, dan register tujuan umum berisi nilai matematika dan alamat untuk penyimpanan memori. Ada register bersyarat dengan nilai kebenaran untuk instruksi operasi logis, register konstan dengan nilai read-only seperti pi dan nol, dan register tujuan khusus yang menyimpan penghitung program, register status, dan penunjuk tumpukan untuk penggunaan memori tumpukan. Register kontrol berisi instruksi dari set instruksi yang dibangun ke dalam arsitektur CPU; dan ada beberapa yang mengambil dari RAM dan sirkuit CPU yang mengakses buffer memori, data memori, rentang jenis memori, dan alamat. Variabel yang tidak ditetapkan ke register prosesor disimpan dalam RAM dan dimuat masuk dan keluar untuk operasi baca dan tulis, namun, ini memiliki pemrosesan yang lebih lambat.
Mengetahui perbedaan kecepatan antara pemrosesan dalam register dan RAM, pengembang program komputer kompiler biasanya merancang program mereka untuk beroperasi sebanyak mungkin dalam penyimpanan register prosesor untuk pengoperasian fungsi dengan cepat. Untuk program kompilator just-in-time, teknik alokasi register yang dikenal sebagai alokasi pemindaian linier melacak operasi register dan membebaskan daya komputasi register kembali ke program dengan cepat. Teknik alokasi register mencoba untuk mendapatkan sebanyak mungkin variabel program yang ditugaskan ke register dan dalam aliran operasi yang memaksimalkan jumlah register terkecil untuk kompilasi cepat.
Karena banyak register prosesor untuk penyimpanan sementara variabel dan set instruksi, semua operasi untuk penggunaan program dapat disimpan untuk manipulasi oleh CPU. Dalam pengoperasiannya, CPU pertama-tama akan melihat ke cache CPU dari register untuk salinan data apa pun yang akan diproses dalam operasi baca, tulis, atau pindahkan, sebelum melihat ke RAM dan penyimpanan sekunder pada hard disk. Pada 2011, sebagian besar CPU menyimpan tiga cache individual. Cache instruksi berkaitan dengan eksekusi yang diambil oleh instruksi, buffer yang mirip terjemahan mempercepat terjemahan alamat untuk alamat virtual-ke-fisik, dan cache data menyimpan penyimpanan hierarki bertingkat dari data untuk dimanipulasi oleh set instruksi register prosesor.