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流水线处理器通过若干级流水的时间并行技术来获得高性能。并行处理器由多台处理机组成，每台处理机执行相同的程序。这两类处理器都是执行单个程序，可对向量或数组进行运算。这种系统结构能高效地执行适合于SIMD的程序，所以这类处理器对某些应用问题非常有效。但是有些大型题目在这种SIMD结构的处理器上运行并不那么有效，原因是这类问题没有对结构化数据进行重复运算的操作，它所要求的操作通常是非结构化的而且是不可预测的。要想解决这类问题并保持高性能，只能在多处理机结构中寻找出路。
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多处理机的系统结构由若干台独立的计算机组成，每台计算机能够独立执行自己的程序。Flynn称这种结构为MIMD（多指令流多数据流）结构。在多处理机系统中，处理机与处理机之间通过互连网络进行连接，从而实现程序之间的数据交换和同步。
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下图给出了多处理机系统的一般模型。系统中有n个处理机（P1到Pn），它们通过一个处理机存储器互连网络（PMIN）连接到一个共享的主存储器上，这些处理机之间通过共享主存储器进行通信。处理机间还可以有一个处理机互连网络（PPIN），PPIN通常用来从一台处理机向处理机发送中断信号，以达到进程同步的目的。此外，这些处理机还通过处理机-I/O互连网络（PIOIN）同各I/O设备连接。有时为了使系统简单，可以把全部I/O设备连接在一台I/O处理机或少数几台处理机上。
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多处理机属于MIMD计算机，它和SIMD计算机的并行处理机相比，有很大的差别。它们的本质差别在于并行性级别的不同：多处理机要实现任务或作业一级的并行，而并行处理机只实现指令一级的并行。下面通过与并行处理机的比较，进一步说明多处理机系统的特点。
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（1）结构灵活性。并行处理机的结构主要是针对数组向量处理算法而设计的。结构特点是：处理单元（PE）数目很多甚至上万，但只需设置有限和固定的互连网络，即可满足一批并行性很高的算法的需要。而多处理机需要有较强的通用性。这就要求多处理机能适应更为多样的算法，具备更为灵活多变的系统结构以实现各种复杂的计算机间互联模式，同时还要解决共享资源的冲突问题。目前，多处理机中处理单元的数目还不可能做得很多。
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（2）程序并行性。并行处理机实现操作一级的并行，其并行性存在于指令内部，一条指令可以同时对整个数组进行处理，再加上系统具有的专用性特点，就使程序并行性的识别较易实现。在多处理机中，并行性存在于指令外部，即表现在多个任务之间，再加上系统通用性的要求，就使程序并行性的识别难度增大。因此，它必须利用多种途径，如算法、程序语言、编译、操作系统以至指令、硬件等，尽量挖掘潜在的并行性。
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（3）并行任务派生。并行处理机依靠单指令流对多数据流实现并行操作，即通过指令本身就可以启动多个PE并行工作。但多处理机处于多指令流操作方式，一个程序中就存在多个并发的程序段，需要采用专门的指令来表示并发关系，因此一个任务开始执行时能够派生出与它并行执行的另一些任务。如果任务数多于处理机数，多余的任务就进入排队器等待。
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（4）进程同步。并行处理机仅有一个控制部件CU，自然是同步的。而多处理机执行不同的指令，工作进度不会也不必保持相同。如果某个处理机先做完，那么就要停下来等待。当然如果发生数据相关和控制相关，那么处理机也要停下来等待。因此，在多处理机系统中要采取特殊的同步措施来确保程序按所要求的正确顺序进行。
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（5）资源分配和进程调度。并行处理机的PE是固定的，采用屏蔽手段可改变实际参加操作的PE数目。多处理机执行并发任务，需要的处理机数目不固定，各个处理机进入或退出任务的时刻不相同，所需共享资源的品种、数量又随时变化。因此提出了资源分配和进程调度问题，它对整个系统的效率有很大的影响。
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