高级计算机体系结构第5章1.pptx

1 第五章 互连网络 2 第一节 互连网络基本概念 一、互连网络的互连特性 1、互连网络(Interconnection Network) *概念：由开关元件按一定拓扑结构和控制方式构成的网络，实现节点间的互连 *应用：根据需要，可用于P→P及P←→M的并行连接 回下页 *互连特性：多个端口对(同时)、多种端口对组(分时) 3 2、互连特性的表示 *互连函数：出端编码是入端编码的排列、组合、移位、取反等操作的结果，用于表示所有出端与入端的连接关系 入端编码表示— x＝bn-1…b0，n=log2N 出端编码表示— f(x)＝基于bn-1…b0的操作结果 例2—互连函数f(bn-1…b0)=bn-2…b0bn-1，表示IN的前一半入端与其编码×2的出端连接、后一半入端与其编码÷2的出端连接(非对称的) *互连特性的表示：可用一组 互连函数表示 转上页 *互连特性的选择：用控制信号实现选择(网络控制) 4 3、应用需求与互连实现方式 *应用需求种类： ①节点互连需同时完成(互连函数需同时实现)，如SIMD ②节点互连可分时完成(互连函数可分时实现)，如MIMD *互连实现方式： 应用需求① 应用需求② 节点互连表示 软件指令指明互连目标 (程序通知IN) 消息内地址指明互连目标 (IN解析消息) 互连函数实现 IN同时控制所有部件 (满足需求) IN分时控制相关部件 (提高效率) 回6页 5 1、网络主要器件 (1)链路 --又称通道或电缆 属性有长度、宽度、定时机制3种 *长/短链路：指同一时刻可传递多/单个逻辑值 *宽/窄链路：指数据及控制信号可并行/串行传送 *同步/异步链路：指源端、目的端是/否使用公共时钟握手 二、互连网络的组成 (2)交叉开关(Crossbar) *组成：N2个交叉点开关[2态]， (建立N个入-出连接) *控制：用控制信号控制， 控制信号数由功能决定 (最多为N2个、常为Nlog2N个) 回下页 6 (3)交换开关(Switch) —又称交换机或路由器 *组成：交叉开关、缓冲区、接收器/发送器、寻径器 *控制：由控制信号(外部)、或数据包(内部)控制 *交换开关的度：输入/输出端口的数量(N) 特点—部件部分成本～kN， 即～端口数量×端口宽度 内部连接成本～cN2，即～交换开关度2 转上页 回下页 转4页 7 (4)网络接口电路(Network Interface Circuitry) --又称网卡 *组成：链路接口、缓冲区、DMA通道、控制逻辑等 *设计：软硬件分配取决于IN和节点的特性及性能要求 *功能：数据包组织、路由构造、数据包发送/接收、 一致性检查、流量和错误控制等 *成本：由端口规模、处理能力和控制电路决定 转上页 回下页 8 2、静态互连网络组成 节点间的连接在运行期间固定不变，又称直接网络 └→节点直接连接 *组成：链路、拓扑结构、NIC *拓扑结构：有线性阵列、网格、立方体等多种 *互连特性： 互连函数种类—有限几种(由拓扑结构决定) 互连函数选择—控制NIC 转上页 回下页 回11页 回12页 9 3、动态互连网络组成 节点间的连接由程序动态地改变，有共享介质、交叉开关、多级互连3种，后2种又称间接网络(节点仅与交换开关连接) (1)共享介质网络 同时只存在一个节点对连接(N个节点对连接需分时实现) *组成：链路、拓扑结构、NIC *拓扑结构：总线 *互连特性： 互连函数种类—零个(多个节点对连接只能分时实现) 节点对选择—各NIC自行判别地址 *与线性阵列静态网络的区别：通道数量、互连方向性 转上页 回下页 10 (2)交叉开关网络 同时存在N个节点对的任意连接，又称非阻塞网络 *组成：链路、交叉开关(拓扑结构)、NIC *互连特性： 互连函数种类—常为Nlog2N种(可为NN种) 互连函数选择—控制交叉开关 *拓扑结构：交叉开关 转上页 回下页 11 (3)多级互连网络 单级互连网络—只有一种互连函数，常为链路＋拓扑结构 *组成：链路、交换开关、单级网络、NIC *拓扑结构：可为静态网络的各种结构，各ISC(i)可不同