Der Computer funktioniert in der Regel nur mit den beiden Komponenten Hardware und Software. Unter der Hardware versteht man alle mechanischen und elektronischen Bauteile eines Computers oder eines an diesem betriebenen Gerätes. Unter der Software wiederum werden alle Programme verstanden, die der Computer abarbeiten kann und alle Daten, auf die er dabei zugreift.

Vorweg sei erwähnt, dass der Computer nur zwei Befehle versteht: Ein und Aus oder Wahr und Falsch. Dies drückt sich im so genannten Binärcode aus, der aus den beiden Zahlen 0 und 1 besteht. So sieht die Zahl 15 im Binärcode zum Beispiel wie folgt aus: 1111, während die Zahl 11 wie folgt geschrieben wird: 1011. Alle Daten und Befehle werden in diesem Binärcode transportiert.

Der Wissenschaftler John von Neumann definierte ein Konzept zur Funktionsweise eines Computers, dabei ist dieses bis heute das Grundprinzip für die Funktionsweise dessen:
1. Ein Computer besteht aus Steuerwerk, Rechenwerk, Speicher und Ein- und Ausgabegeräten.
2. Die Maschine benutzt einen Binärcode.
3. Im Speicher befinden sich das Programm und die Daten, die das Programm verarbeiten.
4. Das Programm ist eine Kette logischer Entscheidungen mittels Binärdarstellung.
5. In Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen können Vorwärts- oder Rückwärtssprünge vorgenommen werden. Die Ausführung eines Sprungs lässt sich von gespeicherten Werten abhängig machen.

Die Komponenten Rechenwerk, Speicher und Steuerwerk bilden in einem modernen Computer die Zentraleinheit (CPU). Bei einem Großrechner unterteilt sich die CPU in den Verarbeitungsprozessor mit Steuerwerk und Rechenwerk, den Ein- und Ausgabeprozessoren, den Kontrollprozessoren und den Arbeitsspeicher. Bei einem Personal Computer (PC) sind Steuerwerk und Rechenwerk im Prozessor verschmolzen. Die CPU ist das Kernstück eines Rechners, denn sie verarbeitet Anweisungen und teilt den anderen Teilen des Computers mit, was zu tun ist. Damit ist sie das Gehirn des Computers und führt alle Befehle aus und verarbeitet die Daten, die der User durch Maus, Tastatur oder andere Eingabegeräte eingibt.

Der Verarbeitungsprozessor besteht aus dem Steuerwerk und dem Rechenwerk und in ihm findet die eigentliche Rechenarbeit statt. Dabei bestimmt das Steuerwerk die Reihenfolge in denen die Befehle abgearbeitet werden müssen und decodiert und analysiert diese. Das Rechenwerk hingegen führt sie schließlich aus. Alle Teile des Prozessors sind so konstruiert worden, das möglichst keine Leerlaufzeiten entstehen, weshalb er über einen Cache – einen Zwischenspeicher – verfügt, in dem Daten aus dem Arbeitsspeicher, die weiter verarbeitet werden sollen und jene, die vom Ein- und Ausgabeprozessor für den Arbeitsspeicher sind, zwischengespeichert werden. Damit verkürzt sich die Arbeitszeit enorm, da der Verarbeitungsprozessor Päckchenweise die Daten aus dem Cache liest oder dort ablegt.

Der Ein- und Ausgabeprozessor ist für den Kontakt der Zentraleinheit mit den Peripheriegeräten zuständig. Zu diesen zählen der Bildschirm, Tastatur, Maus, Drucker, externe Speichermedien und einige mehr. Er gibt sowohl Daten an diese Geräte aus als das er auch diese von ihm entgegennimmt. Damit entlastet er den Verarbeitungsprozessor. Erhält er einen Befehl von diesem, gibt er erst eine Antwort darauf, wenn er die gesamte Befehlskette abgearbeitet hat und dem Prozessor die Daten als Komplettergebnis schnell zur Verfügung stellen kann. Durch das Programm des Ein- und Ausgabeprozessors werden zum Beispiel folgende Tätigkeiten durchgeführt:
- Start von peripheren Geräten
- Steuerung der peripheren Geräte
- Lesen von Daten aus dem Arbeitsspeicher
- Schreiben von Daten auf externe Speicher

