一條程序是由若干運算和操作指令所組成的，每一條指令對應的是機器能夠識別的一個編碼組合，這一個編碼組合經過機器硬件的解釋，會產生一個或者多個運算和操作的電子信號，由信號所到達部位的電子器件遵照執行。指令本身也是一種數據編碼，它與數據一樣都必須存放在計算機中。
進入計算機內部的數據是按照電子管（真空管）這個當時計算機處理計算部件的原理暫時“存儲”在這些“管子”中的，因為這些真空管可以在某種條件下保持一種穩定狀態，數據就根據這種穩定狀態來表示0和1。但是，存儲在這些電子管中的數據是不能持久的，當電源一旦關閉，電子管失去了電壓，也就失去了某種穩定狀態，自然，數據也就丟失了。這些作為計算單元和處理單元的電子管以及後來的晶體管的組合，通過某種方式互聯並建立進位關係，就形成了一種暫存器，在計算機系統中它們被稱為寄存器。根據處理單元的不同，又分別被叫做累加器、移位器等。8個管子或者管子的組合就是一個字節的數據的記錄。
稍後，為了解決指令的集中輸入和一段編寫好的指令組（程序的雛形）的永久保存和重複使用，人們又在特殊材料的紙帶上打上孔，用事先規定好的穿孔格式代表一定的數據編碼，聰明地解決了數據輸入和輸出的問題。
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