本文使用面向对象的方法对并行PC系统结构的总体框架，数据交换网络以及分布式独立I/O结构进行设计，将传统的CPU及外部设备封装为通信端对象（CTO），将总线和交换网络封装为通信载体对象（CCO）。光交叉开关为中心的交换网络结构为整个并行PC系统的核心，在此基础上进行了网络接口、光交叉开关模块以及系统内部的精简通信协议的设计。 用排队论为系统建立了I/O通信模型，并在此基础上分别对传统的总线结构、单交叉开关的互连结构、以及多交叉开关互连的交换网络的I/O通信性能分别进行了评价。 用随机高级Petri网为系统建立了I/O结构模型，并以此为基础分析基于总线的I/O结构和分布式独立I/O结构的性能。 并行PC系统的可扩展性与交换网络的拓扑结构密切相关，扩展后的交换网络需要新的的网络管理模型和网络通讯协议。互连网络结构直接影响到并行处理系统性能与硬件开销，一种新的在NIN互连结构的基础上提出的互连拓扑结构，在保持网络直径仍为常数的条件下，大幅度降低了原结构的硬件复杂度。所设计的相应的路由算法被证明是无死锁的。 偏转路由算法不需要中间节点的存储器，是一种适用于光互连网络的路由算法。新的双通道MS互连网络结构继承了MS网的优点，在此基础上设计了新的受限包优先的贪婪偏转路由算法。用马尔可夫链方法对该路由算法进行性能分析。