計算機是可以被指示執行的機器序列的算術或邏輯的電子設備。現代計算機具有遵循稱為程序的通用操作集的能力。這些程序使計算機能夠執行極其廣泛的任務。包括硬件、操作系統（主軟件）和用于“完整”操作的xxx設備在內的“完整”計算機可以稱為計算機系統。該術語也可以用于連接在一起并且一起工作的一組計算機，特別是計算機網絡或計算機集群。

計算機被用作各種工業和消費類設備的控制系統。這包括簡單的專用設備（例如微波爐和遙控器）、工廠設備（例如工業機器人和計算機輔助設計）以及通用設備（例如個人計算機）和移動設備（例如智能手機）。在互聯網的計算機上運行，并將其連接數以億計的其他計算機和它們的用戶。

早期的計算機僅被視為計算設備。自古以來，算盤等簡單的手動設備便可以幫助人們進行計算。在工業xxx初期，人們建造了一些機械設備來使繁瑣的任務自動化，例如織機的引導方式。更先進的電子設備沒有專門的模擬，在20世紀初的計算。第二次世界大戰期間開發了xxx批數字電子計算機。xxx半導體晶體管在1940年代后期再接硅系MOSFET?MOS晶體管和單片集成電路（IC）芯片技術在1950年代后期出現，導致1970年代的微處理器和微計算機xxx。從那時起，計算機的速度、功率和多功能性就得到了飛速的增長，MOS晶體管的數量迅速增長（如摩爾定律所預測），導致了20世紀末至21世紀初的數字xxx。

傳統上，現代計算機包括至少一個處理單元，通常是金屬氧化物半導體（MOS）微處理器形式的中央處理單元（CPU），以及某種類型的計算機存儲器，通常是MOS?半導體存儲芯片。處理元件執行算術和邏輯運算，并且排序和控制單元可以響應于所存儲的信息來改變運算的順序。周邊設備設備包括輸入設備（鍵盤、鼠標、操縱桿等），輸出設備（顯示器屏幕、打印機等）以及執行這兩種功能的輸入/輸出設備（例如2000年代的觸摸屏）。xxx設備允許從外部源檢索信息，并且它們使操作結果得以保存和檢索。

可以通過多種不同方式對計算機進行分類，包括：

• 模擬計算機
• 數碼電腦
• 混合電腦
• 哈佛建筑
• 馮·諾依曼建筑
• 精簡指令集計算機

• 大型機
• 超級計算機
• 小型機
• 微電腦
• 工作站
• 個人電腦
• 筆記本電腦
• 平板電腦
• 手機
• 單板計算機

術語“ 硬件”涵蓋計算機中所有有形的物理對象。電路、計算機芯片、圖形卡、聲卡、內存（RAM）、母板、顯示器、電源、電纜、鍵盤、打印機和“鼠標”輸入設備都是硬件。

通用計算機具有四個主要組件：算術邏輯單元（ALU），控制單元，存儲器以及輸入和輸出設備（統稱為I / O）。這些部件通過總線互連，這些總線通常由成組的電線組成。在這些部件的每個內部都有成千上萬的小型電路，這些電路可以通過電子開關斷開或接通。每個電路代表一個信息位（二進制數字），因此，當電路接通時，它代表“ 1”，而當電路斷開時，它代表“ 0”（以正邏輯表示）。電路布置在邏輯門，以便一個或多個電路可以控制一個或多個其他電路的狀態。

當借助輸入設備將未處理的數據發送到計算機時，數據將被處理并發送到輸出設備。輸入設備可以是手動的或自動化的。處理的行為主要由CPU調節。輸入設備的一些示例是：

• 計算機鍵盤
• 數碼相機
• 數字視頻
• 圖形輸入板
• 影像掃描儀
• 游戲桿
• 麥克風
• 老鼠
• 覆蓋鍵盤
• 實時時鐘
• 軌跡球
• 觸摸屏

計算機提供輸出的方式稱為輸出設備。輸出設備的一些示例是：

• 電腦顯示器
• 打印機
• 電腦音箱
• 投影機
• 聲卡
• 顯卡

控制單元（通常稱為控制系統或中央控制器）管理計算機的各種組件。它讀取并解釋（解碼）程序指令，將其轉換為激活計算機其他部分的控制信號。高級計算機中的控制系統可能會更改某些指令的執行順序，以提高性能。

所有CPU共有的關鍵組件是程序計數器，它是一種特殊的存儲單元（寄存器），用于跟蹤要從中讀取下一條指令的存儲器中的哪個位置。

控制系統的功能如下-請注意，這是一個簡化的描述，其中某些步驟可以根據CPU的類型同時執行或以不同的順序執行：

1. 從程序計數器指示的單元中讀取下一條指令的代碼。
2. 將指令的數字代碼解碼為每個其他系統的一組命令或信號。
3. 遞增程序計數器，使其指向下一條指令。
4. 從內存中的單元（或從輸入設備）讀取指令需要的任何數據。該所需數據的位置通常存儲在指令代碼中。
5. 提供必要的數據到ALU或寄存器。
6. 如果指令需要ALU或專用硬件來完成，請指示硬件執行請求的操作。
7. 將結果從ALU寫回到存儲位置或寄存器或輸出設備。
8. 跳回到步驟（1）。

