计算机系统结构第七篇 章 互连网络.ppt

本章内容：介绍用于多机并行计算的各种网络，它们统称为互连网络，缩写符号是ICN（Interconnection Network）。 ?互连网络是一种由开关元件按照一定的拓朴结构和控制方式 构成的网络，用来实现多处理机、多计算机之间或多个功能 部件之间的连接，是多处理机、多计算机系统的核心。 ?互连网络的设计目标： 通过互连网络连接的多个部件能实现灵活的连接变换、能提 供部件间的通信的最大并行性。;7.1 目的与作用 (1) 当前提高计算速度的主要措施，一是改进器件，二是多处理单元并行计算。ICN是供多处理单元传输数据的高速通路，对并行计算时间影响很大。 (2) ICN与处理单元的连接模型 (3) ICN的主要操作：置换(N－N)，广播(1 － N)，选播(1 － N’)。;网络规模 一般说来，网络用图来表示。其结点数称为网络规模。 (2) 结点度 与结点相连接的边(即链路或通道)的数目称为结点度。在单向通道的情况下，进入结点的通道数叫做入度，而从结点出来的通道数则称为出度。结点度应尽可能地小并保持恒定。 (3) 距离 两结点之间相连的最少边数。 (4) 网络直径 网络中任意两个结点间最短路径长度的最大值称为网络直径。网络直径应当尽可能地小。 (5) 等分宽度 当某一网络被切成相等的两半时，沿切口的最小边数(通道)称为通道等分宽度。 (6) 路由 在网络通信中对路径的选择与指定。通常见到的处理单元之间的数据路由功能有移数、混洗、交换、广播(一对全体)、选播(多对多)等。;(1)通用网/专用网 通用网（原用于计算机之间交换信息的普通网络），专用网（专用于并行计算系统各处理单元之间并行交换数据的特殊网络）；通用网包括以太网、电话拨号网等，专用网在后面介绍。 (2)串行网/并行网 串行网（多个结点的发送操作在时间上不能重叠），并行网（多个结点的发送操作在时间上可以重叠）；计算机局域网LAN（如以太网、令牌环网）多属串行网，计算机广域网是异步并行网。 (3)同步网/异步网（并行网再细分） 同步网（多个结点必须朝同一方向、以同一距离、同时开始发送），异步网（多个结点可以朝不同方向、以不同???离、不同时开始发送，可能冲突）； (4)静态网/动态网（P402和P408） 静态网（结点之间有固定连接），动态网（结点之间的连接关系不固定，须通过开关导向或地址识别来确定当前的目的结点）；;　　静态网络使用直接链路，它一旦构成后就固定不变。;4. 树形和星形;5. 胖树形 ;6. 网格形和环网形;7. 超立方体;　为了达到多用或通用的目的，我们需要采用动态连接网络，它能根据程序要求实现所需的通信模式动态连接特性。 按照价格和性能增加的顺序，动态连接网络的排队次序为总线系统、多级互连网络(MIN)和交叉开关网络。;　交叉开关网络是单级网络，它由交叉点上的一元开关构成。　通常，这类交叉开关网络需要使用n×m个交叉点开关。正方形交叉开关网络(n＝m)可以无阻塞地实现n!种置换。 　每个周期可以实现n个数据传输，与每个总线周期只传一个数据相比，它的频宽最高。 对小型系统来说性能价格比较高。 但是单级交叉开关网络一旦构成后将不能扩充。;　　总线的造价最低，但其缺点是可用的带宽较窄，容易产生故障。 　　由于交叉开关的硬件复杂性以n2上升，所以其造价最为昂贵。但是，交叉开关的带宽和路由性能最好。如果网络的规模较小，它是一种理想的倍选择。 　　 多级网络则是两个极端之间的折衷。它的主要优点在于采用模块结构，因而可扩展性较好。然而，其时延随网络的级数而上升。另外，由于增加了连线和开关复杂性，价格也是一种限制因素。;特点：成本低，并行性差。 (1) 拓扑结构(硬件，P402-P407)：直线，单向环，双向环，带弦环，树，星型（真星型，假星型），完全网。 (2) 传输协议(使用规则，软件，P427-P435)：碰撞争用，令牌协议，剑桥环。 (3) 主要参数(P399)：直径，中剖宽度，结点的度，最长边。 示例： (4) 典型代表：以太网，令牌网（环或直线）。; 特点：并行度高，造价昂贵。 (1) 互连函数 N个输入到N个输出的一种对应状态可以用一个映射函数表示，称为互连函数。它是处理单元集合对于自身的双射映射，所以又称为“置换”，或者“循环”。 互连函数有多种表示方式，如下例所示： f(0)=1 0 0 f(1)=2 1 1 f= 0 1 2 3 f=(0,1,2)(3) f(2)=0 2 2 1 2 0 3 f(3)=3 3 3 a.枚举法 b.开关状态