在冯·诺依曼架构下，现代计算机系统的CPU和存储器设计是如何优化以提高存储容量和运算速度的？

冯·诺依曼架构为现代计算机的设计提供了基础框架，其核心在于程序指令和数据以相同的格式存储于同一主存中，并由CPU顺序执行。在这一架构指导下，CPU设计和主存优化均朝着提升存储容量和运算速度的方向发展。

参考资源链接：[计算机组成原理：硬件、软件与体系结构解析](https://wenku.csdn.net/doc/427f36e3am?spm=1055.2569.3001.10343)

为提高存储容量，现代计算机系统普遍采用了更高密度和更大容量的存储技术，如DDR4或DDR5内存，以及固态硬盘（SSD）代替传统硬盘驱动器（HDD）。这些技术不仅提供了更大的存储空间，也大幅提升了数据访问速度。
在运算速度方面，CPU设计者通过采用多核心处理器、超线程技术以及更高频率的时钟来提升性能。此外，集成更多的缓存（如L1、L2和L3缓存）能有效减少内存访问延迟，加快数据处理速度。指令集的扩展，比如AVX指令集，也允许CPU更高效地进行复杂的数学计算。
为了优化整体性能，硬件设计师利用流水线技术将CPU的不同处理步骤并行化，这样在执行前一个指令的某个阶段时，可以预取和准备后续指令，从而减少空闲时间并提高吞吐量。
总之，在冯·诺依曼架构的指导下，现代计算机系统通过增加存储容量、提升处理器核心数、引入高速缓存以及优化流水线设计等方法，实现了在CPU和存储器方面的性能优化。

参考资源链接：[计算机组成原理：硬件、软件与体系结构解析](https://wenku.csdn.net/doc/427f36e3am?spm=1055.2569.3001.10343)