Основна пам'ять може включати пам'ять двох типів - постійну й оперативну.
У класичній роботі фон Неймана перелічено основні пристрої, з використанням яких може бути побудований комп'ютер. Вважають, що комп'ютери такого типу маютьфоннейманівську архітектуру. Типова фоннейманівська обчислювальна машина має такі складові: арифметико-логічний пристрій, пристрій керування, пам'ять і пристрої введення-виведення (рис. 1.1).
В обчислювальних машинах із класичною фоннейманівською архітектурою функції обробки інформації покладені на арифметико-логічний пристрій (АЛП). До функцій АЛП входить у першу чергу виконання арифметичних і логічних команд та команд зсуву. Отже, цей пристрій забезпечує обробку вхідних даних і формування результату. АЛП - це не один, а ціла група операційних пристроїв, кожен з яких реалізує певну підмножину операцій.
Пристрій керування (ПК) - найголовніша частина комп'ютера, що координує роботу всіх його пристроїв та забезпечує виконання всіх програм. Основною функцією цього пристрою є формування сигналів, необхідних для вибирання команд із пам'яті в порядку, що задається програмою, і подальше виконання цих команд. Крім того, ПК формує сигнали, необхідні для синхронізації та координації дій зовнішніх і внутрішніх пристроїв комп'ютера. Синхронізуючі сигнали - це сигнали, що визначають, коли має бути виконана певна операція. Реальні синхронізуючі сигнали, які керують пересиланням даних і виконанням команд, генеруються схемами керування.
Пристрій керування можна уявити собі як окремий блок, котрий взаємодіє з іншими блоками комп'ютера. Однак на практиці так буває рідко. Більша частина керуючих схем фізично розподілена між різними компонентами комп'ютера: процесором, чипсетом, контролерами введення-виведення та шин.
АЛП і ПК дуже тісно взаємодіють між собою і їх часто реалізують єдиним пристроєм, відомим як центральний процесор чи просто процесор. Процесор - це основа будь-якого комп'ютера, і швидкість роботи комп'ютера цілковито залежить від моделі та параметрів процесора.
Крім результуючих даних, АЛП формує також ознаку, яка визначає коректність отриманого результату, а також інші його характеристики (рівність нулю, переповнення, парність та інші). Значення ознаки результату може аналізуватися ПК для прийняття рішення стосовно подальшої послідовності виконання програми.
Пам'ять комп'ютера призначена для збереження інформації й оперативного обміну нею з іншими компонентами комп'ютера. Пам'ять поділяють на внутрішню та зовнішню.Внутрішня пам'ять складається з регістрів процесора, основної пам'яті та кеш-пам'яті.
Регістри процесора - це найбільш швидкодіючий, але найменший за обсягом різновид пам'яті комп'ютера. Зазвичай регістрів у процесорі небагато, і тільки в комп'ютерах з неповним набором команд (Reduced Instruction Set Computer, RISC) їх кількість може сягати кількох сотень. Регістри залежно від свого призначення можуть мати обсяг від 1 до 10 байт.
Основна пам'ять може включати пам'ять двох типів - постійну й оперативну.
Постійна пам'ять (Read Only Memory, ROM) реалізується у вигляді постійного запам'ятовуючого пристрою, дані в якому не можна модифікувати, їх можна тільки читати. Основне призначення ROM - підтримання процедур початкового завантаження операційної системи та обслуговування переривань, які припиняють виконання програми з метою реалізації спеціальних системних дій.
Процес зчитування інформації з постійної пам'яті майже не відрізняється від процесу зчитування з оперативної пам'яті. З іншого боку процес записування інформації в ROM набагато складніший і потребує великих затрат часу й енергії. Записування інформації в постійну пам'ять називають її програмуванням. Сучасні пристрої постійної пам'яті - це мікросхеми, інформація до яких може записуватись як при виготовленні, так і після нього.
Оперативна пам'ять (Ramdom Access Memory, RAM) використовується і для читання, і для запису інформації. Під час роботи комп'ютера в ній зберігаються програми та дані. Оперативна пам'ять комп'ютера організована у вигляді множини байтів, або комірок, у яких зберігаються числові та символьні значення. Байти оперативної пам'яті послідовно пронумеровані починаючи з 0. Ці номери байтів є їх адресами. Залежно від типів даних, над якими виконуються дії, байти групуються у слова (два байти) або подвійні слова (чотири байти).
Число, що зберігається в комірці, — це її значення, або вміст. Якщо в k-й комірці міститься, наприклад, число m, то прийнято говорити «вміст комірки з адресою k дорівнює m». Під час читання даних з оперативної пам'яті вміст комірки не змінюється. Для його зміни потрібно записати в цю комірку нове значення, або, інакше кажучи, присвоїти комірці нове значення. Поняттю адреси оперативної пам'яті повною мірою відповідає поняття змінної в алгебрі. Змінну позначають ідентифікатором. Цьому ідентифікатору ставиться у відповідність адреса комірки оперативної пам'яті. Якщо змінній надати певне значення, то воно записується за адресою відповідної комірки пам'яті.
Особливістю RAM є неможливість зберігання інформації в ній після вимикання живлення комп'ютера. Саме цим вона відрізняється від пам'яті ROM, в якій дані зберігаються незалежно від наявності живлення.
Між регістрами та процесором часто розміщується кеш-пам'ять, призначена для узгодження швидкостей роботи основної пам'яті та процесора. Сучасні комп'ютери мають декілька рівнів кеш-пам'яті, які позначаються буквою L з певним номером. У більшості персональних комп'ютерів кеш-пам'ять має два рівні — L1 та L2, в останніх розробках все частіше з'являється кеш-пам'ять третього рівня, а в проектах навіть і четвертого. Обсяг кеш-пам'яті вимірюється десятками і сотнями кілобайтів, а оперативної - десятками і сотнями мегабайтів. Оперативна пам'ять сучасних персональних комп'ютерів сягає кількох гігабайтів.
Для довгострокового збереження великого обсягу даних і програм потрібна зовнішня пам'ять. Зокрема, у зовнішній пам'яті зберігається все програмне забезпечення комп'ютера (системне та прикладне). До складу зовнішньої пам'яті входять різноманітні пристрої: накопичувачі на жорстких і гнучких магнітних дисках, пристрої на касетній магнітній стрічці (стримери), накопичувачі на оптичних дисках CD-ROM та CD-RW (від англ. Compact Disk Read Only Memory - компакт-диск тільки для читання, Compact Disk Read Write Memory — компакт-диск для запису та читання відповідно) тощо. Накопичувачі на жорстких магнітних дисках відрізняються від накопичувачів на гнучких магнітних дисках за конструкцією, обсягом даних, що зберігаються, а також часом пошуку, запису і зчитування інформації. Необхідно пам'ятати, що інформація, яка зберігається у зовнішній пам'яті, стане доступною для процесора тільки після того, як буде переписана в основну пам'ять.
Накопичувач можна розглядати як пристрій, у якому носій інформації поєднаний з приводом, що є механізмом зчитування-запису інформації, та відповідним керуючим пристроєм. Дисковий привід називається дисководом, а стрічковий - стримером. Комп'ютери зазвичай мають декілька дисководів для роботи з дисками різних типів.