第六章重叠、流水和向量处理机1.ppt

§2 SIMD计算机的互连网络 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，用于实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接。 在SIMD计算机中，处理单元与处理单元或存储分体之间要通过互连网络进行信息交换。 互连网络的作用 用来实现计算机系统内部多个处理机或多个功能部件之间的相互连接。 互连网络已成为并行处理系统的核心组成部分。 互连网络对整个计算机系统的性能价格比有着决定性的影响。 互连网络的特性 互连网络通常是用有向边或无向边连接有限个结点的组成 互连网络的主要特性有： 网络规模：网络中结点的个数 结点度：与结点相连接的边数称为结点度。包括入度和出度。进入结点的边数叫入度，从结点出来的边数则叫出度 距离：两个结点之间相连的最少边数 网络直径：网络中任意两个结点间距离的最大值。用结点间的连接边数表示 结点间的线长：两个结点间连线的长度。用米、公里等表示 对称性：从任何结点看到拓扑结构都是一样的网络称为对称网络。对称网络比较易实现，编程也较容易。 互连网络在传输方面的主要性能参数 频带宽度(Bandwidth)：互连网络传输信息的最大速率。 传输时间(Transmission time)：等于消息长度除以频宽。 飞行时间(Time of flight)：第一位信息到达接收方所花费的时间。 传输时延(Transport latency)：等于飞行时间与传输时间之和。 发送方开销(Sender overhead)：处理器把消息放到互连网络的时间。 接收方开销(Receiver overhead)：处理器把消息从网络取出来的时间。 一个消息的总时延可以用下面公式表示： 总时延＝发送方开销＋飞行时间＋消息长度/频宽＋接收方开销 例7.1： 假设一个网络的频宽为10Mb/S，发送方开销为230us，接收方开销为270us。如果两台机器相距100米，现在要发送一个1000字节的消息给另一台机器，试计算总时延。如果两台机器相距1000公里，那么总时延为多大？ 解：光的速度为299792.5KM/S，信号在导体中传递速度大约是光速的50％，相距100米时总时延为： 相距1000公里时的总时延为： 目录 互连网络的设计目标及互连函数 互连网络应抉择的几个问题 基本的单级互连网络 基本的多级互连网络 全排列网络 互连网络的设计目标 结构不要复杂，降低成本； 互连灵活，满足算法和应用的需要； 处理单元间信息交换所需最大传送步数要尽量少，提高速度； 互连网络采用规整单一的基本构件组成；模块化，可扩充性； 互连网络的标准化 互连网络应抉择的几个问题 操作方式 控制策略 交换方法 网络的拓扑结构 互连网络的分类 操作方式：同步、异步、同步\异步 阵列处理机采用同步方式 多处理机采用异步、同步\异步组合方式 控制方式：集中、分布 多数采用集中 互连网络的分类（续） 交换方法：线路交换、包交换、线路交换/包交换 线路交换，建立实际通路，适合大批量数据传输，常采用。 包交换，建立虚电路，适合于短数据传送，常用于多处理机系统和计算机网络 网络上通常采用分组交换 互连网络的分类（续） 拓扑结构：互连网络入、出端可以实现连接的模式。 静态：连接固定。灵活性、适应性差。少使用。 一维线形 二维环形、星形、树形、胖树形、网格形、脉动阵列形 三维旋环形、立方体形、环立方体 动态 环形网 采用移数函数。使用不同的移数函数，可以构成多种环形网。 单向环行网：右环网，采用PM2+0函数。左环网，采用PM2-0函数。 双向环行网：又称为一维邻居网，采用{PM2+0，PM2-0}函数。 环行网是对称的，结点度是常数2。双向环网的直径为N/2，单向环形网的直径是N 如果将结点度由2提高至3，可得到弦环网。增加的弦愈多，则结点度愈高，网络直径愈小。 树形和星形网 一棵k层二叉树有N＝2k－1个结点，结点度是3，直径是2(k-1)。 星形是一种特殊的2层树，结点度很高，为d=N-1，直径是2。 二叉胖树的结点度从叶子结点往根结点逐渐增加。胖树缓解了一般二叉树根结点通信速度高的矛盾。 网格形网 是一种比较流行的网络结构，有各种变体形式。在Illiac IV、MPP、DAP、CM-2和Inetl Paragon中得到了实现。 一般网格网，N＝nk 结点的k维网格的结点度为2k，直径为k(n-1)。 环网形网格网沿阵列每行每列都有环形连接。一个n×n二元环网的结点度为4。环网是一种对称的拓扑结构。 Illiac IV的8×8 Illiac网格，其结点度为4，直径为7。一个n×n Illiac 网格的直径为d=n-1，为纯网格直径的一半 互连网络的分类（续） 动态网络： 单级：只有有限几种连接，循环网络。 多级：多个单级网络串