《互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)》PPT課件

上傳人:san****019 文檔編號:16026794 上傳時(shí)間:2020-09-15 格式:PPT 頁數(shù):56 大?。?.03MB
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1、1,第五章 互連網(wǎng)絡(luò),互連網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的一個(gè)核心部分和關(guān)鍵部件。對整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能有著決定性影響。隨著系統(tǒng)規(guī)模、通信要求和線路復(fù)雜性的增加,其重要性在不斷增長。已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)組織和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中獨(dú)立的研究內(nèi)容。,5.3 路由選擇和信息傳遞方式 5.4 流量控制策略和通信模式,5.1 互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念 5.2 互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),2,5.1 互連網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)概念,一、互連網(wǎng)絡(luò)的組成,1、互連網(wǎng)絡(luò)(IN)定義 由開關(guān)元件按照一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)多個(gè)節(jié)點(diǎn)對之間的相互連接。 互連網(wǎng)絡(luò)已成并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中重要的核心部件。,根據(jù)需要,有PP及PM的連接形式,3,2、互連網(wǎng)絡(luò)(IN)

2、 的特性 *特性1:同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)端口對的互連及通信。,*特性2:具有多種并行端口對的互連方式.,*互連網(wǎng)絡(luò)與總線比較: 互連網(wǎng)絡(luò) : 強(qiáng)調(diào)多個(gè)節(jié)點(diǎn)對之間的互連及通信。 總 線 : 多個(gè)設(shè)備或單元所共享的公共通道(分時(shí)),理論上有N!種端口對互連排列方式,4,2、互連網(wǎng)絡(luò)要素:開關(guān)元件、互聯(lián)結(jié)構(gòu)、控制方式。 互聯(lián)結(jié)構(gòu):網(wǎng)絡(luò)合理布局關(guān)鍵因素,反映系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征。用有向圖或無向圖表示,節(jié)點(diǎn)對應(yīng)開關(guān)元件或處理機(jī)。邊對應(yīng)通信鏈路。 開關(guān)元件:網(wǎng)絡(luò)中最基本模塊,在不同系統(tǒng)和控制中,開關(guān)元件所處的物理位置和工作狀態(tài)不同。 控制方式:網(wǎng)絡(luò)中各種開關(guān)的控制方法 3 、互連網(wǎng)絡(luò)的特征,1) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 靜

3、態(tài) 動(dòng)態(tài) 2) 控制策略 集中式 分散式 3) 定時(shí)方式 同步 異步 4) 交換方法 線路交換 分組交換,5,互連網(wǎng)絡(luò)的特征,1) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu): 分靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。 靜態(tài)網(wǎng):各節(jié)點(diǎn)間有專用通信線路(鏈路),運(yùn)行間不改變或重新組合。又稱直接網(wǎng)絡(luò) (節(jié)點(diǎn)通過鏈路直接連接) 組成:由鏈路、結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。 結(jié)構(gòu): 線性、環(huán)形、樹形、 立方體等。,6,動(dòng)態(tài)網(wǎng): 鏈路可通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)重新組合。節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)的連接由程序或控制信號動(dòng)態(tài)地改變,又稱間接網(wǎng)絡(luò)(節(jié)點(diǎn)與交換開關(guān)連接)。 組成:由鏈路、結(jié)構(gòu)、開關(guān)及節(jié)點(diǎn)組成。 結(jié)構(gòu): 總線、環(huán)狀、 開關(guān)、(單)多級。,動(dòng)態(tài)網(wǎng):,7,互連網(wǎng)

