近年来，处理器／存储器性能差距对计算机整体性能的提高产生了严重的影响。人们从多方面来寻找解决这个问题的方法，其中处理单元与存储单元集成在单一芯片上的结构(通常称为PIM技术)是一种有效的解决方案。从20世纪90初年代开始，世界上许多著名的学府和公司对这类体系结构的研究投入了大量的人力物力，并在这种思想指导下设计了各自不同的新的处理器体系结构。 本文在深入分析PIM典型结构-CRAM、PPRAM和VIARM的基础上，为克服这些体系结构存在的不足，提出了一个处理与存储一体化的新体系结构-PMIA。该体系结构能够解决其他PIM结构中没有解决的问题，包括提高芯片设计的可伸缩性，使芯片可以根据不同的应用和不同的负载规模来进行调整，达到较高的性价比；缓解集中式向量寄存器文件可能造成的瓶颈，用比较灵活的方式来分解访问冲突；在设计中以一个较为简单的方式来支持精确异常处理；应用标量处理器设计中成功使用的算法来管理向量协处理器的运行；采用模块化、分布式的布局，同时处理奸在这种情况下各个模块的通讯问题；进一步挖掘存储器带宽，隐藏它的访问延迟；提供对多处理器系统的支持等。在文中，提出了PMIA具体的设计方案，分别对PMIA中处理器逻辑和存储系统进行了设计。 本文用DLXV模拟器对PMIA进行了模拟、分析，结果表明，PMIA与IRAM相比，性能有明显改善。在本文的最后部分还研究了PMIA在多处理器系统中的应用。基于PMIA处理器构建多处理器系统，比用传统CPU实现更高效和简洁。