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按照信息处理学说，最基本的第一步是进入记忆的数据的储存，不管是存储几分之一秒还是存储一辈子。如詹姆斯·麦戈在最近的一次讲座中所言：
记忆对于行为是必不可少的。任何重要的东西没有一件不是从根本上建立于记忆之上的。我们的意识和我们的行动是由经验构成的。而且，我们的经验使我们成为现在的样子，是因为它们具有长期的影响力。
记忆对于思维具有何等至关重要的意义，这对任何知道一位经受着深度阿尔滋海默氏病影响的人来说，是非常痛苦且记忆犹新的。他可能在话讲到一半时忘记了自己想说什么，沿着小路去自己的信箱时可能会突然迷路，认不得自己的孩子了，对他自己的信息突然不熟悉了，因此而大发雷霆。
乔治·米勒1955年在东岸心理学协会的一次会议上发表过一篇演讲，这篇演讲后来成了研究记忆的认知心理学理论家们的界标。米勒以惯常的活泼风趣把这次讲话称作“神密的第七，加上或者减去二”。他一开始就说：“我的问题在于，我一直受到一位整数的折磨。”这个整数就是7，米勒为此感到很神秘和难以忍受的东西是，如许多实验已经显示的，人们可以立即转入记忆的往往是这个位数。（人们经过短时间的研究之后可以暂时记住像9237314这样一位数字，但记不住像5741179263这类数字。）
很值得注意，也很神秘的东西是，暂时记忆，我们能够注意到的东西中的限制性因素竟会如此短小。局限可以起到很关键的一个作用：它会把进入的数据极大地修整成思维可以在任何时候急需的东西，从而注意并作出决定，这种功能无疑会帮助我们原始的祖先在丛林和沙漠中的生存。可是，它也提出一些令人困惑的问题。这么小的一个注意区是如何处理我们在开车或者滑雪时必须注意的知觉的泛滥的？或者，在一个人对我们谈话。或者当我们试图向他们说点什么时，声音和意义是如何混合起来的？
可是，哪怕是用程序分块，暂时记忆的能量与材料的巨大数量比较起来也还是不那么重要的——我们的日常经验、语言和各种总体的信息——这些我们学习并存储在长效记忆里，并在需要的时候调出来的东西。
为了解释这种不一致的现象，并确定记忆如何工作，认知心理学家在60和7O年代进行了许多实验，实验结果串在一起形成了人类记忆的信息处理全图。在这幅图中，记忆是由三种存储形式构成的，从几分之一秒到终生不等。只需要用几秒种的经验或者信息项在使用过后很快就消退了，或许会转变成半长久或者长久的长效记忆中。研究者和理论家们以类似于后面的流程图的形式描述了其中信息的类型和传递。
最简单地记忆力形式由感觉“缓存器”构成，进入的感觉首先被接收和保持。研究者们通过速转实体镜证明，缓存器是存在的，而且还测量过长效记忆在消失之前会在缓存器里保持多长的时间。在1960年进行的一项经典实验中，心理学家乔治·斯伯林在一块屏幕上闪动如下所示的字母图案，让受试者仔细观察：
R B L A
T Y Q N
G K R X
这些字母闪动约二十分之一秒，这个时间太短，受试者不可能看到所有的字母，尽管看完之后，他们马上能写下任何一行的字母。（闪动之后，会有声音告诉他们写下哪一行。）他们听到声音时还能“看见”所有三行字母，可是，等他们写完一行时，他们已经就不清楚其它的几行了。记忆已经在不到一秒的时间内消失了。（别的人用声音进行的一些实验得出了可比较的结果。）很明显，进入的知觉存储在缓存器里，并从这里很快消失——所幸的是，如果它们保持更长一些时间，我们看到的世界将会是一片模糊。
然而，由于我们需要将目前所关心的东西保持更长一些时间，因而就必须有另一种持续时间更长的临时记忆形式。当我们注意感觉缓冲器里面的材料时，我们可以用好几种方式中的任何一种进行。一个数字不仅仅只会是一个知觉到的外形，而是一个符号…4会有一个名字（四），它还会有一个意义（它所代表的数量）；同样的，我们读到或者听到的词会有意义。这个处理会把我们正在注意的东西从缓存器里传递到米勒正在说的短期和立即记忆中。
按一般人的话来说，短期记忆是指最近几小时或者最近几天的事件的保留，可是，按行话来说，它是指任何成为当前心理活动中的一部分，但在使用过后不再保留下来的东西。这种形式的记忆是短暂的。我们所有人都有这样的经历，找到一个电话号码，然后遇上占线，得重新再找到号码才能拨号。但是，我们可以自己把这个号码念几次后使其在脑海里保持好多秒甚至好几分钟——心理学家把这种活动叫做“预演”——直到用完为止。