Das Rechenwerk dient dazu die Rechenoperationen Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division, sowie logische Operationen wie Und-, Oder-, Nicht-Verknüpfungen durchzuführen. Es wird auch Arithmetik Logic Unit (ALU) genannt. Das Werk erhält vom Steuerwerk die decodierten Befehlsinformationen und die Operanden für die Rechenoperation und gibt die Ergebnisse an dieses wieder zurück. Ein einfaches Rechenwerk umfasst dabei die Teile Register, logische Schaltungen, Addierwerk und Operationssteuerung. In den Registern werden die zu verarbeitenden Daten und Ergebnisse zwischengespeichert, dabei sind dies Speicher, die besonders schnell zu lesen und zu beschreiben sind. Mit Hilfe der logischen Schaltungen und des Addierwerks nimmt das Rechenwerk logische Schlüsse und Berechnungen vor. Die Steuerung des Werks sorgt währenddessen dafür, dass es Rechenoperationen selbstständig durchführt.

Das Steuerwerk hat die Aufgabe den Ablauf der internen Befehlsketten zu leiten und zu beaufsichtigen. Seine Aufgaben sind:
- Übertragung von Daten vom Speicher ins Rechenwerk
- Decodierung und Interpretieren von Befehlen
- Versorgung der an der Verarbeitung beteiligten Systemteile mit Steuersignalen
- Anstoßen des Rechenwerks zur Ausführung einer bestimmten Operation
- Entscheidungsfindung über die Weiterverarbeitung der Rechenergebnisse

Der Arbeitsspeicher (RAM) ist ein Gedächtnisteil des Computers, und Daten und Programme, die dieser verarbeiten soll, befinden sich in ihm. Für die verschiedenen Informationen sind im Speicher verschiedene Bereiche reserviert: Programmspeicher, Datenspeicher, Betriebssystem und Anwendungsprogramme, Eingabedaten, Ausgabedaten und Daten im Verarbeitungsprozess. Dabei unterteilt er sich in eine Vielzahl von Speicherzellen, die alle eine eindeutige Nummer zugewiesen bekommen haben und in der immer eine bestimmte Information gespeichert ist. Somit ist es möglich über die Adresse an eine bestimmte Speicherzelle und somit an die darin enthaltene Information zu gelangen. Am Beginn der Datenverarbeitung werden die Speicherzellen mit den Daten und dem Programm geladen und im Laufe der Verarbeitung von der Zentraleinheit der Reihe nach wieder aus dem Arbeitsspeicher entnommen. Die Ergebnisse legt sie dann wiederum in den Speicherzellen ab und bei der Ausgabe dieser wird der Arbeitsspeicher geleert. Holt die Zentraleinheit dabei Daten oder Programme aus dem Arbeitsspeicher, so liest sie diesen. Überträgt sie die Daten und Anweisungen des Programms jedoch in den Arbeitsspeicher, so beschreibt sie ihn. Die Größe der Speicherkapazität und die Zugriffszeit sind dabei immer von Computer zu Computer unterschiedlich.

Da die Daten im Arbeitsspeicher nicht fest gespeichert werden können, kommt noch ein weiteres Speichermedium im Computer zum Einsatz: der Festwertspeicher (ROM). Hier ist auch das Programm hinterlegt, welches den Computer beim Laden des Betriebssystems unterstützt. Dieses trägt den Namen bootstrap (Stiefelanzieher). Die Betriebsmerkmale des Festwertspeichers lauten wie folgt:
1. Daten können nur gelesen werden. Ein Speichern von Daten während des Betriebes ist nicht möglich.
2. Beim Ausschalten der Versorgungsspannung bleibt der Speicherinhalt unverändert.
3. Nach dem Einschalten der Versorgungsspannung sind Programme im Festwertspeicher sofort verfügbar.
Der ROM enthält als Festwertspeicher die permanenten Ein- und Ausgabebefehle, das so genannte Basic Input Output System (BIOS). Bei einem Neustart werden die nötigen Befehle aus diesem gelesen. Bei einem PC gibt es zudem die besondere Form des ROMs, das Erasable Programmable ROM (EPROM). Dieser Festwertspeicher ermöglicht es, dass man ihn nicht nur lesen, sondern auch beschreiben und wieder löschen kann. Die Verwendung des EPROMs wurde erforderlich, damit der User zu den Grundeinstellungen des Herstellers auch selbst Dinge wie zum Beispiel weitere Festplatten oder die Systemzeit - beim Wechsel zwischen Sommer- und Winterzeit - eintragen kann.

