Основными классами SIMD-вычислительных систем являются векторно-конвейерные системы и векторно-параллельные системы.

Основными принципами, заложенными в архитектуру векторно-конвейерных систем, являются конвейерная организация обработки потока команд и введение в систему команд набора векторных операций, которые позволяют оперировать с целыми массивами данных. Основу векторно-конвейерных систем составляют конвейеры операций (арифметических и иных), например, конвейеры сложения, умножения и деления вещественных чисел.

Основу векторно-параллельных систем составляют векторно-параллельные процессоры, представляющие собой совокупность скалярных процессоров (процессорных элементов), которые объединены некоторой коммуникационной сетью и в каждом такте синхронно выполняют одну и ту же команду над разными данными. Векторно-параллельные процессоры имеют в своих системах команд специальные векторные (матричные) операции, такие, как векторное и матричное сложение, умножение вектора на матрицу, умножение матрицы на константу, вычисление скалярного произведения, свертки и т.д. При выполнении векторных операций различные компоненты векторов и матриц обрабатываются параллельно на различных процессорных элементах.