冯·诺依曼设计思想可以简要地概括为以下三点：
（1）计算机应包括运算器、存储器、控制器、输入和输出设备五大基本部件。
（2）计算机内部应采用二进制来表示指令和数据。每条指令一般具有一个操作码和一个地址码。其中操作码表示运算性质，地址码指出操作数在存储器中的地址。
（3）将编好的程序送入内存储器中，然后启动计算机工作，计算机无需操作人员干预，能自动逐条取出指令和执行指令。
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20世纪40年代，冯·诺依曼在参与世界上第一台计算机-ENIAC的研制小组工作时，发现ENIAC有两个致命的缺陷:一是采用十进制运算，逻辑元件多，结构复杂，可靠性低;二是没有内部存储器，操纵运算的指令分散存贮在许多电路部件内，这些运算部件如同一副积木，解题时必须像搭积木一样用人工把大量运算部件搭配成各种解题的布局，每算一题都要搭配一次，非常麻烦且费时。
针对这两个问题，诺依曼和其他合作者一起呕心沥血地进行了半年多时间的改革性研究，结果取得了令人满意的成果。但是，由于ENIAC的制造已接近尾声，因此它未能采用诺依曼的改进意见。
诺依曼的研究成果得到了ENIAC研制小组专家的青睐，他们在ENIAC尚未竣工之前，就着手计划一个结构全新的电子计算机-EDVAC方案。1945年6月底，由诺依曼执笔写出了EDVAC计划草案。在这个方案中，诺依曼提出了在计算机中采用二进制算法和设置内存贮器的理论，并明确规定了电子计算机必须由运算器、控制器、存贮器、输入设备和输出设备等五大部分构成的基本结构形式。他认为，计算机采用二进制算法和内存贮器后，指令和数据便可以一起存放在存贮器中，并可作同样处理，这样，不仅可以使计算机的结构大大简化，而且为实现运算控制自动化和提高运算速度提供了良好的条件。EDVAC于1952年建成，它的运算速度与ENIAC相似，而使用的电子管却只有5900多个，比ENIAC少得多。EDVAC的诞生，使计算机技术出现了一个新的飞跃。它奠定了现代电子计算机的基本结构，标志着电子计算机时代的真正开始。