4、絡(luò)的特征,2)控制策略: 集中控制:全局控制器接收所有通信請求,設(shè)置互連網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)連接。 分散控制: 通信請求和開關(guān)設(shè)置由互連網(wǎng)絡(luò)分散地進(jìn)行。 3)定時(shí)方式 : 同步系統(tǒng):系統(tǒng)使用一個(gè)集中的統(tǒng)一時(shí)鐘. 異步系統(tǒng):無統(tǒng)一時(shí)鐘,節(jié)點(diǎn)根據(jù)各自情況獨(dú)立工作。 4)交換方法: 線路交換和分組交換。 線路交換:源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)間的物理通路在整個(gè)數(shù)據(jù)傳送期間一直保持連接。 分組交換:信息分割成組(包),各組(包)通過多個(gè)不同路徑傳分別送入互連網(wǎng)絡(luò)。傳送不存在一個(gè)實(shí)際連接的固定通路。,8,5.1.2 互連網(wǎng)絡(luò)的描述,根據(jù)輸入與輸出結(jié)點(diǎn)之間的對應(yīng)關(guān)系,有以下表示方法: 函數(shù)表示法 變量x表示輸入,函數(shù)

5、f(x)表示輸出,建立輸入與輸出端的一一對應(yīng)關(guān)系。 自變量和函數(shù)常用二進(jìn)制、十進(jìn)制表示?;ミB函數(shù)反映網(wǎng)絡(luò)輸入數(shù)組和輸出數(shù)組之間對應(yīng)的排列關(guān)系,也稱排列函數(shù)。 輸入輸出對應(yīng)表示法 圖形表示法 用圖形表示輸入端 與輸出端之間的一一對應(yīng)關(guān)系 循環(huán)表示法:如(0 4)(1 5)(2 6)(3 7),,9,互連函數(shù) 數(shù)的排列:N個(gè)數(shù)的每一種有確定次序的放置方法叫做一個(gè)N排列。一般有N!種放置方法。 網(wǎng)絡(luò)排列:N輸入、N輸出端網(wǎng)絡(luò)中,輸入端和輸出端的放置方法分別為一種排列。 置換:把一個(gè)N排列變成另一個(gè)N排列的變換叫N階置換。表示輸入端和輸出端的連接關(guān)系. 復(fù)雜的置換方式可用少量基本的互聯(lián)函數(shù)表示,10

6、,基本的互聯(lián)函數(shù),恒等函數(shù):輸入端與輸出端一一對應(yīng),且編號相同。,Xn-1 Xn-2Xk X0是PE的地址(通常為二進(jìn)制)。n為3時(shí)的恒等函數(shù)的連接情形如下:,(0)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7),11,交換函數(shù),交換函數(shù):函數(shù)形式為,主要用于超立方體互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中。,超立方體由n個(gè)交換函數(shù)組成。 K=1,二進(jìn)制地址編碼下,,某一位的輸入與輸出端編號相反。,0kn,12,當(dāng)n=3,結(jié)點(diǎn)數(shù)N8時(shí),可得到3立方體互連函數(shù): 互連函數(shù)變換圖形,交換函數(shù),典型的立方體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖,(0 1) (2 3 ) (4 5) (6 7),(0 2)(1 3 ) (4 6) (

7、5 7),(0 4)(1 5) (2 6) (3 7),13,均勻洗牌函數(shù),把輸入端二進(jìn)制地址循環(huán)左移一位。表示為: 逆均勻洗牌函數(shù): 輸入端二進(jìn)制地址循環(huán)右移一位。函數(shù):,(0)(1 2 4)(3 6 5)(7),將輸入端分成數(shù)目相等的兩半,前一半和后一半按序一個(gè)隔一個(gè),從頭依次與輸出端相連,類似洗牌方式。,14,均勻洗牌函數(shù),均勻洗牌函數(shù),逆均勻洗牌函數(shù),均勻洗牌與開關(guān)多級組合起來可構(gòu)成Omega網(wǎng)絡(luò),15,蝶式函數(shù),蝶式函數(shù): 輸入二進(jìn)制地址的最高位和最低位互換位置,定義為: N=8的蝶式函數(shù)變換圖形,均勻洗牌,蝶式函數(shù)不能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)任意結(jié)點(diǎn)間互連。它們與交換函數(shù)多級組合是構(gòu)成復(fù)雜多

