現代的電腦無論其運算速度如何，只要是單一處理器(CPU，Central Processing Unit)，都可以用下面的圖形來說明其基本架構， 至於多處理器電腦系統本文不予討論 。
各部分的功能如下所述:
Memory(記憶體): 可分成很多個小格子，每個格子都可存放一筆資料。有時也可稱為Main Memory(主記憶體)
I/O interface(輸出入介面): 是電腦和外界的窗口，可以從外界輸入(Input)資料，或將資料輸出(Output)到外界。常見的輸入裝置如鍵盤，滑鼠;常見的輸出裝置如螢幕，印表機。
Control Unit(控制單元): 負責指令的擷取和解釋
ALU(Arithmetic and Logic Unit， 算數與邏輯單元): 負責算數與邏輯指令的實際執行工作，裡面有一些記憶體供計算所需，特別稱為Register(暫存器)。暫存器的數量隨硬體而不同，此處說明用的虛擬電腦只有一個暫存器。 一般常見的暫存器則有
在上圖的機器中共有100個記憶體可用，每個記憶體可以存放3個數字。Control Unit， ALU， Program Counter在現代的硬體設計裡多做在一起，稱為CPU(Central Processing Unit)。Pentium 4就是Intel這家公司的CPU產品。
電腦執行一個機器指令的步驟為:
Fetch(擷取指令): 由Control Unit讀取Program Counter的內容，根據Program Counter的數值去相對應的Memory抓指令
Decode(解碼): 抓到的指令經Control Unit判讀，決定要如何執行該指令
Execute(執行): 在ALU(Alrithmetic and Logic Unit)裡執行該指令
Write(寫回): 更改Program Counter的內容
虛擬機器的指令集
不同的CPU其設計的指令集也不同，最常見的x86系列CPU(Pentium 4即屬於該系列)，其指令集包括幾百個指令。一般而言，電腦指令可以分類為下面幾類:
資料複製: 將暫存器的複製到主記憶體(STORE)，將主記憶體複製到暫存器(LOAD)
算數運算: 如加減乘除
邏輯運算: 判斷條件是否成立，如大於，小於，等於
更改Program Counter
輸出入
為說明起見，我們定義以下的虛擬機器指令集：
虛擬機器的指令的格式:由3個數字組成，第一個數字代表指令，後面兩個數字代表記憶體的地址。機器指令執行時會改變某些記憶體(含Program Counter以及暫存器等CPU內部的記憶體，以及Main Memory)的內容，而這些記憶體就決定了指令執行的結果。換句話說，電腦不記得過去，也不知道未來，他只能透過記憶體的內容知道現在的情況。
指令0--LOAD XX
將XX記憶體的內容複製到暫存器內，然後將Program Counter加1
指令1--STORE XX
將暫存器的內容複製到XX記憶體，然後將Program Counter加1
指令2--ADD XX
將記憶體XX的內容與暫存器內的數值相加，結果放在暫存器上，然後Program Counter加1
指令3--SUB XX
將暫存器內的數值減掉記憶體XX的內容，結果放在暫存器上，然後Program Counter加1
指令4--JUMP XX
將Program Counter的內容改為XX
指令5--SKIP
若暫存器的內容>=0，則把Program Counter+1，否則把Program Counter+2
指令6--INPUT
由輸入裝置讀入資料放到暫存器上，然後將Program Counter+1
指令7--OUTPUT
由暫存器將資料送到輸出裝置，然後Program Counter +1
指令8--CALL XX
將(Program Counter+1)放到堆疊上，然後Program Counter的內容改成XX
指令9--RETURN
由堆疊上取出一個數值，然後將Program Counter的內容改成此數值
指令10--HALT
程式停止執行
附註:
所謂堆疊(Stack)是一個上方只有一個開口的容器，當要把資料放入堆疊時，是放在堆疊的最上面，當要從堆疊拿資料時，是從最上面拿。放入的動作稱為push，拿出來的動作稱為pop。 由於只有一個開口，你可以觀察到先放進去的資料會最後拿出來(Firt In Last Out，FILO).例如依序push 1，2，3，4四個數字，然後再pop四次，你會發現拿出來的順序是4，3，2，1 。只要符合FILO特性的容器，就可稱為堆疊。電腦內部的Stack是用Main Memory來模擬的。
以下是以虛擬機器語言所寫的兩數字相加程式，--後面的部分是註解，是給人看的，電腦不予處理:
INPUT -- 輸入數字到暫存器，program counter+1
STORE 99 -- 將暫存器的內容複製到記憶體99的地方，program counter+1
INPUT -- 輸入數字到暫存器，program counter+1
ADD 99 -- 將記憶體99的內容加到暫存器，program counter+1
OUTPUT -- 將暫存器的內容輸出，program counter+1
HALT -- 程式停止執行
計算abs(x-y)
