并行计算机体系结构

《并行计算机体系结构》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2章并行计算机体系结构内容提要：2.1并行机网络互联拓扑结构2.2并行机访存模型与多级存储结构2.3并行机分类2.4并行机举例2.5并行计算机的发展史2.1并行机网络互联拓扑结构l参考资料：n文献1：第1.2节；n文献2：详细阐述；l当代并行机拓扑结构：l并行机体系结构的几个要素：n结点：包含一个或多个CPU，这些CPU通过HUB或全互联交叉开关相互联接，并共享内存，也可以直接与外部进行I/O操作；n路由器：联接计算结点与互联网络，负责数据在结点间的路由寻址；n互联网络：将所有路由器以某种拓扑结构相互联接，保证它们之间可以自由地通信。l互联网络：n拓扑结构：将并行机各结点

2、之间物理上相互联接的关系用图来表示，其中图中结点代表并行机的结点，图中连线代表它所联接的两个结点的路由器之间存在物理上的直接联接关系，我们称该图为并行机互联网络拓扑结构；16n拓扑结构的几个重要定义：Ø并行机规模：并行机包含的结点总数，或者包含的CPU总数；Ø结点度：互联网络拓扑结构中联入或联出的一个结点的边的条数，称为该结点的度；Ø结点距离：两个结点之间跨越的图的边的条数；Ø网络直径：网络中任意两个结点之间的最长距离；Ø点对点带宽：图中边对应的物理联接的物理带宽；Ø点对点延迟：图中任意两个结点之间的一次零长度消息传递必须花费的时间。延迟与结点间距离相关，其中所有结点之间的

3、最小延迟称为网络的最小延迟，所有结点之间的最大延迟称为网络的最大延迟；Ø折半宽度：对分网络成两个部分（它们的结点个数至多相差1）所必须去掉的边的网络带宽的总和；Ø总通信带宽：所有边的带宽之和；n互联网络评价：Ø大：结点度、点对点带宽、折半宽度、总通信带宽；Ø小：网络直径、点对点延迟；l互联网络的分类：静态拓扑结构、动态拓扑结构、宽带互联网络；n静态拓扑结构：结点之间存在固定的物理联接方式，程序执行过程中，结点间的点对点联接关系不变，例如：[文献1：P10-P11，给出各类定义的具体值,文献2详细讨论]；Ø一维阵列（Array）、环（Ring）；Ø多维网格（Mesh）、多维环

4、（Torus）；Ø树（Tree）：二叉树、X-树、星树、胖树；Ø超立方体（Hypercube）;n动态拓扑结构：结点之间无固定的物理联接关系，而是在联接路径的交叉点处用电子开关、路由器或仲裁器等提供动态联接的特性，主要包含单一总线、多层总线、交叉开关、多级互联网络：Ø单一总线：联接处理器、存储模块和I/O设备等的一组导线和插座，在主设备（处理器）和从设备（存储器）之间传递数据，特征有：²公用总线以分时工作为基础，各处理器模块分时共享总线带宽，即在同一个时种周期，至多只有一个设备能占有总线；²总线带宽=总线主频´总线宽度，例如ASUS主板的总线频率=150MHz，总线宽度为6

5、4位，则该总线的带宽=1.2GB/s；²监听协议与仲裁算法：选择哪个设备占有总线；²例如：微机主板外部数据总线、PCI总线、ASCIWhite每个结点包含16个CPU，CPU之间通过总线共享局部存储器；Ø多层总线：各设备内部存在本地总线（结点、存储器、I/O设备），本地总线之间以系统总线相互联接，系统总线一般在通信主板中实现，例如文献1P14图1.9。Ø交叉开关（CrossbarSwitcher）：所有结点通过交叉开关阵列相互连接，每个交叉开关均为其中两个结点之间提供一条专用联接通路，同时，任意两个结点之间也能找到一个交叉开关，在它们之间建立专用联接通路。交叉开关的状态可根

6、据程序的要求动态地设置为“开”和“关”。例如4´164交叉开关联接8个结点（黑板上画图说明）。交叉开关特征：²结点之间联接：交叉开关一般构成N´N阵列，但在每一行和每一列同时只能有一个交叉点开关处于“开”状态，从而它同时只能接通N对结点；²结点与存储器之间的联接：每个存储器模块同时只允许一个结点访问，故每一列只能接通一个交叉点开关，但是为了支持并行存储访问，每一行同时可以接通多个交叉点开关。²交叉开关的成本为N2，N为端口数，限制了它在大规模并行机中的应用，一般适合8-16个处理器的情形.Ø多级互联网络（MIN：MultistageInterconnectionNetwor

7、k）：由多个单级交叉开关级联接起来形成大型交叉开关网络，相邻交叉开关级之间存在固定的物理联接拓扑。为了在输入与输出之间建立联接，可以动态地设置开关状态。例如：²一般联接图：文献1图1.11，其中ISC为该级互联网络，主要有混洗、蝶网、纵横交叉等；（详细参考文献2）²蝶网、CCC网、Benes网：均为超立方体网络的推广，参考文献2的P215-P225。²W网：等价于蝶网，参考文献1的P16图1.12。n宽带互联网络：Ø快速以太网（10Mbps（82年）、100Mbps（94年）、1Gbps（97年））：IEEE802