Разобравшись с методами реализации внутрипроцессорного параллелизма, рассмотрим варианты повышения быстродействия компьютера за счет введения второго, специализированного, процессора. Такие сопроцессоры очень разнообразны, в том числе по масштабу. В мэйнфреймах IBM 360 и во всех последующих моделях этой линейки для ввода-вывода предусмотрены независимые каналы. В составе CDC 6600 было 10 независимых процессоров, отвечавших за ввод-вывод. Другая область применения сопроцессоров - обработка графики и арифметические операции с плавающей точкой. Даже микросхему DMA можно рассматривать как сопроцессор. Иногда процессор передает сопроцессору на исполнение команду или набор команд; в иных случаях сопроцессор действует независимо и выполняет собственные команды.

Конструктивно сопроцессоры могут быть выполнены в отдельном корпусе (пример - каналы ввода-вывода IBM 360), в виде подключаемой платы (как в сетевых процессорах) или установлены на основной микросхеме (таковы сопроцессоры для обработки чисел с плавающей точкой). Как бы то ни было, все эти варианты объединяет подчиненная роль сопроцессора по отношению к основному процессору. Далее мы рассмотрим несколько областей, в которых применение сопроцессоров приводит к ощутимому повышению быстродействия, в том числе сетевую поддержку, обработку мультимедийных данных и криптографию.