由于程序計數器（從概念上來說）只是另一組存儲單元，因此可以通過ALU中的計算來更改它。將100加到程序計數器將導致從程序下方100個位置讀取下一條指令。修改程序計數器的指令通常稱為“跳轉”，它們允許循環（由計算機重復的指令）和有條件的指令執行（均為控制流示例）。

控制單元處理一條指令的操作順序本身就像一個簡短的計算機程序，實際上，在某些更復雜的CPU設計中，還有另一臺更小的計算機稱為微序列器，該計算機運行一個微代碼程序，導致所有這些事件都會發生。

控制單元，ALU和寄存器統稱為中央處理單元（CPU）。早期的CPU由許多單獨的組件組成。自1970年代以來，CPU通常構建在稱為微處理器的單個MOS集成電路芯片上。

ALU能夠執行兩類操作：算術和邏輯。^[96]特定ALU支持的一組算術運算可能僅限于加法和減法，或者可能包括乘法，除法，三角函數（例如正弦，余弦等）和平方根。有些只能對整數（整數）進行運算，而另一些只能使用浮點數來表示實數，盡管精度有限。但是，任何能夠執行最簡單操作的計算機都可以進行編程，以將更復雜的操作分解為可以執行的簡單步驟。因此，可以對任何計算機進行編程以執行任何算術運算，盡管如果其ALU不直接支持該運算，則將花費更多時間。ALU也可以比較數字并返回布爾真值（真或假），具體取決于一個值是否等于，大于或小于另一個值（“ 64是否大于65？”）。邏輯運算涉及布爾邏輯：AND，OR，XOR和NOT。這些對于創建復雜的文件很有用條件語句和處理布爾邏輯。

超標量計算機可能包含多個ALU，使它們可以同時處理多個指令。具有SIMD和MIMD功能的圖形處理器和計算機通常包含可以對矢量和矩陣執行算術運算的ALU?。

可以將計算機的內存視為可以放置或讀取數字的單元格列表。每個單元都有一個編號的“地址”，并且可以存儲一個數字。可以指示計算機“將數字123放入編號為1357的單元格中”或“將單元格1357中的數字添加到單元格2468中的數字并將答案放入單元格1595中”。存儲在存儲器中的信息實際上可以代表任何東西。字母，數字甚至計算機指令都可以輕松地放入內存中。由于CPU不會區分不同類型的信息，因此軟件有責任對內存所看成的東西（除一系列數字外）賦予重要性。

在幾乎所有現代計算機中，每個存儲單元都設置為以八位為一組（稱為字節）存儲二進制數。每個字節能夠代表256個不同的數字（2?⁸?= 256）；從0到255或-128到+127。為了存儲更大的數字，可以使用幾個連續的字節（通常為兩個，四個或八個）。當需要負數時，它們通常以二進制補碼表示。其他安排也是可能的，但通常不會在特殊應用程序或歷史背景之外看到。如果可以用數字表示，則計算機可以將任何種類的信息存儲在內存中。現代計算機具有數十億甚至數萬億字節的內存。

CPU包含一組稱為寄存器的特殊存儲單元，與主存儲區相比，該存儲單元的讀寫速度更快。根據CPU的類型，通常有兩個到一百個寄存器。寄存器用于最常需要的數據項，以避免每次需要數據時都必須訪問主存儲器。隨著數據的不斷處理，減少訪問主存儲器的需求（與ALU和控制單元相比，訪問速度通常很慢）xxx提高了計算機的速度。

計算機主內存有兩個主要種類：

• 隨機存取存儲器或RAM
• 只讀存儲器或ROM

RAM可以在CPU命令時隨時對其進行讀寫，但是ROM中預加載了永不更改的數據和軟件，因此CPU只能從中讀取RAM。ROM通常用于存儲計算機的初始啟動指令。通常，關閉計算機電源會擦除RAM的內容，但ROM會無限期地保留其數據。在PC中，ROM包含一個稱為BIOS的專用程序，該程序可在每次打開或重置計算機時將其操作系統從硬盤驅動器加載到RAM中。在通常沒有磁盤驅動器的嵌入式計算機中，所有必需的軟件都可以存儲在ROM中。ROM中存儲的軟件通常稱為固件，因為從概念上講它更像是硬件而不是軟件。閃存模糊了ROM和RAM之間的區別，因為閃存在關閉時會保留其數據，而且還是可擦寫的。但是，它通常比常規的ROM和RAM慢得多，因此它的使用僅限于不需要高速的應用。

在更復雜的計算機中，可能存在一個或多個RAM?高速緩存存儲器，它們比寄存器慢，但比主存儲器快。通常，具有這種緩存的計算機被設計為自動將經常需要的數據自動移入緩存，而無需程序員的任何干預。