8、級網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ),例如 : 均勻洗牌函數(shù)與Cube0的組合,(0)(2)(1 4) (3 6)(5)(7),16,反位序函數(shù),反位序函數(shù): 輸入端二進(jìn)制地址的位序顛倒過來求得相應(yīng)輸出端的地址。其互連函數(shù)表示如下: 對于N=8的情況,圖形見圖5.4(b),17,PM2I移數(shù)函數(shù),移數(shù)函數(shù)的一般形式為: 如k=2 PM2I函數(shù)(加減2i)是一種特殊移數(shù)函數(shù),將輸入端數(shù)組的十進(jìn)制編號循環(huán)移動(dòng)特定的位置向輸出端傳輸。 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的移數(shù)函數(shù)表示為: 如i=1 設(shè) N為結(jié)點(diǎn)數(shù)。n=log2 N ; 0 xN1,0in1, 共有2n個(gè)互連函數(shù),(0 2 4 6)(1 3 5 7),18

9、,N=8的PM2I函數(shù)的變換圖形。,(a) PM2: (0 1 2 3 4 5 6 7),(b) PM21: (0 2 4 6) (1 3 5 7),(c) PM2+2: (0 4)(1 5)(2 6)(3 7),實(shí)質(zhì)為1,2,4 個(gè)環(huán)型網(wǎng),移數(shù)函數(shù)可構(gòu)成環(huán)型網(wǎng)(單向環(huán)網(wǎng)、雙向環(huán)網(wǎng))、方格網(wǎng)、移數(shù)網(wǎng),19,課堂練習(xí),設(shè)PM2I網(wǎng)絡(luò)有8個(gè)結(jié)點(diǎn),寫出所有PM2I函數(shù)的輸入輸出對表示,畫出PM21、PM22互連網(wǎng)絡(luò)的連接圖。,20,【例 】設(shè)PM2I網(wǎng)絡(luò)有8個(gè)結(jié)點(diǎn),寫出所有PM2I函數(shù)的,畫出PM21、PM22互連網(wǎng)絡(luò)的連接圖。,解 N=8,則n =3,所以i=0,1,2;j=0,1,,7。

10、 根據(jù)公式 6個(gè)PM2I函數(shù)如下: PM2:(0 1 2 3 4 5 6 7) PM2:(7 6 5 4 3 2 1 0) PM21:(0 2 4 6)(1 3 5 7) PM21:(6 4 2 0)(7 5 3 1) PM2 2:(0 4)(1 5)(2 6)(3 7) PM2 2 :(4 0)(5 1)(6 2)( 7 3),PM2,PM2,21,PM21:(0 2 4 6)(1 3 5 7),PM21互連網(wǎng)絡(luò)的連接圖。,22,(c) PM22:(0 4)(1 5)(2 6)(3 7) (4 0)(5 1)(6 2)(7 3),,PM22互連網(wǎng)絡(luò)的連接圖,23,【例】Ill

11、iac 陣列計(jì)算機(jī):采用PM20和PM2n/2四個(gè)移數(shù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成處理器的連接。16個(gè)結(jié)點(diǎn)的Illiac 網(wǎng)絡(luò)表示,PM22:(0 4)(1 5)(2 6) (3 7) (4 8)(5 9)(6 10)(7 11) (8 12)(9 13)(10 14)(11 15) (0 12)(1 13)(2 14) (3 15),PM2+0:( 0 1 2 15 ) PM2-0:( 15 14 13 0 ),24,5.1.3互連網(wǎng)絡(luò)的特性參數(shù),,主要特性參數(shù)有: 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模: 結(jié)點(diǎn)度: 距離 網(wǎng)絡(luò)直徑 結(jié)點(diǎn)間線長 等分寬度 對稱性,25,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模:網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù),表示該網(wǎng)絡(luò)所能連接的部件多少。 結(jié)點(diǎn)度

