Nopein pääsy tietokoneen prosessoriyksikön (CPU) tallennustilaan on prosessorirekisteri. Tietokonearkkitehtuurit suunnittelevat prosessorin rekisteröimään muistikapasiteetin CPU -välimuistiin, jotta tietokoneprosessien säännöllisesti käyttämät arvot voidaan tallentaa siihen. Prosessit voivat käyttää ja suorittaa nopeasti tallennettujen arvojen perusteella. Koska prosessorirekisterit on tallennettu suorittimeen, niitä pidetään tallennusmuistihierarkian kärjessä, ja varaus määräytyy yleensä muuttujien mukaan. Kun tiedot on käsitelty, ne palautetaan välimuistiin, hajamuistiin (RAM) tai kiintolevytilaan.
Tietokoneprosessoreilla on erityyppisiä rekistereitä niitä koskevien ohjeiden tai testien tai niiden sisällön mukaan. Data-, osoite- ja yleiskäyttörekisterit sisältävät matemaattisia arvoja ja muistin tallennusosoitteita. On olemassa ehdollisia rekistereitä, joissa on totuusarvot loogisille käyttöohjeille, vakiorekistereitä, joilla on vain luku -arvot, kuten pi ja nolla, ja erikoisrekistereitä, jotka pitävät ohjelmalaskuria, tilarekisteriä ja pinopisteitä pino-muistin käyttöä varten. Ohjausrekisterit sisältävät ohjeita CPU -arkkitehtuuriin rakennetusta käskykokonaisuudesta; ja on useita, jotka hakevat RAM -muistista ja suorittimen piireistä, jotka käyttävät muistipuskureita, muistitietoja, muistityyppialueita ja osoitteita. Suoritinrekisteriin määrittämättömät muuttujat tallennetaan RAM -muistiin ja ladataan sisään ja ulos luku- ja kirjoitustoimintoja varten, mutta niiden käsittely on hitaampaa.
Tietäen nopeuseron rekisterien ja RAM -muistin käsittelyn välillä, kääntäjien tietokoneohjelmien kehittäjät suunnittelevat yleensä ohjelmansa toimimaan niin paljon kuin mahdollista prosessorirekisterin tallennustilassa toimintojen nopeaa käyttöä varten. Juuri oikea-aikaisissa kääntäjäohjelmissa lineaarisen skannauksen allokointitekniikka, joka tunnetaan nimellä lineaarinen skannaus, seuraa rekisteritoimintoja ja vapauttaa rekisterin laskentatehon takaisin ohjelmalle nopeasti. Rekisterin allokointitekniikat yrittävät saada niin monta ohjelman muuttujaa, jotka on osoitettu rekistereille, ja operaatiossa, joka maksimoi pienimmän määrän rekistereitä nopeaa kääntämistä varten.
Koska monet prosessorirekisterit on tarkoitettu muuttujien ja käskysarjojen väliaikaiseen tallentamiseen, kaikki ohjelmakäytön toiminnot voidaan tallentaa suorittimen manipulointia varten. Käytössä CPU etsii ensin rekisterien CPU -välimuistista kopion kaikista luku-, kirjoitus- tai siirtotoiminnoissa käsiteltävistä tiedoista ennen kuin etsii RAM -muistia ja kiintolevyjen toissijaista tallennustilaa. Vuodesta 2011 lähtien useimmat suorittimet säilyttävät kolme erillistä välimuistia. Ohjevälimuistit koskevat suorituksen noutamista käskyn avulla, käännöksen näköinen puskuri nopeuttaa virtuaalisten fyysisten osoitteiden osoitteiden käännöksiä, ja datavälimuisti sisältää monitasoisen hierarkiatallennuksen prosessorin rekisterin käskysarjan käsiteltäväksi.