一条程序是由若干运算和操作指令所组成的，每一条指令对应的是机器能够识别的一个编码组合，这一个编码组合经过机器硬件的解释，会产生一个或者多个运算和操作的电子信号，由信号所到达部位的电子器件遵照执行。指令本身也是一种数据编码，它与数据一样都必须存放在计算机中。
进入计算机内部的数据是按照电子管（真空管）这个当时计算机处理计算部件的原理暂时“存储”在这些“管子”中的，因为这些真空管可以在某种条件下保持一种稳定状态，数据就根据这种稳定状态来表示0和1。但是，存储在这些电子管中的数据是不能持久的，当电源一旦关闭，电子管失去了电压，也就失去了某种稳定状态，自然，数据也就丢失了。这些作为计算单元和处理单元的电子管以及后来的晶体管的组合，通过某种方式互联并建立进位关系，就形成了一种暂存器，在计算机系统中它们被称为寄存器。根据处理单元的不同，又分别被叫做累加器、移位器等。8个管子或者管子的组合就是一个字节的数据的记录。
稍后，为了解决指令的集中输入和一段编写好的指令组（程序的雏形）的永久保存和重复使用，人们又在特殊材料的纸带上打上孔，用事先规定好的穿孔格式代表一定的数据编码，聪明地解决了数据输入和输出的问题。