12、:與結(jié)點(diǎn)相連接的邊數(shù)(通道數(shù))。進(jìn)結(jié)點(diǎn)的邊數(shù)叫入度,出結(jié)點(diǎn)的邊數(shù)叫出度。 結(jié)點(diǎn)度=出度+入度 距離:兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間相連的最少邊數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)直徑:網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)間距離的最大值,可用結(jié)點(diǎn)間的連接邊數(shù)表示。 結(jié)點(diǎn)間線長:結(jié)點(diǎn)間連線的長度,用米、公里等表示。,互連網(wǎng)絡(luò)的特性參數(shù),26,等分寬度:把N個(gè)結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)切成結(jié)點(diǎn)數(shù)相同(N/2)的兩半,在各種切法中,沿切口邊數(shù)的最小值。反映網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳輸帶寬。 線等分寬度:傳輸帶寬與通道寬度w(位)的乘積,Bbw。反映網(wǎng)絡(luò)最大流量。 對稱性:從任何結(jié)點(diǎn),拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都相同的網(wǎng)絡(luò)稱為對稱網(wǎng)絡(luò)。對稱網(wǎng)絡(luò)容易編程和實(shí)現(xiàn)。結(jié)點(diǎn)上的負(fù)載量分布均勻。,互連網(wǎng)絡(luò)的特性參數(shù),27,5.

13、2.1 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò) 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò): 指各節(jié)點(diǎn)(處理單元)間有著固定或?qū)S玫倪B接通路的網(wǎng)絡(luò)。在程序執(zhí)行中,節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的鏈接保持(或網(wǎng)絡(luò))保持不變。 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)中,每個(gè)開關(guān)元件固定地與一個(gè)結(jié)點(diǎn)相連,或分散在每個(gè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部(看不到開關(guān)元件),直接實(shí)現(xiàn)兩結(jié)點(diǎn)之間的通信。 一般是簡單的、通信模式可預(yù)測的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。,5.2 互連網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu),互連網(wǎng)絡(luò)可分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)。,28,靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò),從不同的角度對靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類 1)按通路類型 共享(總線型)通路: 非共享通路: 2) 按拓?fù)渚S數(shù) 所謂維數(shù) n ,指網(wǎng)絡(luò)畫在n維空間時(shí)才能保證各條鏈路不會(huì)相交。 3) 按網(wǎng)絡(luò)形狀 總線型、線型、 環(huán)型、立方體

14、型、樹型、全連接等。 4) 按度數(shù),29,典型的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò),N個(gè)結(jié)點(diǎn)的線形網(wǎng)(規(guī)模),有N-1條鏈路,距離的最大值為N-1(直徑),度為2,等分寬度為1。 一維,不對稱(?)。 簡單,N很大時(shí),通信效率很低。,1.線形網(wǎng),30,2.環(huán)形網(wǎng),N個(gè)結(jié)點(diǎn)的環(huán),有雙向環(huán)和單向環(huán)。 雙向環(huán):鏈路數(shù)為N,直徑N/2,度為2,對稱,等分寬度為2。 單向環(huán):鏈路數(shù)為N,直徑N-1,度為2,對稱,等分寬度為2。,31,3.帶弦環(huán),圖為(12個(gè)結(jié)點(diǎn))帶弦雙向環(huán) 結(jié)點(diǎn)度為3:鏈路數(shù)為18,直徑4(紅色結(jié)點(diǎn)),度為3,不對稱,等分寬度為2。 結(jié)點(diǎn)度為4:鏈路數(shù)為24,直徑3(紅色結(jié)點(diǎn)),度為4,對稱,等分寬度為8。,3

15、2,4.全鏈接 全鏈接中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)和其他結(jié)點(diǎn)之間都有單一的直接鏈路。帶弦環(huán)的一種特殊情形。 下圖中8個(gè)結(jié)點(diǎn)的全鏈接:,,,,,,,,,,28條鏈路,直徑1,度為7,對稱,等分寬度16。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,全連接網(wǎng)絡(luò)是最復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),每個(gè)結(jié)點(diǎn)同其他 結(jié)點(diǎn)都連接,直徑為1,度數(shù)是(N-1)。,33,5.樹形,4層的二叉樹,K層完全二叉樹有N = 2K - 1個(gè)結(jié)點(diǎn),中間層結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)度為3,直徑為2(K - 1)。不對稱,等分度為1。樹形網(wǎng)是一種容易擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 根部結(jié)點(diǎn)和連到根部鏈路上的負(fù)載量較大,為系統(tǒng)的瓶頸。,34,,,樹形的擴(kuò)展:,,,,,,,,,,,,,,,,,

