冯·诺依曼架构，又称普林斯顿架构，是一种经典的计算机体系结构，由美籍匈牙利数学家约翰·冯·诺依曼在1945年提出的。这一架构奠定了现代通用计算机的基础，并对后续计算机科学与工程的发展产生了深远影响。冯·诺依曼架构的核心特点如下：
1. 存储程序概念:
计算机不仅用于数据处理，还能存储即将执行的程序指令。这意味着计算机在启动后，无需人工干预即可自动执行预置在存储器中的指令序列。这种设计极大地简化了计算过程，使得计算机能够自我引导并完成复杂的计算任务。
2. 单一存储空间:
冯·诺依曼架构使用单一的存储器（通常指主存）来存储程序指令和数据。指令和数据共享同一地址空间，可以通过相同的总线和访问机制进行读取和写入。这使得指令和数据在物理上虽处于同一存储介质中，但在逻辑上通过地址区分。
3. 顺序执行:
计算机按照预先存储的指令序列（程序计数器PC指向的地址顺序）逐条取出指令并执行。通常情况下，指令的执行是顺序进行的，除非遇到分支、跳转等控制转移指令改变程序执行流程。
4. 五大基本组成部分:
冯·诺依曼架构定义了计算机系统的五个核心组成部分：
- 运算器 (Arithmetic Logic Unit, ALU)：负责执行算术运算（加减乘除等）和逻辑运算（与、或、非等）。
- 控制器 (Control Unit, CU)：负责解释指令、控制各个部件协调工作，并根据指令内容更新程序计数器（PC）以确定下一条指令的地址。
- 存储器 (Memory)：用于存储程序指令和数据，包括程序代码、中间结果、输入数据和输出数据。
- 输入设备 (Input Devices)：如键盘、鼠标、扫描仪等，用于将外部信息转化为计算机可以识别和处理的数字信号。
- 输出设备 (Output Devices)：如显示器、打印机、扬声器等，用于将计算机处理结果以人类可感知的形式输出。
5. 二进制逻辑:
计算机内部的所有数据、指令和状态都采用二进制形式表示，这是因为二进制系统具有简洁、易于硬件实现、便于进行逻辑运算的优点。
6. 总线系统:
各部件通过总线系统（如地址总线、数据总线、控制总线）进行通信和数据传输。总线架构使得各部件间的信息交换标准化、模块化，有利于系统的扩展和升级。
7. 存储器层次结构:
现代冯·诺依曼架构计算机还包含多层次的存储系统，如高速缓存（Cache）、主存（RAM）以及外部存储设备（如硬盘、固态硬盘等），形成存储器层次结构，以平衡访问速度、容量和成本。
8. 指令集架构 (ISA):
冯·诺依曼架构的计算机采用特定的指令集架构（ISA），定义了一组可供程序员使用的指令集，这些指令描述了计算机所能执行的基本操作。ISA是软件与硬件之间的接口，决定了程序如何被翻译成机器可以理解并执行的指令序列。
尽管冯·诺依曼架构在过去的几十年里一直是主流，但随着技术进步和新应用需求的出现，一些现代计算机系统引入了对冯·诺依曼架构的扩展或变种，如多核处理器、超标量处理器、多线程技术、硬件加速器等，以进一步提升性能、效率和并行处理能力。此外，诸如哈佛架构等非冯·诺依曼架构也在特定领域（如嵌入式系统）得到应用，以满足特定性能需求。然而，即便如此，冯·诺依曼架构的基本思想——存储程序、单一存储空间、顺序执行等原则——仍然构成了现代计算机系统的核心基础。