因此，为了测量短期记忆的正常保留期，研究者们只好防止预演。印第安那大学的一组研究人员1959就进行了这样的实验。他们告诉受试者说，他们得努力记住三个三个一组的辅音，这很容易做，可是，他们一看到辅音时，得根据节拍器的节奏倒着念辅音，这把他们事先的注意力倒空了，使预演不可能产生。研究者在不同的时间内使受试者倒读的活动突然停止，看看他们能够把三个辅音保持多长时间；没有一位受试者的保留时间超过18秒的。许多后来的实验都确证，短期记忆力的衰退时间为15－30秒钟之间。
最近，其它研究在两种短期记忆之间作了区分（上图并未表现出来）。一种是语言的：我们刚刚讨论过的对数字、单词等的直接记忆。第二种是概念性的：一个概念或者通过一个句子或者其它好几个部分的表达传达出来的意义（比如某个代数方程）。在1982年进行的一项实验中，让受试者看一些句子，每次看一个单词，每个单词只给十分之一秒的时间；他们可以轻松地记住如下所示的有效句子（不过不一定是真实的）：
愚蠢的学生讨厌没有经验的老师。
但对于同样长度的无效句子，他们就束手无策了，比如：
紫色具体培训想象性的苍道。
更早一些时候（1967年）进行的一项实验已很清楚地显示出，我们很容易在短期记忆中保持住一个句子的意义，可是，很快会忘掉一些准确的词。研究者雅克琳·S·萨奇让受试者读下面这句话：
在荷兰，有一位名叫利普谢的男人专做镜片。有一天，他的孩子们在玩一些镜片，他们发现，如果两片镜片放在约一英尺远的间隔内时，东西好像更近些。利普谢开始实验，接着，他做的“间谍镜”吸起了人们极大的注意。他就此给伽俐略写了一封信，就是意大利那位伟大的科学家。伽俐略建起了自己的仪器，第一个晴朗的夜晚就把仪器抬了出来，他很惊奇地发现，空阔的黑色夜空里挂满了星星！
接着，萨奇问他们，下面这三个句子里，哪一句出现在他们刚刚看过的原文中：
1．伽俐略这位伟大的意大利科学家，就此给他寄了一封信。
2．他给伽俐略这位伟大的意大利科学家就此寄了一封信。
3．他就此给伽例略写了一封信，就是意大利那位伟大的科学家。
结果是：萨奇的受试者都知道第一句不在原文中，可大多数人都说第二句在原文中。他们错了。它的内容当然是正确的，可其形式却不对，他们在读第二句之前读过第一句，而衰退时间长得足以让他们忘记用词和内容。
同样的，我们可以在“长时间记忆”中，将我们谈过的一些话，我们读过的一些书，我们经历过的一些事情的要点和我们得知的无数的事实保持几个月，几年或者终生不忘，可是，没有人，或者只有很少一些人，能够记住这些事情发生时准确的用词。以这种方式记忆住的大量的材料比我们大多数人能够记忆住的多得多：数学家约翰·格里菲斯计算过，一般人类的记忆终生的记忆能量是十的十一次方（100个百万的立方）比特（在信息学说中，比特是最小的信息单位，它等于一个简单的是或者不是。一个数字或者字母表中的一个字母等于好几个比特），或者是《大不列颠百科全书》里面所包含信息的500倍。
短期记忆中的新信息在我们使用之后就遗忘了，除非我们使其经过进一步的处理变为长期记忆的一部分。一种形式的处理是死记硬背，如小学生背诵乘法表一样。另一种是将新信息与某些很容易记忆的结构或者助记忆术联系起来，如单调的儿歌（学龄前儿童背诵字母表的歌）或者是押韵规律（“看见字母C，记得加上E”）。
可是，最为重要的是在60年代和70年代进行的实验中变得非常明显起来的一种，即“精细处理”，根据这种方法，新信息与我们现存的有组织的长期记忆联系起来。我们可以说是将它叠接到语义网中了。如果新项目是一枚我们以前从未见过的芒果，我们会把这个词和概念与合适的长效记忆联系起来（不是一种物理的位置——思想和图象现在被认为是散布于大脑中的——而是一种概念上的位置：即“果子”这个范畴），连同芒果的视觉图象、触觉、口味和嗅觉（我们将它们分别列入图象、触觉品质等等的范畴中），再加上我们所知的、有关它的生长地、它的价格等等的其它信息。将来，当我们试图想起芒果时，我们会以上述任何一种办法检索出芒果来：通过回忆它的名字，或者思考水果，或者回忆有青皮的水果，或者想起黄色的切片，或者任何其它的范畴或者联系起来的特征。
所有这些信息是如何组织起来的，对此，我们已知的许多东西都是通过反应——时间实验得知的，比如请受试者在很短时间内说出尽量很多红色东西的名字，或者说出水果的名字，或者说出一些