馮·諾依曼計算機必須具有長時間記憶程序、數據、中間結果和最終運算結果的能力；能夠完成算術、邏輯運算、數據傳輸等各種數據處理；能夠按要求控制程序走向，根據指令控制機器各部分的協調運行；處理結果可以根據需要輸出給用戶。
本質上，馮·諾依曼計算機采用的是串行順序處理的工作機制，即使相關數據準備好了，也必須逐個執行指令序列。提高計算機性能的基本方向之壹是並行處理。
擴展數據:
對存儲器進行線性尋址，按順序訪問地址，有利於機器語言的存儲和執行，適合數值計算。但是高級語言的存儲使用的是壹組命名變量，通過名字調用而不是通過地址訪問，高級語言的每壹個操作對於任何數據類型都是通用的。
無論采用什麽數據結構，多維數組、二叉樹或圖都必須轉換成壹維線性存儲模型存儲在內存中。這些因素都導致了機器語言和高級語言之間存在很大的語義鴻溝，而這些語義鴻溝之間的映射大部分都必須由編譯器來完成，大大增加了編譯器的工作量。
馮·諾依曼架構計算機是為邏輯和數值運算而誕生的。它以CPU為中心，I/O設備和內存之間的數據傳輸都要經過運算器。在數值處理上實現了高速和高精度，但非數值數據的處理效率相對較低，這就需要在架構上有革命性的突破。
英國科學家艾倫·馬西森·圖靈和匈牙利裔美國科學家馮·諾依曼創立了電子計算機。圖靈的貢獻在於建立了圖靈機的理論模型，奠定了人工智能的基礎。馮·諾依曼是第壹個提出計算機體系結構的人。
馮·諾依曼提出了存儲程序原理，把程序本身當作數據，用同樣的方式存儲程序和程序處理的數據，確定了存儲程序計算機的五大組成部分和基本工作方法。通過存儲程序，把指令和數據混在壹起，無差別地存儲在同壹個內存中，數據和程序在內存中沒有區別。它們都是內存中的數據。
根據存儲程序原理的架構，以運算器為中心，計算機處理的數據和指令都用二進制數表示，程序是順序執行的。然而，由於傳統馮諾依曼計算機體系結構的天然局限性，從根本上限制了計算機的發展。