馮·諾依曼結(jié)構(gòu)也稱普林斯頓結(jié)構(gòu)，是一種將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)。程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，因此程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同，如英特爾公司的8086中央處理器的程序指令和數(shù)據(jù)都是16位寬。

　　說(shuō)到計(jì)算機(jī)的發(fā)展，就不能不提到美國(guó)科學(xué)家馮·諾依曼。從20世紀(jì)初，物理學(xué)和電子學(xué)科學(xué)家們就在爭(zhēng)論制造可以進(jìn)行數(shù)值計(jì)算的機(jī)器應(yīng)該采用什么樣的結(jié)構(gòu)。人們被十進(jìn)制這個(gè)人類習(xí)慣的計(jì)數(shù)方法所困擾。所以，那時(shí)以研制模擬計(jì)算機(jī)的呼聲更為響亮和有力。20世紀(jì)30年代中期，美國(guó)科學(xué)家馮·諾依曼大膽的提出：拋棄十進(jìn)制，采用二進(jìn)制作為數(shù)字計(jì)算機(jī)的數(shù)制基礎(chǔ)。同時(shí)，他還說(shuō)預(yù)先編制計(jì)算程序，然后由計(jì)算機(jī)來(lái)按照人們事前制定的計(jì)算順序來(lái)執(zhí)行數(shù)值計(jì)算工作。

　　人們把馮·諾依曼的這個(gè)理論稱為馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)。從EDVAC到當(dāng)前最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)都采用的是馮諾依曼體系結(jié)構(gòu)。所以馮·諾依曼是當(dāng)之無(wú)愧的數(shù)字計(jì)算機(jī)之父。

　　人們把利用這種概念和原理設(shè)計(jì)的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)稱為“馮。諾曼型結(jié)構(gòu)”計(jì)算機(jī)。馮。諾曼結(jié)構(gòu)的處理器使用同一個(gè)存儲(chǔ)器，經(jīng)由同一個(gè)總線傳輸

　　結(jié)構(gòu)

　　使用馮·諾伊曼結(jié)構(gòu)的中央處理器和微控制器有很多。除了上面提到的英特爾公司的8086，英特爾公司的其他中央處理器、ARM的ARM7、MIPS公司的MIPS處理器也采用了馮·諾依曼結(jié)構(gòu)。

　　1945年，馮·諾依曼首先提出了“存儲(chǔ)程序”的概念和二進(jìn)制原理，后來(lái)，人們把利用這種概念和原理設(shè)計(jì)的電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)稱為“馮·諾依曼型結(jié)構(gòu)”計(jì)算機(jī)。馮·諾依曼結(jié)構(gòu)的處理器使用同一個(gè)存儲(chǔ)器，經(jīng)由同一個(gè)總線傳輸。

　　馮·諾曼結(jié)構(gòu)處理器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：必須有一個(gè)存儲(chǔ)器；必須有一個(gè)控制器；必須有一個(gè)運(yùn)算器，用于完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；必須有輸入和輸出設(shè)備，用于進(jìn)行人機(jī)通信。

　　特點(diǎn)馮。諾依曼結(jié)構(gòu)處理器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

　　1：必須有一個(gè)存儲(chǔ)器；2：必須有一個(gè)控制器；3：必須有一個(gè)運(yùn)算器，用于完成算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算；4：必須有輸入設(shè)備和輸出設(shè)備，用于進(jìn)行人機(jī)通信。：另外，程序和數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)并在程序控制下自動(dòng)工作

　　功能

　　根據(jù)馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成的計(jì)算機(jī)，必須具有如下功能：

　　把需要的程序和數(shù)據(jù)送至計(jì)算機(jī)中。

　　必須具有長(zhǎng)期記憶程序、數(shù)據(jù)、中間結(jié)果及最終運(yùn)算結(jié)果的能力。

　　能夠完成各種算術(shù)、邏輯運(yùn)算和數(shù)據(jù)傳送等數(shù)據(jù)加工處理的能力。

　　能夠按照要求將處理結(jié)果輸出給用戶。

　　為了完成上述的功能，計(jì)算機(jī)必須具備五大基本組成部件，

　　包括：

　　輸入數(shù)據(jù)和程序的輸入設(shè)備；

　　記憶程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器；

　　完成數(shù)據(jù)加工處理的運(yùn)算器；

　　控制程序執(zhí)行的控制器；

　　輸出處理結(jié)果的輸出設(shè)備。

　　瓶頸

　　將CPU與內(nèi)存分開(kāi)并非十全十美，反而會(huì)導(dǎo)致所謂的馮·諾伊曼瓶頸（von Neumann bottleneck）：在CPU與內(nèi)存之間的流量（資料傳輸率）與內(nèi)存的容量相比起來(lái)相當(dāng)小，在現(xiàn)代電腦中，流量與CPU的工作效率相比之下非常小，在某些情況下（當(dāng)CPU需要在巨大的資料上執(zhí)行一些簡(jiǎn)單指令時(shí)），資料流量就成了整體效率非常嚴(yán)重的限制。CPU將會(huì)在資料輸入或輸出內(nèi)存時(shí)閑置。由于CPU速度以及內(nèi)存容量的成長(zhǎng)速率遠(yuǎn)大于雙方之間的流量，因此瓶頸問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。而馮·諾伊曼瓶頸是約翰·巴科斯在1977年ACM圖靈獎(jiǎng)得獎(jiǎng)致詞時(shí)第一次出現(xiàn)，根據(jù)巴科斯所言：

　　“……確實(shí)有一個(gè)變更儲(chǔ)存裝置的方法，比借由馮·諾伊曼瓶頸流通大量資料更為先進(jìn)。瓶頸這詞不僅是對(duì)于問(wèn)題本身資料流量的敘述，更重要地，也是個(gè)使我們的思考方法局限在‘一次一字符’模式的智能瓶頸。它使我們怯于思考更廣泛的概念。因此編程成為一種計(jì)劃與詳述通過(guò)馮·諾伊曼瓶頸的字符資料流，且大部分的問(wèn)題不在于資料的特征，而是如何找出資料?！?/p>

　　在CPU與內(nèi)存間的快取內(nèi)存抒解了馮·諾伊曼瓶頸的效能問(wèn)題。另外，分支預(yù)測(cè)（branch predictor）算法的建立也幫助緩和了此問(wèn)題。巴科斯在1977年論述的“智能瓶頸”已改變甚多。且巴科斯對(duì)于此問(wèn)題的解決方案并沒(méi)有造成明顯影響?，F(xiàn)代的函數(shù)式編程以及面向?qū)ο缶幊桃演^少執(zhí)行如早期Fortran一般會(huì)“將大量數(shù)值從內(nèi)存搬入搬出的操作”，但平心而論，這些操作的確占用電腦大部分的執(zhí)行時(shí)間。