体系结构时，CPU在每个时钟周期仅执行单条指令，因此仅有一个执行单元在工作，其它执行单元空闲。超纯量体系结构的CPU在一个时钟周期可以同时分派（dispatching）多条指令在不同的执行单元中被执行，这就实现了指令级的并行。超纯量体系结构可以视作多指令流多数据流。超纯量体系结构的CPU一般也都实现了指令流水化。但是一般认为这二者是增强CPU性能的不同的技术。
历史.第一个超纯量的设计是在1965年Seymour Cray开发的CDC 6600。1984年的Intel i960