计算机系统结构07.ppt

互连网络是一种由开关元件按照一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统中结点之间的相互连接。 结点：处理器、存储模块或其他设备。 互连网络在系统中的位置，如图所示。 在拓扑上，互连网络为输入结点到输出结点之间的一组互连或映象。 7.1 互连网络的基本概念 7.1 互连网络的基本概念 可以从4个不同的方面来描述互连网络 定时方式：有同步和异步两种。 同步系统：使用一个统一的时钟。 SIMD阵列处理机就属于这一种类型。 异步系统：没有统一的时钟，系统中的各个处理机都是独立地工作。 交换方法：有线路交换和分组交换两种。 线路交换：源结点和目的结点之间的物理通路在整个数据传送期间一直保持连接。 分组交换：把信息分割成许多组（又称为包），将它们分别送入互连网络。 7.1 互连网络的基本概念 这些数据包可以通过不同的路径传送，到达目的结点后再拼合成原来的数据。 结点之间不存在固定连接的物理通路。 控制策略：有集中式和分散式两种 集中控制方式：有一个全局的控制器接收所有的通信请求，并由它设置互连网络的开关连接。 分散控制方式：不存在全局的控制器，通信请求的处理和开关的设置由互连网络分散地进行。 7.1 互连网络的基本概念 拓扑结构：有静态和动态两种。 静态拓扑结构：在各结点之间有专用的连接通路，且在运行过程中不能改变。 动态拓扑结构：可根据需要设置互连网络中的开关，从而对结点之间的连接通路进行重新组合，实现所要求的通信模式。 7.1 互连网络的基本概念 变量x：输入（设x=0，1，…，N－1） 函数f(x)：输出 通过数学表达式建立输入端与输出端的一一对应关系。即在互连函数f的作用下，输入端x连接到输出端f(x)。 互连函数反映了网络输入数组和输出数组之间对应的置换关系或排列关系。 （有时也称为置换函数或排列函数） 7.1 互连网络的基本概念 互连函数f(x)有时可以采用循环表示 即：（x0 x1 x2 … xj-1） 表示： f(x0)=x1，f(x1)=x2，…，f(xj-1)=x0 j称为该循环的长度。 几种常用的基本互连函数及其主要特征： 交换函数 交换函数：实现二进制地址编码中第k位互反的输入端与输出端之间的连接。 7.1 互连网络的基本概念 主要用于构造立方体互连网络和各种超立方体互连网络。 它共有n＝log2N种互连函数。 （N为结点个数） 当N＝8时，n＝3，可得到常用的立方体互连函数： 7.1 互连网络的基本概念 变换图形 7.1 互连网络的基本概念 7.1 互连网络的基本概念 均匀洗牌函数 均匀洗牌函数：将输入端分成数目相等的两半，前一半和后一半按类似均匀混洗扑克牌的方式交叉地连接到输出端（输出端相当于混洗的结果）。 函数关系 即把输入端的二进制编号循环左移一位。 7.1 互连网络的基本概念 N=8 的均匀洗牌和逆均匀洗牌函数 7.1 互连网络的基本概念 逆均匀洗牌函数：将输入端的二进制编号循环右移一位而得到所连接的输出端编号。 互连函数 逆均匀洗牌是均匀洗牌的逆函数 碟式函数 蝶式互连函数：把输入端的二进制编号的最高位与最低位互换位置，便得到了输出端的编号。 7.1 互连网络的基本概念 反位序函数 反位序函数：将输入端二进制编号的位序颠倒过来求得相应输出端的编号。 互连函数 对于N＝8的情况，B(x)函数等于R(x)函数。 7.1 互连网络的基本概念 N＝8的蝶式函数的变换图形 7.1 互连网络的基本概念 PM2I函数 PM2I函数：一种移数函数，它是将各输入端都循环移动一定的位置连到输出端。 互连函数 PM2+i(x) ＝ x＋2i mod N PM2-i(x) ＝ x－2i mod N 其中： 0≤x≤N－1，0≤i≤n－1，n＝log2N，N为结点数。 PM2I互连网络共有2n个互连函数。 7.1 互连网络的基本概念 当N＝8时，有6个PM2I函数： PM2+0 ：（0 1 2 3 4 5 6 7） PM2-0 ：（7 6 5 4 3 2 1 0） PM2+1 ：（0 2 4 6 ）（1 3 5 7） PM2-1 ：（6 4 2 0）（7 5 3 1） PM2±2：（0 4）（1 5）（2 6）（3 7） 7.1 互连网络的基本概念 阵列计算机ILLIAC Ⅳ 采用PM2±0和PM2±n/2构成其互连网络，实现各处理单元之间的上下左右互连 。 7.1 互连网络的基本概念 网络通常是用有向边或无向边连接有限个结点的图来表示。 互连网络的主要特性参数有： 网络规模：网络中结点的个数。