16、,,,,,,,,,,,,,帶環(huán)樹,,兩種結(jié)構(gòu)可以緩解根結(jié)點(diǎn)的瓶頸問題。,35,6.星形,星形實(shí)際上是一種二層樹(如右圖)。 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的星形網(wǎng)絡(luò),有N - 1條鏈路,直徑為2,最大結(jié)點(diǎn)度為N - 1,非對稱(?),等分寬度為1。,,36,,,,,,,,,,7.網(wǎng)格,N個(gè)結(jié)點(diǎn)的rr網(wǎng)格,有2N - 2r條鏈路, 直徑為2(r-1),結(jié)點(diǎn)度為4,非對稱,等分寬度為r。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,二維環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),37,網(wǎng)格的變形---Illiac 網(wǎng):,N個(gè)結(jié)點(diǎn)的rr網(wǎng)格 2N條鏈路(

17、?),直徑為r-1,結(jié)點(diǎn)度為4。,--網(wǎng)格結(jié)構(gòu)擴(kuò)充性好,易在VLSI芯片上實(shí)現(xiàn)。,每行尾與下一行的頭,每列尾與下一列的頭相接-網(wǎng)格卷繞。,38,,,,,,,,,,網(wǎng)格的變形---搏動(dòng)式陣列(Systolic Array),,,,,,,,,,39,8.超立方體,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,0維-立方體,1維-立方體,2維-立方體,3維-立方體,4維-立方體,n-立方體由N = 2n個(gè)結(jié)點(diǎn)構(gòu)成。直徑為n,結(jié)點(diǎn)度為n,對稱。結(jié)點(diǎn)度隨維數(shù)線性增加。,特點(diǎn): 相鄰的結(jié)點(diǎn)編號只差一位,40,

18、9.帶環(huán)立方體(CCC),一個(gè)帶環(huán)n-立方體,由N = 2n個(gè)結(jié)點(diǎn)環(huán)構(gòu)成,每個(gè)結(jié)點(diǎn)環(huán)是一個(gè)有n個(gè)結(jié)點(diǎn)的環(huán),結(jié)點(diǎn)總數(shù)為n 2n個(gè)。直徑通常為2n,結(jié)點(diǎn)度為3,對稱。,帶環(huán)3-立方體,41,靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)特性比較,42,5.2.2 動(dòng)態(tài)互連網(wǎng)絡(luò),,動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)(dynamic Networks)通常由交換開關(guān)構(gòu)成互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的,可按運(yùn)行程序的要求改變網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)。 特點(diǎn): 網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)元件可以控制(有源)。 鏈路可通過設(shè)置開關(guān)的狀態(tài)來重構(gòu)。 網(wǎng)絡(luò)邊界上的開關(guān)元件可與處理機(jī)相連。 有總線網(wǎng)絡(luò)、多級網(wǎng)絡(luò)和交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)等。,43,1 總線系統(tǒng),總線是一組公用通信通路,通過導(dǎo)線和插座把各臺處理機(jī)、存儲模塊和外圍設(shè)備與總

19、線連接起來??偩€是一組公用通信通路,通過導(dǎo)線和插座把各臺處理機(jī)、存儲模塊和外圍設(shè)備與總線連接起來。 組成:處理機(jī)、存儲模塊、局部Catch、I/O部件和外圍設(shè)備等??偩€結(jié)構(gòu)在并行處理機(jī)系統(tǒng)有重要地位。,44,總線系統(tǒng)一般特點(diǎn),處理機(jī)、存儲模塊和外圍設(shè)備均與總線相連,分時(shí)工作。價(jià)格低。 每臺處理機(jī)都能訪問公共總線,有局部catch。 處理機(jī)通過請求訪問全局存儲器。多請求下總線仲裁邏輯將總線分配給一個(gè)請求。 局部Catch數(shù)據(jù)修改和通信執(zhí)行“一致性協(xié)議” 存在總線和共享存儲器兩大瓶頸。 主要問題:總線仲裁、中斷處理、一致性協(xié)議和總線事務(wù)處理(帶寬窄)。 總線復(fù)雜性由總線上連接的分接頭數(shù)n與數(shù)據(jù)通路