INPUT -- 輸入數字到暫存器，program counter+1
STORE 98 -- 將暫存器的內容複製到記憶體98的地方，program counter+1
INPUT -- 輸入數字到暫存器，program counter+1
STORE 99 -- 將暫存器的內容複製到記憶體99的地方，program counter+1
SUB 98 -- 將暫存器的內容減掉記憶體98的內容，program counter+1
SKIP -- 如果暫存器的內容>= 0則program counter+1;否則program coounter+2
JUMP 9 -- 將program counter設為9，也就是跑到第9行的OUT指令
LOAD 98 -- 將記憶體98的內容複製到暫存器，program counter+1
SUB 99 -- 將暫存器的內容減掉記憶體99的內容 ，program counter+1
OUTPUT -- 將暫存器的內容輸出, program counter + 1
HALT -- 程式停止執行
呼叫函數將兩個數字相加的範例
INPUT -- 輸入數字到暫存器，program counter+1
STORE 99 -- 將暫存器的內容複製到記憶體99，program counter+1
INPUT -- 輸入數字到暫存器，program counter+1
STORE 98 -- 將暫存器的內容複製到記憶體98，program counter+1
CALL 07 -- 將program counter+1(也就是5)放到堆疊上 ，program counter改為07
OUTPUT -- 將暫存器的內容輸出, program counter + 1
HALT -- 結束程式
LOAD 99 -- 將記憶體99的內容複製到暫存器上，program counter+1
ADD 98 -- 將暫存器的內容加上記憶體98的內容，program counter+1
RETURN -- 由堆疊取出一個數值(目前最上面的為5)，並將program counter設為該數值
Software development process
撰寫程式的流程如下圖，所需要的工具包括Text Editor，Preprocessor，Compiler，Linker等四種
Text Editor:程式設計師利用此工具編輯(Edit)Source code file(Text Format), 也就是說產生.c檔的工具。
Preprocessor:結合Source code file(.c檔)和零到多個Header files(.h檔)，經過編輯(Edit)後成為另一個修改過的Source code file。
Compiler:將source code編譯(compile)產生Object code file(.o檔, Binary Format)，同一個作業平台的Object code格式相同，也就是說Object code file可以由不同程式語言的Compiler產生。
Linker:將幾個Object code files連結(link)產生一個可執行檔(.exe檔)。
如果你的開發環境是在Windows上，下面有關vi和gcc的說明可以跳過。
在Unix作業系統內，最常見的Text Editor是vi。
Preprocessor，Compiler和Linker可以是三個不同的程式，也可以包成一個。Unix作業系統上最常見的C語言開發環境是gcc(GNU C Compiler)，他把Preprocessor，Compiler和Linker三個功能合在一起以方便使用。最簡便的用法是:
gcc hello.c
若hello.c完全沒有錯誤，則以上命令會產生一個執行檔a.out，在命令列下打a.out即可觀察你所寫程式的執行結果。有時候若你設定的環境變數不對，則可能出現Command Not Found的錯誤，此時你可輸入./a.out。若不想讓gcc編譯出來的執行檔叫做a.out，則可下達以下命令:
gcc -o exename hello.c
撰寫大型程式時，很可能會有多個.c的原始程式檔，假設他們的名稱是source1.c， source2.c， source3.c...如果要個別編譯這些source code，則下達如下命令:
gcc -c source1.c
若編譯成功，會產生source1.o的檔案。要將數個Object Code連結成為一個可執行檔，則下達以下命令:
gcc source1.o source2.o source3.o
至於Windows作業系統上的程式編寫環境，最常使用的是Microsoft Visual Studio，裡面就包含了Visual C++的開發環境。因為C++可視為C語言的父集合，因此你也可以用Visual C++來開發C程式。這類視覺化的開發工具(Dev C++也是其中一種)，已經把Text Editor， Preprocessor， Compiler， Linker整合在一起， 並包括Project Management(專案管理)等功能， 因此這類工具又稱為Integrated Development Environment(IDE，整合開發環境)。