Ein Quarzkristall im Computer dient als Taktgeber, der die Reaktionen der zahllosen Schaltungen synchronisiert. Die aus dem Kristall abgegebenen Impulse steuern zusammen mit anderen Signalen den Rhythmus der Vorgänge im Computer und sorgen dafür, dass die Schaltungen nicht aus dem Gleichtakt kommen. Bei PCs beträgt die Taktrate heute je nach Alter und Bauart ab 400 Megahertz bis weit über drei Gigahertz aufwärts.

Die Schnittstellen sind Übergangsstellen zwischen zwei Bereichen, die die Übertragung der Daten der Zentraleinheit auf alle anderen Bereiche ermöglicht. Damit sich die einzelnen Bereiche verstehen, müssen sie beide über Steuerprogramme verfügen. Zwei Schnittstellen sind dabei beim Computer Mindestanforderung, nämlich eine für die Eingabe und eine für die Ausgabe. Dabei unterscheidet man zwischen seriellen und parallellen Schnittstellen, was bedeutet, das bei Seriellen ein Bit nach dem Anderen übertragen und anschließend gebündelt werden, während die Parallelen acht oder ein vielfaches von acht Bit gleichzeitig auf parallelen Leitungen überträgt. Mittlerweile gibt es jedoch den Universal Serial Bus (USB), der die Schnittstellen weitestgehend abgelöst hat. Die Daten werden seriell, aber in viel größerer Geschwindigkeit übertragen, wobei jedoch die Möglichkeit besteht Geräte hintereinander zu verbinden. Auch Firewire ist ein neues Schnittstellensystem, welches im Gegensatz zum USB auch noch die Möglichkeit bietet Geräte untereinander – ohne PC – miteinander zu verbinden.

Die Sammelleitungen für den Nachrichtentransport bezeichnet man als Bus. Man unterscheidet zwischen:
- den Adressbus für die Speicheradressen
- den Datenbus für die ein- und auszugebende Daten
- Den Steuerbus für die Steueranweisungen
Das Bussystem ist wichtig um beliebige Peripheriegeräte anzuschließen.

Im Laufe der Entwicklung vom Großrechner zum PC wurde der Mikroprozessor entwickelt, der das Rechenwerk und das Steuerwerk in einem vereint. Dieser bildet zusammen mit dem Arbeitsspeicher bereits einen funktionsfähigen Mikrocomputer. Der Mikroprozessor ist der Verstand des Computers und die Leistungsfähigkeit des Mikrocomputers wird durch diesen Prozessor bestimmt.

Der PC ist dem Großrechner sehr ähnlich, jedoch in modularer Bauweise konstruiert, die eine Erweiterung für spezielle Anwendungsgebiete zulässt. Neben dem Prozessor als wichtiger Bestandteil des PCs wird auch das Mother- oder Mainboard als solches genannt. Dieses ist die Hauptplatine und enthält die Grundausstattung des Computersystems. Hier befinden sich alle wichtigen Funktionseinheiten – Mikroprozessor, Takteinheit, ROM, RAM – und die zugehörigen Steuereinheiten und Steckplätze zur Systemerweiterung. Sämtliche Bestandteile der Hauptplatine müssen aufeinander abgestimmt sein, da sonst Hardwarekonflikte auftreten können.