20、寬度w的和w+n決定.,45,多級網(wǎng)絡(luò),單級網(wǎng)絡(luò):由一級開關(guān)和一種連接模式構(gòu)成的互聯(lián)。 多級網(wǎng)絡(luò)則包含多級開關(guān)和多級連接模式。,每一級都用多個(gè)ab開關(guān),通過動(dòng)態(tài)設(shè)置開關(guān)狀態(tài),改變或建立輸入和輸出對之間的連接。 相鄰級開關(guān)間有固定的級間連接(ISC)。 ab開關(guān): a個(gè)輸入和b個(gè)輸出。a和b常為2的整數(shù)冪 級控制、單元控制、部分級控制 三種控制方式。,46,控制方式指對各個(gè)開關(guān)模塊進(jìn)行控制的方法。 (1)級控制 每一級所有開關(guān)只用一個(gè)控制信號控制,該級所有開關(guān)處于同一種狀態(tài); (2)單元控制 每個(gè)開關(guān)都有單獨(dú)的控制信號,各自可處于不同的狀態(tài); (3)部分級控制 第i級的所有開關(guān)分別用i+1個(gè)信號

21、控制,控制信號隨級數(shù)增加而遞加。 級間連接(ISC)模式:均勻洗牌、蝶式、交換 常用開關(guān)模塊:22,44,88。,多級互連網(wǎng)絡(luò)控制方式,47,【例】Omega網(wǎng)絡(luò),,88 Omega網(wǎng)絡(luò),3級。22開關(guān)。級數(shù)一般為logkn 網(wǎng)絡(luò)左側(cè)有8個(gè)輸入,右側(cè)有8個(gè)輸出。 級間連接(ISC)是對8個(gè)對象的均勻洗牌模式。 控制開關(guān)狀態(tài)可實(shí)現(xiàn)從輸入到輸出的多種連接。 交叉開關(guān)復(fù)雜性 O((n logkn) w)。w是MIN設(shè)計(jì)中鏈路寬度。(假設(shè)k*k開關(guān)為基本構(gòu)件)。,48,Omega網(wǎng)絡(luò),構(gòu)造Omega網(wǎng)絡(luò)的22開關(guān)的四種連接方式:直通、交叉、上播和下播。,開關(guān)模塊及狀態(tài):,上播和下播不能構(gòu)成置換(允許一

22、個(gè)輸入連接兩個(gè)輸出),49,【例4】一個(gè)多級立方體網(wǎng)采用二功能開關(guān)和交換函數(shù)構(gòu)成,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖所示。使交換開關(guān)的設(shè)置處于某一種工作狀態(tài),可以得到的不同的多級互連網(wǎng)絡(luò)。 (1)當(dāng)所有開關(guān)都直通時(shí),實(shí)現(xiàn)恒等變換; (2)當(dāng)A、B、C、D四個(gè)開關(guān)交換,其余直通時(shí)實(shí)現(xiàn)C; (3)當(dāng)E、F、G、H四個(gè)開關(guān)交換,其余直通時(shí)實(shí)現(xiàn)C1; (4)當(dāng)I、J、K、L四個(gè)開關(guān)交換,其余直通時(shí)實(shí)現(xiàn)C2。,,50,交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò),可看作單級開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。帶寬和互連特性最好。交叉點(diǎn)能在(源,目的)之間動(dòng)態(tài)連接,每個(gè)交叉點(diǎn)開關(guān)根據(jù)程序要求動(dòng)態(tài)設(shè)置“開”或“關(guān)”。如圖是多處理機(jī)中處理機(jī)-存儲器間的交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。,51,交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)

