《计算机互连网络》PPT课件

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1、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（InterconnectionNetwork）。•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。第七章互连网络(P394)2003.3.11计算机系统结构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

2、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’)。2003.3.12计算机系统结构网络规模一般说来，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

3、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。基本概念2003.3.13计算机系统结构(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

4、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、以不同距离、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）；互连网络的分类2003.3.14计算机系

5、统结构静态网络使用直接链路，它一旦构成后就固定不变。静态网络（P402）在N很小的情况下，线性阵列相当经济和合理的。由于直径随N线性增大，因此当N比较大时，就不应使用了。下面介绍几种常用的静态网络。1.线性阵列2003.3.15计算机系统结构环可以单向工作，也可以双向工作。它是对称的，结点度是常数2。双向环的直径为N/2，单向环的直径是N。2.环与带弦环2003.3.16计算机系统结构3.循环移数网络2003.3.17计算机系统结构4.树形和星形2003.3.18计算机系统结构5.胖树形2003.3.19计算机系统

6、结构6.网格形和环网形2003.3.110计算机系统结构7.超立方体2003.3.111计算机系统结构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。动态互接网络总线系统价格较低，存在总线争用。1.总线系统2003.3.112计算机系统结构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

7、)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。2.交叉开关网络2003.3.113计算机系统结构总线的造价最低，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

8、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。总线、多级网络、交叉开关的对比2003.3.114计算机系统结构特点：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