Архітектурою ЕОМназивається її логічна організація, структура і ресурси, які може використовувати програміст.
Опис ЕОМ не у вигляді фізичних, а у вигляді логічних елементів і їх взаємодія звільняє користувача від знання фізичної організації елементів ЕОМ. Архітектура визначає принцип дії, інформаційні зв'язки і взаємне з'єднання основних логічних вузлів ЕОМ: центрального процесора, периферійних процесорів (якщо вони є), оперативної пам’яті, зовнішніх пристроїв пам’яті та периферійних пристроїв.
Більшість сучасних ЕОМ по своїй структурі відповідають фоннеймановському принципу програмного управління. Типова фоннейманівська ЕОМ містить: оперативну пам'ять, один пристрій управління, один арифметико-логічний пристрій і пристрої вводу/виводу (рис. 1.1). Це однопроцесорні ЕОМ.
У будь-якій ЕОМ є засоби для вводу програм і даних до них. Інформація поступає з приєднаних до ЕОМ периферійних пристроїв(ПП) вводу. Результати обчислень виводяться на периферійні пристрої виводу. Зв'язок і взаємодія ЕОМ і ПП забезпечують порти введення і порти виводу. Терміном портпозначають апаратуру сполучення периферійного пристрою з ЕОМ і управління ним. Сукупність портів вводу і виводу називають пристроєм вводу/виводу.
Введена інформація спочатку запам'ятовується в основній пам'яті, а потім переноситься у вторинну пам'ять для тривалого зберігання. Аби програма могла виконуватися, команди і дані повинні розташовуватися в основній пам'яті(ОП), організованій таким чином, що кожне двійкове слово зберігається в окремій комірці, що ідентифікується адресою, причому сусідні елементи пам'яті мають адреси, що йдуть за порядком. Доступ до будь-яких комірок основної пам'яті може вироблятися в довільній послідовності. Такий тип пам'яті відомий як пам'ять з довільним доступом. ОП сучасних ЕОМ в основному складається з напівпровідникових оперативних пристроїв пам'яті (ОПП), що забезпечують як прочитування, так і запис інформації. Для таких ОПП характерна енергозалежність — інформація, що зберігається, втрачається при відключенні електроживлення. Якщо необхідно, аби частина основної пам'яті була незалежною, в склад ОП включають постійні пристрої пам'яті (ППП), що також забезпечують довільний доступ. Інформація, що зберігається в ППП, може лише прочитуватися (але не записуватися).
Розмір елементу основної пам'яті зазвичай приймається рівним одному байту. Для зберігання великих чисел використовуються 2,4 або 8 байтів, що розміщуються у комірках з послідовними адресами. В цьому випадку за адресу числа часто береться адреса його молодшого байта. Так, при зберіганні 32-розрядного числа у комірках з адресами 200, 201, 202 і 203 адресою числа буде 200. Такий прийом називають адресацією по молодшому байту. Можливий і протилежний підхід — по меншому з адрес розташовується старший байт. Цей спосіб відомий як адресація по старшому байту. Адресація по молодшому байту характерна для мікропроцесорів фірми Intel і мініЕОМ фірми DEC, а по старшому байту — для мікропроцесорів фірми Motorola і універсальних ЕОМ фірми IBM. У більшості ЕОМ передбачені спеціальні інструкції для переходу від одного способу до іншого.
Для довготривалого зберігання великих програм і масивів даних в ЕОМ зазвичай є пам'ять, звана вторинною пам'яттю.
Вторинна пам'ятьенергонезалежна і частіше за все реалізується на основі магнітних дисков. Інформація в неї зберігається у вигляді спеціальних програмно підтриманих об’єктів- файлів. Відповідно до стандарту ISO, файл – це «ідентифікована сукупність екземплярів повністю описаного у програмі типу даних, що знаходиться у зовнішній пам’яті та доступних програмі за допомогою спеціальних операцій.
Пристрій управління (ПУ) — найважливіша частина ЕОМ, організуюча автоматичне виконання програм (шляхом реалізації функцій управління) і забезпечує функціонування ЕОМ як єдиної системи. Для пояснення функцій ПУ ЕОМ слід розглядати як сукупність елементів, між якими відбувається пересилка інформації, в ході якої ця інформація може піддаватися певним видам обробки. Пересилка інформації між будь-якими елементами ЕОМ ініціюється своїм сигналом управління, тобто управління обчислювальним процесом зводиться до видачі потрібного набору сигналів управління в потрібній часовій послідовності.
Основною функцією ПУ є формування керуючих сигналів, що відповідають за витягання команд з пам'яті в порядку, визначуваному програмою, і подальшого виконання цих команд. Крім того, ПУ формує сигнали управління для синхронізації і координації внутрішніх і зовнішніх пристроїв ЕОМ.
Ще однією невід'ємною частиною ЕОМ є арифметико-логічний пристрій (АЛП). АЛП забезпечує арифметичну і логічну обробку двох вхідних змінних, в результаті якої формується вихідна змінна. Функції АЛП зазвичай зводяться до простих арифметичних і логічних операцій, а також операцій зсуву. Окрім результату операції АЛП формує ряд ознак результату (прапорів), що характеризують отриманий результат, і події в процесі його здобуття (рівність нулю, знак, парність, перенесення, переповнювання і т. д.). Прапори можуть аналізуватися в ПУ з метою ухвалення рішення про подальшу послідовність виконання команд програми.
ПУ і АЛП тісно взаємозв'язані і їх зазвичай розглядають як єдиний пристрій, відомий як центральний процесор (ЦП) або просто процесор. Окрім ПУ і АЛП в процесор входить також набір регістрів загального призначення (РОН), які служать для проміжного зберігання інформації в процесі її обробки.