23、,在處理機(jī)和存儲模塊間用交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)共享存儲型多處理機(jī),實(shí)際是一個(gè)存儲器訪問網(wǎng)絡(luò)。支持并行(或交叉)存儲器訪問。 每個(gè)處理機(jī)可同時(shí)訪問不同的存儲模塊。同時(shí)接通幾個(gè)交叉點(diǎn)開關(guān)。 每個(gè)存儲模塊一次只能滿足一臺處理機(jī)的請求。每一列只能接通一個(gè)交叉點(diǎn)開關(guān)。 在多個(gè)請求同時(shí)到達(dá)同一存儲模塊時(shí),交叉開關(guān)要分解所發(fā)生的沖突。 每臺處理機(jī)可能會(huì)產(chǎn)生一系列地址,同時(shí)訪問多個(gè)存儲模塊。,52,向量并行處理機(jī)(VPP 500),采用大型交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。PE為帶存儲器的處理機(jī),CP代表控制處理機(jī)。 網(wǎng)絡(luò)中,每行和一列只能接通一個(gè)交叉點(diǎn)開關(guān)。處理機(jī)間的交叉開關(guān)實(shí)現(xiàn)處理機(jī)之間的置換連接(一對一)。 n*n交叉開關(guān)網(wǎng)

24、絡(luò)一次最多可連通n個(gè)(源,目的)處理機(jī)對。,53,三種動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)比較,1) 硬件復(fù)雜性 總線互連成本低。連線復(fù)雜性由數(shù)據(jù)總線和地址總線的寬度決定。地址線可為數(shù)據(jù)總線的一部分。256根數(shù)據(jù)線和64根地址線代表當(dāng)今總線的設(shè)計(jì)水平??偩€互連開關(guān)的硬件復(fù)雜性隨分接頭數(shù)n和數(shù)據(jù)通路寬w兩者線性增加。 交叉開關(guān)復(fù)雜性隨 n*n w乘積而增大,其中n*n 對應(yīng)交叉開關(guān)中的交叉點(diǎn)數(shù),w是交叉開關(guān)中的通路寬度。 多級網(wǎng)絡(luò)(MIN),硬件復(fù)雜性函數(shù)為O((nlogkn)w),復(fù)雜性位于總線和交叉開關(guān)網(wǎng)絡(luò)之間。 總線、多級網(wǎng)絡(luò)、交叉開關(guān)硬件復(fù)雜性呈增加趨勢。,54,2)處理器帶寬,總線系統(tǒng)中n個(gè)處理器競爭總線帶寬。假

25、設(shè)時(shí)鐘頻率為f,則總線的每個(gè)處理器帶寬在函數(shù)O(wf/n)和O(wf)范圍內(nèi)變化。 MIN和交叉開關(guān)具有較寬的處理器帶寬,該帶寬隨函數(shù)O(wf)線性變化。 在多級網(wǎng)絡(luò)中,數(shù)據(jù)傳輸要經(jīng)過多級開關(guān),總線和交叉開關(guān)只需較少時(shí)間(1或2周期)來傳輸單位數(shù)據(jù)。 交叉開關(guān)具有最高的處理器帶寬。 總線、多級網(wǎng)絡(luò)、交叉開關(guān)的處理器帶寬呈增加趨勢。,55,3 聚集帶寬,聚集帶寬物理概念是:在一個(gè)給定的網(wǎng)絡(luò)中,從一半結(jié)點(diǎn)到另一半結(jié)點(diǎn),每秒傳輸信息的最大位數(shù)。 結(jié)論:多級網(wǎng)絡(luò)(MIN)比總線或交叉開關(guān)互連具有更大的聚集帶寬。,56,4.動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)比較,表5.3匯總了構(gòu)成動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的總線、多級網(wǎng)絡(luò)、交叉開關(guān)的主要特性。 表5.3 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和帶寬性能一覽表,,,,,,

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