หน่วยความจำหลัก ( Primary Storage ) ส่วนประมวลผลจะทำงานไม่ได้หากไม่มีหน่วยความจำสำหรับเก็บข้อมูลหรือชุดคำสั่งว่าจะให้ทำงานอะไร หน่วยความจำหลัก หรือ primary storage (อาจเรียกได้หลายชื่อเช่น main memory, primary memory, internal memory, internal storage เป็นต้น) นี้จะทำงานใกล้ชิดกับซีพียูมากที่สุดและช่วยให้การทำงานของซีพียูมีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น เพราะวงรอบการทำงานของซีพียูหรือที่เรียกว่า machine cycle นั้นทำงานเร็วมาก หากไม่มีที่เก็บหรือพักข้อมูลที่มีขนาดเพียงพอ จะทำให้การประมวลผลช้าลงตามไปด้วย โดยปกติแล้วจะแบ่งหน่วยความจำหลักออกเป็น 2 ประเภทคือ ROM และ RAM

•  หน่วยความจำแบบ ROM (Read-Only Memory) เป็นหน่วยความจำที่ไม่จำเป็นต้องใช้กระแสไฟฟ้าเลี้ยง ถึงแม้ไฟจะดับ ข้อมูลชุดคำสั่งต่าง ๆ ที่อยู่ข้างในก็จะไม่สูญหายไป ( non-volatile memory ) ส่วนใหญ่จะอ่านข้อมูลได้อย่างเดียวและติดตั้งไว้เพื่อเก็บโปรแกรมประจำเครื่อง เช่น โปรแกรมที่ใช้ตรวจสอบความพร้อมในการทำงานของเครื่องเมื่อตอนเปิดขึ้นมาใหม่ โปรแกรมควบคุมอุปกรณ์ต่าง ๆ ในระดับล่าง และอื่น ๆ ซึ่งรวมเรียกว่า Basic Input Output System หรือ BIOS ( “ ไบออส ” ) ของเครื่องพีซีที่เรารู้จักกันนั่นเอง ซึ่งจะมีการใส่ชุดคำสั่งไว้ใน ROM อย่างถาวรมาแล้วตั้งแต่ในกระบวนการผลิต (เรียกชุดคำสั่งประเภทนี้ว่า firmware )

•  หน่วยความจำแบบ RAM (Random Access Memory) เป็นหน่วยความจำที่ต้องอาศัยกระแสไฟฟ้าในการทำงานเพื่อไม่ให้ข้อมูลสูญหาย ( volatile memory ) RAM นี้จะถูกใช้เป็นที่พักข้อมูลและโปรแกรมในระหว่างการทำงานของซีพียู โดยซีพียูสามารถเข้าถึงและอ่านหรือแก้ไขข้อมูลตรงจุดไหนก็ได้ใน RAM จนเสร็จแล้วจึงค่อยนำออกไปเก็บถาวรที่อุปกรณ์เช่น ฮาร์ดดิสก์ เมื่อใดก็ตามที่ไฟดับหรือไม่มีกระแสไฟฟ้าหล่อเลี้ยงข้อมูลที่เก็บอยู่ไว้ภายในจะสูญหายหมด