En datamaskin er en samling mekaniske og elektroniske komponenter som ved hjelp av dataprogrammer kan utføre arbeidsoppgaver på en effektiv måte. Fra begynnelsen var datamaskinen i hovedsak et hjelpemiddel for å utføre aritmetiske og matematiske beregninger, men i dag er den en del av vår livsstil og finnes i de fleste miljøer, for eksempel som PC-er, i mobiltelefoner, biler og minibanker, og i næringslivet.

En datamaskin virker ved at den henter fram én og én instruksjon fra et lager, utfører instruksjonen og lagrer resultatet et sted. Disse instruksjonene er svært enkle, og det kreves ofte store mengder instruksjoner for å utføre komplekse operasjoner. Samlingen med instruksjoner kalles et program. Instruksjonene et menneske skriver når det programmerer en datamaskin kalles kildekode. Kildekode er leselig for mennesker, men må oversettes for å bli instruksjoner til datamaskinen. Denne prosessen kalles enten kompilering eller tolking, avhengig av om det gjøres på forhånd eller mens programmet kjører.

Tidlige datamaskiner hadde faste programmer. Noen veldig enkle datamaskiner er fremdeles bygget opp slik, som eksempel kan nevnes enkle kalkulatorer. Disse kan gjøre de vanligste regneoperasjonene og lagre litt tall, men kan ikke omprogrammeres. Omprogrammering av slike maskiner er en lang prosess som også krever manuelle inngrep i maskinvaren.

Når den programmerbare datamaskinen kom på markedet, så revolusjonerte den kostnadsnivået. Man behøvde ikke lenger spesialbygget maskinvare for hvert program man ville kjøre. Instruksjonene til maskinen var lagret i hukommelsen på lik linje med dataene. Andre måtte få lastet hele operativsystemet inn i memory fra tape for deretter å lese inn programmet og ev. data fra en kortleser - hver gang et program skulle kjøres. Den tids operativsystem var meget enkle. EXEC CUR, TR F, IN F, TRI F, TOC er ett eksempel.

En moderne datamaskin består i hovedsak av tre hoveddeler: Regneenhet (CPU), hukommelse (minne) og permanent lager (Harddisk, diskett, CD osv). Dessuten finnes det som regel diverse ytre enheter slik som skjerm, tastatur, skriver og andre inn/ut-enheter.

Regneenheten utfører instruksjoner som hentes fra hukommelsen. Hukommelsen er oppdelt i celler med fast størrelse. Slike celler kalles gjerne maskinord. Lengden av et maskinord måles i antall bit, som er den minste måleenhet for informasjon. Et bit kan enten være på eller av (dvs. ha verdien 0 eller 1). Et maskinord består ofte av et helt antall byte, som består av 8 bit.

Maskinordene har hver sin adresse i hukommelsen, dvs. de er nummerert fra null og oppover. Et maskinord inneholder data som kan fortolkes på ulike måter. Det kan alltid fortolkes som et heltall. Det kan også fortolkes som en instruksjon til regneenheten (eller en del av en slik instruksjon). En annen fortolkningsmulighet er bokstaver eller andre tegn. Alle data i hukommelsen forsvinner når maskinen slås av. Det permanente lageret brukes for å ta vare på informasjon over tid.

Regneenheten styres ved hjelp av maskinprogrammer. Et maskinprogram (eller binærprogram) er en samling instruksjoner som legges inn i hukommelsen. Regneenheten henter inn og utfører en og en instruksjon fra binærprogrammet. En slik instruksjon kan for eksempel gå ut på å hente to tall fra angitte adresser i hukommelsen, addere tallene og til slutt legge resultatet tilbake på en tredje adresse i hukommelsen. Etter at en instruksjon er utført vil regneenheten normalt hente neste instruksjon fra binærprogrammet og utføre denne. Denne syklusen kan brytes ved hjelp av såkalte hoppinstruksjoner.

En hoppinstruksjon vil gi regneenheten beskjed om at neste instruksjon skal hentes fra et annet sted i hukommelsen. På denne måten vil deler av et binærprogram kunne utføres flere ganger ved at regneenheten hopper tilbake i programmet. Hoppinstruksjoner kan være ubetingede og betingede. Betingede hoppinstruksjoner vil bare resultere i et hopp dersom en bestemt betingelse er oppfylt. Betingede hoppinstruksjoner gjør det mulig å lage kompliserte programmer der ulike deler av programmene aktiviseres etterhvert som oppgavene fullføres.