冯·诺依曼结构(Von Neumann architecture)是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的计算机设计概念结构。冯·诺依曼结构隐约指导了将存储设备与中央处理器分开ß的概念，因此依本结构设计出的计算机又称存储程序计算机，这也是目前大多数计算机设计的主要参考原则。

最早的计算机器仅内含固定用途的程序。现代的某些计算机依然维持这样的设计方式，通常是为了简化或教育目的。例如一个计算器仅有固定的数学计算程序，它不能拿来当作文字处理软件，更不能拿来玩游戏。若想要改变此机器的程序，你必须更改线路、更改结构甚至重新设计此机器。当然最早的计算机并没有设计的那么可编程。当时所谓的“重写程序”很可能指的是纸笔设计程序步骤，接着制订工程细节，再施工将机器的电路配线或结构改变。

而存储程序型计算机的概念改变了这一切。借由创造一组指令集结构，并将所谓的运算转化成一串程序指令的运行细节，可让程序运行时自我修改程序的运算内容，让此机器更有弹性。借着将指令当成一种特别类型的静态数据，一台存储程序型计算机可轻易改变其程序，并在程控下改变其运算内容。 冯·诺伊曼结构与存储程序型计算机是互相通用的名词。而哈佛结构则是一种将程序数据与普通数据分开存储的设计概念，但是它并未完全突破冯.诺伊曼架构。

CPU执行原理

CPU的主要运作原理，不论其外观，都是执行储存于被称为程序里的一系列指令。在此讨论的是遵循普遍的冯·诺伊曼结构(von Neumann architecture)设计的装置。程序以一系列数字储存在计算机存储器中。差不多所有的冯·诺伊曼CPU的运作原理可分为四个阶段：提取、解码、执行和写回。

(1)提取

从程序内存中检索指令(为数值或一系列数值)。由程序计数器指定程序存储器的位置，程序计数器保存供识别目前程序位置的数值。换言之，程序计数器记录了CPU在目前程序里的踪迹。提取指令之后，PC根据指令式长度增加存储器单元[iwordlength]。指令的提取常常必须从相对较慢的存储器查找，导致CPU等候指令的送入。这个问题主要被论及在现代处理器的缓存和管线化架构。

(2)解码

CPU根据从存储器提取到的指令来决定其执行行为。在解码阶段，指令被拆解为有意义的片断。根据CPU的指令集架构(ISA)定义将数值解译为指令[isa]。一部分的指令数值为运算码，其指示要进行哪些运算。其它的数值通常供给指令必要的信息

(3)执行

在提取和解码阶段之后，接着进入执行阶段。该阶段中，连接到各种能够进行所需运算的CPU部件。例如，要求一个加法运算，算术逻辑单元将会连接到一组输入和一组输出。输入提供了要相加的数值，而且在输出将含有总和结果。ALU内含电路系统，以于输出端完成简单的普通运算和逻辑运算(比如加法和比特运算)。如果加法运算产生一个对该CPU处理而言过大的结果，在标志寄存器里，溢出标志可能会被设置