Cray1系统是美国Cray公司于1976年提供的产品。它是一台运算速度达亿次／秒以上的巨型机。速度这么高的一个原因是它采用了层次结构的存储器系统。
图9.5是基于分级存储系统的CRAY-1向量处理机结构图。与存储器-存储器结构不同的是，它将存储器-存储器结构中的缓冲栈改为向量寄存器，运算部件需要的操作数从向量寄存器中读取，运算的中间结果也写到向量寄存器中。
向量寄存器与标量寄存器不同，其主要差别是：一个向量寄存器能够保存一个向量，例如：64个64位寄存器。能够连续访问一向量的各个分量。寄存器-寄存器需要有标量寄存器和地址寄存器。
采用寄存器-寄存器结构的主要优点：降低主存储器的流量。
例如：寄存器-寄存器结构的CRAY-1与存储器-存储器结构的STAR-100比较，运算速度3倍多（时钟周期为40：12.5），主存储器流量低2.5倍。
STAR-100的主存储器流量：32′8W/1.28us=200MW/S
CRAY-1的主存储器流量：4W/50ns=80MW/S。
器件技术很有可能发生很大变化，使得存储器的集成度、速度和价格都会发生很大的变化。所有这些因素或其中任何一个因素的比较大的变化都有可能产生完全不同的系统结构。随着存储器变得越来越大，越来越快，越来越便宜，有可能出现大容量的中间存储器。
但是，为了使计算机系统的冷却比较容易，要求体积比较小，这就迫使设计者采用小容量的中间存储器，或者根本不采用中间存储器。对巨型机来说，一个比较适当的方法是先保证尽量大的容量和尽量好的性能，然后在不严重影响性能前提下设法减小体积、能量消耗和总的成本。