2并行处理机的特点.ppt

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2并行处理机的特点

  2.多级混洗交换网络   多级混洗交换网络又称omega网络,如图6-16所示。它由n级相同的网络组成,每一级都包含一个全混拓扑和随后一列2n-1个四功能交换单元,采用单元控制方式。比较图6-15和图6-16可以发现,omega网络中各级编号的次序与多级立方体网络正好相反。如果把omega网络的入端和出端位置对调,它就等同于间接二进制n方体网络。因此omega网络与间接二进制n方体网络只有两点差别:前者数据流向是级号n-1、n-2、…、1、0,用四功能交换单元,后者数据流向相反,是级号0、1、…、n-1,用二功能交换单元。 图6-16 N=8多级混洗交换网络   假定omega网络也采用二功能交换单元,就可看成是n方体网络的逆网络。基本互连网络可以实现任一个入端与任一个出端之间的连接,但要同时实现两对或多对的入、出端间的连接,就可能发生连接路径上的冲突。由于omega网络与n方体网络的数据入、出流向相反,因此它们产生冲突的状况不同。例如,n方体网络能同时实现5到0、7到1的连接,不能同时实现0到5、1到7的连接;而omega网络正好相反,能同时实现0到5和1到7的连接,不能同时实现5到0和7到1的连接。有一种办法可以把二者统一起来,就是将入端和出端重新编号。   仍比较图6-15与图6-16,可以发现如果把编号Pn-1Pn-2…P1P0和P0P1…Pn-2Pn-1互换,例如,对于n=3,就是把1、4互换,3、6互换,那么两张图上所有交换单元上的处理单元编号配对就变成一样的了。于是表6-1和表6-2中所列STARAN网络的互连函数,在按上述规则对处理单元重新编号后,便都适合于omega网络,而且所有在前者运行的SIMD程序都能向上兼容。当然,由于omega网络采用四功能交换单元,因此允许同时实现一个处理单元与多个处理单元的连接,这是多级立方体网络不可能办到的。例如,只需将图6-16中交换单元E、F置为下播状态,C、I、J、K、L置为上播状态,就能一次实现入端2与全部8个出端的连接。   3.多级PM2I网络   N=8的多级PM2I网络的结构如图6-17所示。它包含n级单元间连接,每一级都是把前后两列各N=2n个单元按PM2I拓扑相互连接起来。从第i级(0≤i≤n-1)来说,每一个入单元j(0≤j≤N-1)都有3根连接线分别通往出单元j、j+2imodN和j-2imodN,在图6-17中,它们分别用点线、实线和虚线表示。前面已提到,单级PM2I网络的最大距离为[n/2],但组成多级PM2I网络时仍用了n级,因此在这种网络中提供了冗余路径。   例如,为实现由7将信息传到2,可以经7→3→3→2,或7→7→1→2,或7→3→1→2等多条路径完成。这对提高可靠性和便于集成电路化都有好处。控制这三类连接线的信号分别称为平控H、下控D和上控U。为了简化对这三类信号的产生,可将各级的单元分成两组。对于第i级,让H1i、Di1、Ui1控制第i位为“0”的那些入单元,而让Hi2、Di2、Ui2控制第i位为“1”的那些入单元,此种多级PM2I网络称为数据变换网络(DataManipulator)。可以采用单元控制增强对各级单元控制的灵活性,让每一单元都有自己独立的控制信号H、D、U,此种多级PM2I网络称为强化数据变换网络ADM(AugmentedDataManipulator),不过控制线多,成本较高。 图6-17 N=8多级PM2I网络   ADM的拓扑结构和控制方式使它可以完全模仿omega网络的四功能交换单元。拿x、y(x<y)两个入单元来说,Hx、Hy为直连,Dx、Uy为交换,Uy、Hy为下播,Dx、Hx为上播。因此,ADM可以实现omega网络的全部连接,而且其组合数还要更多。利用数据变换网络可以实现各种灵活的移数、重复、间隔、展开等函数变换。   比较上述各种多级网络,灵活性由低到高的次序是:级控制立方体、部分级控制立方体、间接二进制n方体、omega、ADM,而复杂性和成本的次序也相应增高。虽然这些网络的设计者都提出了各自的网络用途,例如STARAN网络和omega网络都是为了进行存储器与处理单元之间的数据变换,间接二进制n方体网络是为了连接成微处理器阵列,但从上面对各种网络共同性的分析可以看出,它们对多种应用场合都是适合的。   4.基准网络   图6-18是N=8的基准网络。它与二进制立方体网络的逆网络相似,只是在第1级的级间连接不同。它采取从输入到输出的级间互连为恒等、逆全混、子逆全混和恒等置换,所用交换单元均为二功能,采取单元控制。 图6-18 N=8的基准网络   5.多级交叉开关网络   多级交叉开关 (CLOS)网络是一种非阻塞式网络,图6-19给出了一个三级交叉开关网络的结

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