Um sinnvoll mit dem Computer arbeiten zu können benötigt man zudem – neben der Software – noch eine unbestimmte Anzahl an Zusatzgeräten, die als die Peripheriegeräte bezeichnet werden. Dabei unterscheidet man zwischen den Eingabegeräten – wie etwa Tastatur, Maus, Scanner, Lesestift – den Ausgabegeräten – beispielsweise Bildschirm, Drucker, Plotter – und den Speichergeräten – Festplattenlaufwerk, CD-ROM-Laufwerk, und einigen mehr. Mit diesen Geräten übermittelt der User die Daten an den Computer. Wie viele davon an den Computer angeschlossen sind, ist abhängig von der Anzahl der Schnittstellen, die dieser hat. Durch einen so genannten externen Hub kann man dem Computer noch beliebig viele Schnittstellen zur Verfügung stellen, womit beliebig viele Peripheriegeräte angeschlossen werden können.

Doch all die Hardware bei einem Computer nützt nur wenig, wenn man keine Software hat. Nur mit der Software kann man den Computer überhaupt nutzen. Dabei unterscheidet man zwischen der maschinennahen Software, welche die Systemsoftware ist, und der menschennahen Software, die die Anwendungssoftware abdeckt.

Zu der Gruppe der Systemsoftware zählen die Betriebssysteme mit den Benutzeroberflächen, Programmiersprachen und Programme für die Vernetzung von Rechnern – die Kommunikationssoftware. Die Anwendungssoftware lässt sich im groben unterteilen in Individual- und Standardsoftware.

Das Betriebssystem spielt die Schlüsselrolle beim Betrieb eines Computers. Je nach Auswahl des Systems können weitere Anwendungssoftware und Peripheriegeräte genutzt werden. Auch ist die Wahl dessen entscheidend für den Nutzerkomfort. Es gibt Betriebssysteme mit grafischen Benutzeroberflächen wie Windows und Linux, sowie jene, die eine rein textbasierte Benutzeroberfläche haben, wie zum Beispiel DOS – welches heute jedoch kaum noch zum Einsatz kommt.

Das Betriebssystem hilft in erster Linie dabei, das Anwendungsprogramme die Hardware nutzen können. Gleichzeitig stellt es Programme zur Verfügung, die der Anwender selber benutzt, wie zum Beispiel für das kopieren von Daten. Es ist eine Art Vermittler zwischen der Hardware, den Anwendungsprogrammen und dem Benutzer.

Bei der Verbindung zur Hardware ist das Zusammenspiel mit dem Prozessor von entscheidender Bedeutung, dass das Betriebssystem direkt auf den Prozessor abgestimmt sein muss. Das Betriebssystem wird beim Einschalten des Computers gestartet und übernimmt dann die Hauptaufgabe der Steuerung des Datenflusses zwischen der Hardware und der Software. Dazu gehören zum Beispiel folgende Verwaltungsaufgaben:
- die Präsentation der Oberfläche, von der aus andere Programme gestartet werden
- das Kopieren, Löschen, Laden und Speichern von Dateien
- die Übertragung der Daten auf Bildschirm, Drucker und andere Hardwarekomponenten
- die Überprüfung der Funktionsfähigkeit dieser Komponenten
- die Datensicherung
- das Anlegen und Löschen von Verzeichnissen
- das Formatieren von Speichermedien
- das Verwalten des Arbeitsspeichers für die Anwenderprogramme
- das Speichern von Systemeinstellungen
Neben diesen allgemeinen Verwaltungsaufgaben gibt es noch zahlreiche Hilfsprogramme, die das Arbeiten mit Anwendungsprogrammen unterstützen bzw. die Bedienung für den Anwender vereinfachen sollen. Zu ihnen zählt bei Windows zum Beispiel standardmäßig ein Texteditor, ein einfaches Grafikprogramm, Verwaltungsprogramme für den Computer und die Kommunikation mit dem Internet und viele mehr.

Zusammengefasst lässt sich sagen: die Hardware ist das Herzstück eines Computers, das Skelett und die Nervenbahnen mit einem Gehirn in Form des Zentralprozessors. Die Software, in Form der Betriebssysteme, ist das zentrale Nervensystem, dass ein Zusammenspiel des Nutzers mit der Software und der Hardware ermöglicht, steuert und koordiniert.