机器体系结构着重研究机器系统的物理或硬件结构、各组成部分的属性以及这些部分的相互联系。它可分为系统体系结构和实现体系结构（计算机组织）两个方面。前者着重从系统软件开发人员的角度看计算机系统的功能行为和概念结构；后者从计算机系统的价格和性能特征出发，考虑该系统的结构和实现，包括中央处理器、存储器等部件的结构和实现。机器体系结构主要由计算机组织和系统体系结构组成，计包括处理机体系结构、存储系统、并行处理系统、分布式处理系统等。处理机体系结构包括各种类型的处理机结构，特别是精简指令集计算机的体系结构对计算机的发展有重要的影响。存储系统具有层次结构。一般由四级存储器组成: 第一级是寄存器(在中央处理器中) ；第二级是高速缓冲存储器； 第三级是主存储器；第四级是辅助存储器。这四级存储器都是实际存储器。虚拟存储器为用户提供比主存储器容量大得多的可随机访问地址空间。并行处理系统旨在突破单机运算速度与作业吞吐量的限制，以适应日益增长的巨大计算能力需求。它将多个处理机通过互联网络连接起来， 实现并行处理。其体系结构大体上可分为单指令流多数据流和多指令流多数据流两种。