这几年光纤通讯技术的飞速发展使得目前高速通讯网络性能的瓶颈集中在高速交换系统，研究、设计和制造高速交换系统对目前高速通讯网络有极其重要的意义。国际电信联盟(ITU—T)在制定宽带综合服务数据网络(B—ISDN)时采用异步传输模式(ATM)为其核心利基础。ATM实现高速通讯的一个重要方法是定义长度固定的信元作为数据传输的基本单位。由于信元长度固定，对信元的处理可以用ASIC实现，从而可以在交换机中实现高速信元交换，ATM交换因此得到广泛研究。其研究成果不仅对ATM网络本身，而且对其它需要高速交换的领域也有重要的借鉴意义。 本论文的目的是设计一个高速ATM交换系统，主要分成3个部分： 1)对目前交换系统进行分析研究。本论文定性分析了目前的分析交换系统，主要是时分交换系统和空分交换系统，以及空分交换结构对应缓存策略。由于目前光通讯技术的发展速度超过半导体工艺的进展速度，时分交换技术的分析结果表明它已经无法满足高速大规模交换系统的要求。 2)确定高速交换系统所采用的交换结构，对其进行详细的分析仿真。本论文将定量的分析和仿真空分交换结构和对应的调度算法，深入的了解Crossbar利MIN(包括EMIN)空分交换系统各方面的性能，分析利仿真输入缓存和输出缓存的缓存策略。由于输入缓存的队头阻塞使得高负载条件下输入缓存策略的交换系统各方面性能急剧下降，由此提出了克服输入缓存队头阻塞的改进方法，最后本文决定选用虚拟输出队列(VOQ)的输入缓存策略，并且研究了与虚拟输出队列相对应的iLQF(最长队列优先)和DPA(对角线优先)信元调度算法，为交换系统的ASIC设计提供依据。 3)根据前面的结论，设计出交换系统。在前面分析的基础上根据目前的条件，对一个空分交换系统各模块进行前端设计和仿真，由于交换系统的功能复杂，我们一部分将采用直接画原理图的方法进行设计，大部分将采用集成电路设计自动化的方法进行设计，即采用硬件设计语言Verilog—HDL进行设计，用Synopsys软件对设计进行综合，生成线路图，然后作门级电路仿真。在完成各模块的设计后，我们设计一个完整的ATM交换系统，输入模块采用虚拟输出队列的缓存策略，调度算法用对角线优先的DPA凋度算法，采用Crossbar的交换结构，然后对其进行仿真和计算，结果表明我们设计交换系统与目前光纤通讯网络的数据传输速度匹配。