通常用高速多端口静态随机存储器（SRAM）实现，且每个端口均具有专门的读或写功能。相对于触发器，寄存器堆具有面积小的优点；相对于普通静态随机访问存储器，寄存器堆具有读写端口多的优点。例如，MIPS R8000处理器的定点寄存器堆有9个读端口和4个写端口，龙芯3号处理器的定点寄存器堆有12个读端口和8个写端口。

寄存器堆的实现与普通静态随机存储器类似，但它包含多个读写字线和位线，以提供多个读写端口。一个简单的2读1写寄存器堆单元的结构见图：核心存储逻辑为两个首尾相连的反相器，读写逻辑分别通过字线和位线控制传输门来实现。字线由地址译码逻辑得到，读取时通过检测放大器将低摆幅信号转换为正常的数字信号。

简单的2读1写寄存器堆单元的结构图