Grunnleggende elementer i et datasystem

Datamaskiner er maskiner for generell bruk som er designet for å følge instruksjoner for å fullføre databehandlingsoppgaver. Selv om den spesifikke arkitekturen til forskjellige typer datamaskiner kan være forskjellig, klarer alle datamaskiner databehandling ved hjelp av fem grunnleggende elementer i datasystemet: input, output, datapath, control og memory. Hvert av disse elementene er knyttet til én eller flere maskinvareenheter som er innebygd i datamaskinen eller koblet eksternt.

Kommunikasjon med omverdenen skjer gjennom datasystemets input- og output-elementer. Data legges inn i en datamaskin gjennom eksterne maskinvareenheter som mus, tastaturer, berøringsskjermer og lagringsenheter. Når data er behandlet, kan de konverteres til et menneskelig lesbart format for utdata til enheter som skrivere, skjermer, høyttalere eller hodetelefoner. Datamaskinen kan også konvertere data til andre utdataformater, for eksempel elektriske signaler for styring av automatisert utstyr.

Datapath-elementet er bygd opp av flere enheter som utfører databehandling innenfor CPU (Central Processing Unit), som ofte omtales som hjernen til datamaskinen. CPU tolker programmeringsinstruksjoner og kontrollerer interne og eksterne enheter. En av de viktigste enhetene i CPUen er ALU (aritmetic logic unit), som utfører aritmetiske og logiske operasjoner på data. Noen datamaskiner har en dedikert grafikkbehandlingsenhet (GPU) for å støtte høyhastighetsvisning av komplekse visuelle bilder. Databanen inneholder også kretser og registre som sporer systemtilstander, for eksempel programtelleren for programvaren som kjører for øyeblikket.

Kontrollelementet til datamaskinen er ansvarlig for bevegelse av data mellom minne og CPU. Dette elementet koordinerer utførelsen av programinstruksjoner med alle de andre elementene i datasystemet ved å gi timing og kontrollsignaler. Jobben til kontrollelementet gjøres av kontrollenheten (CU), som på de fleste moderne datamaskiner er en del av CPU. Kontrollenheten beskrives ofte som datamaskinens sentralnervesystem.

Datamaskiner bruker både internt og eksternt minne når de utfører operasjoner. Internminne brukes til å holde programvareinstruksjonene og relaterte data for programmer som kjøres for øyeblikket. Internminne består av RAM (Random Access Memory), som er midlertidig fordi det bare beholder data mens strømmen er på. Når datamaskinen er slått av, tømmes minnet. Data som ikke brukes av datamaskinen, lagres vanligvis i eksternt minne på enheter som harddisker og flash-stasjoner.