El concepto central en la Arquitectura Von Neumann es el de programa almacenado, según el cual las instrucciones y los datos tenían que almacenarse juntos en un medio común y uniforme, en vez de separados, como hasta entonces se hacía. De esta forma, no sólo se podían procesar cálculos, sino que también las instrucciones y los datos podían leerse y escribirse bajo el control del programa. A partir de esta idea básica se sigue que un elemento en la memoria tiene una calidad ambigua con respecto a su interpretación; esta ambigüedad se resuelve, sólo temporalmente, cuando se requiere ese elemento y se ejecuta como una instrucción, o se opera como un dato. Un beneficio de esta ambigüedad es el hecho de que un dato, obtenido como resultado de algunas operaciones en la unidad aritmetico-lógica del computador, podía colocarse en la memoria como si fuera cualquier otro dato, para entonces usarlo y ejecutarlo como si fuera una instrucción. Además la Máquina de Von Neumann presentaba como característica importante un pequeño número de registros para mantener la instrucción del programa en curso, y el registro de datos que se estaban procesando. La máquina operaba en un ciclo repetitivo de pasos para localizar y ejecutar en secuencia las instrucciones del programa. Resulta evidente que esta breve descripción puede aplicarse a casi todos los computadores que desde 1946 se han construido, por lo que la aportación de Von Neumann a las Ciencias de la Computación es más que notable.

Ciclo de búsqueda de instrucciones. En él se transfiere la dirección de la siguiente instrucción al bus de direcciones, se envía una orden de lectura a los dispositivos de memoria a través del bus de control, se lee la información del bus de datos, y si se trata del primer byte de una instrucción, se transfiere este byte al registro de instrucciones.

Ciclo de ejecución de instrucciones. En él se ejecuta la instrucción. El registro de instrucciones está conectado a un decodificador, que determina cuántos bytes de información adicionales se requieren. Éstos se cargan mediante ciclos de búsqueda, como se indicó con anterioridad.

Cuando la ejecución está completa, la máquina comienza automáticamente el ciclo de búsqueda de la siguiente instrucción del programa. La ejecución es por tanto, una secuencia continua de ciclos de búsqueda y ejecución.