I / O是計算機與外界交換信息的方式。為計算機提供輸入或輸出的設備稱為xxx設備。在典型的個人計算機上，xxx設備包括諸如鍵盤和鼠標之類的輸入設備，以及諸如顯示器和打印機之類的輸出設備。硬盤驅動器、軟盤驅動器和光盤驅動器同時用作輸入和輸出設備。計算機網絡是I / O的另一種形式。I / O設備本身就是帶有計算機和CPU的復雜計算機。一個圖形處理單元可能包含五十臺或更多的小型計算機，這些計算機進行顯示3D圖形所需的計算。現代臺式計算機包含許多較小的計算機該輔助主CPU在執行I / O。2016年代的純平顯示器包含其自己的計算機電路。

雖然一臺計算機可能被視為運行著存儲在其主存儲器中的一個巨大程序，但在某些系統中，有必要同時運行多個程序。這是通過多任務實現的，即讓計算機在依次運行每個程序之間快速切換。完成此操作的一種方法是使用稱為中斷的特殊信號，這可能會導致計算機定期停止執行指令，而執行其他操作。通過記住中斷之前執行的位置，計算機可以稍后返回該任務。如果多個程序“同時”運行。則中斷生成器可能每秒造成數百次中斷，從而每次導致程序切換。由于現代計算機通常執行指令的速度比人類感知的速度快幾個數量級，因此即使在給定的瞬間只有一個程序正在執行，許多程序可能同時運行。這種多任務處理方法有時被稱為“分時”，因為依次為每個程序分配了一個“時間片”。

在廉價計算機時代來臨之前，多任務處理的主要用途是允許許多人共享同一臺計算機。看起來，多任務處理將使在多個程序之間切換的計算機運行得更慢，這與它正在運行的程序數量成正比，但是大多數程序會花費大量時間等待緩慢的輸入/輸出設備完成任務。如果程序正在等待用戶單擊鼠標或按鍵盤上的鍵，則它將不會花費“時間片”，直到發生了它正在等待的事件。這樣可以騰出時間執行其他程序，以便可以同時運行許多程序而不會造成不可接受的速度損失。

一些計算機被設計為在多處理配置中跨多個CPU分配其工作，該技術曾經僅在大型計算機中使用，例如超級計算機、大型計算機和服務器。多處理器和多核（在單個集成電路上具有多個CPU）的個人和膝上型計算機現已廣泛可用，并且因此在低端市場中得到越來越多的使用。

特別是超級計算機通常具有高度獨特的體系結構，這些體系結構與基本的存儲程序體系結構和通用計算機顯著不同。它們通常具有數千個CPU，定制的高速互連和專用的計算硬件。由于需要一次成功地成功利用大多數可用資源的大規模程序組織，此類設計僅對特殊任務有用。超級計算機通常會在大規模仿真，圖形渲染和加密應用程序以及其他所謂的“?令人尷尬的并行?”任務中使用。

一臺計算機不需要是電子的，甚至不需要處理器、RAM、甚至硬盤。雖然“計算機”一詞的流行用法是個人電子計算機的代名詞，但現代計算機的定義實際上是：“?一種計算設備，特別是可編程的[通常]執行高速數xxx算或運算的電子機器。邏輯運算，或用于匯編，存儲，關聯或以其他方式處理信息的邏輯運算。” 處理信息的任何設備都可以視為計算機，特別是在處理目的明確的情況下。

正在進行積極的研究以使計算機使用許多有前途的新型技術，例如光學計算機、DNA計算機、神經計算機和量子計算機。大多數計算機是通用的，并且能夠計算任何可計算的函數，并且僅受其內存容量和運行速度的限制。但是，針對特定問題，不同的計算機設計可以提供截然不同的性能。例如，量子計算機可能會非常快地破壞某些現代加密算法（通過量子分解）。

有許多類型的計算機體系結構：

• 量子計算機與化學計算機
• 標量處理器與矢量處理器
• 非統一內存訪問（NUMA）計算機
• 注冊機與堆疊機
• 哈佛架構與馮·諾依曼架構
• 蜂窩架構

在所有這些抽象機器中，量子計算機最有希望革新計算。邏輯門是一種常見的抽象概念，可以應用于上述大多數數字或模擬范例。存儲和執行稱為程序的指令列表的能力使計算機極為靈活，從而將它們與計算器區分開來。該教會圖靈論題是這種多功能性的數學聲明：與任何計算機最低能力（即圖靈完備），在原則上，能夠執行任何其他計算機可以執行相同的任務。因此，任何類型的計算機（只要有足夠的時間和存儲容量、上網本、超級計算機、蜂窩自動機等）就可以執行相同的計算任務。

計算機將完全按照編程的方式解決問題，而不考慮效率，替代解決方案，可能的快捷方式或代碼中可能的錯誤。學習和適應的計算機程序是人工智能和機器學習新興領域的一部分。基于人工智能的產品通常分為兩大類：基于規則的系統和模式識別系統。基于規則的系統試圖代表人類專家使用的規則，并且開發起來往往很昂貴。基于模式的系統使用有關問題的數據來生成結論。基于模式的系統的示例包括語音識別、字體識別、翻譯和在線營銷的新興領域。