《互连网络》PPT课件

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1、第6章互连网络6.1互连网络的基本概念6.2静态互连网络6.3动态互连网络6.4消息传送与控制6.1互连网络的基本概念6.1.1互连网络的功能与特征6.1.2互连函数6.1.1互连网络的功能与特征1.网络功能互连网络是一种由开关元件按一定的拓扑结构和控制方式构成的网络，用来实现计算机系统内部多处理机或多功能部件之间的相互连接。它通过硬件线路，实现设备之间的连接；通过开关选择，构成一对一或者一对多的信息通路。如果再配以软件，还可实现数据格式的定义、转换、打包、帧识别、发送与接收控制以及误码检测等功能。这里主要从硬件的角度讨论互连网络的功能与特征，如图6.1所示。图6.1互连网络示意

2、图概括起来，互连网络的主要功能有以下两点：①连接各个结点，构成信息通路，传送数据或者控制命令；②通过路径选择，实现有目的的信息交换，其中包括一到一和一到多的选择与交换。随着互联网的发展，越来越多的并行计算机系统直接使用台式计算机作为结点机，通过互联网连接，构成并行计算机系统，这也使互连网络由专用型发展成为通用型。2.主要性能主要是指网络规模、连接度、结点距离、网络直径、带宽、可靠性和成本。（1）网络规模：是指网络中的结点数，它体现网络所能连接的部件数，随着设备的增加而扩大。（2）连接度：也称为结点度，是指与该结点连接的边数，也就是直接连接到该结点的其它结点数，常用d表示。如果一个

3、结点直接连接的其它结点越多，则该网络的连接度也就越高。（3）结点距离：结点距离是从一个结点到另一结点所经过的最少边数。（4）网络直径：网络直径是指网络中任意两个结点之间的最大距离，常用D表示。从数据传送的角度来看，网络直径越小越好。（5）等分宽度：分为通道等分宽度和线等分宽度。把网络切成相等的两半，沿切口的最小边（通道）数称为通道等分宽度，可用k表示；若用w表示通道宽度（用位表示），则B=k×w称为线等分宽度。（6）结点间线长：是指两结点之间的线路长度，它影响信号传输中的延时、扭曲和需要的功率。（7）对称性：从任何一个结点来看，若网络的拓扑结构都一样，则称为对称网络。对于这种网络

4、，容易设计和编程。（8）数据寻径功能：表示互连网络把数据从网络的一端传送到另一端的方式和能力，分为静态和动态两种。静态数据寻径网络是指其结构不能用程序改变；而动态数据寻径网络的结构可用程序改变。不同的网络结构有着不同的数据寻径功能，常见的有一到一、一到多(广播)、散射、汇合/聚集、归约(多到一)、循环移位、扫描和全交换等。3.主要参数（1）带宽是指网络传送信息的速率，常用Mbps或MBps表示，又分为聚集带宽和等分带宽。所谓聚集带宽是在网络中，从一半结点到另一半结点，每秒钟传送信息的最大位数或字节数.。而等分带宽是指每秒钟从最小线等分宽度(线)上通过信息的最大位数或字节数。例如H

5、PS是一个对称式网络，包含512个结点，每个端口的带宽为40MBps，可计算出聚集带宽为512/2×40MBps=10GBps。若用r表示线等分宽度中每条线上传送信息的速率，则等分带宽可表示为P=kwr。（2）传输时间：是指信息通过网络所用的时间，等于信息长度除以带宽。（3）飞行时间：是指消息的第一位数据通过网络到达接收端所用的时间。（4）传输延时：传输延时等于飞行时间与传输时间之和，是消息通过互连网络的时间，但不包括网络两端硬件设备发送和接收的时间。（5）总延时：包括上述传输延时和网络两端的发送与接收时间。（6）误码率：是传输信息时出现错误的概率，等于错误码的位数除以总码长。显

6、然，误码率越低越好。（7）成本：构建互连网络所花的费用。在保证功能要求的基础上，越低越好。4.互连网络设计要素在设计互连网络时，所考虑的主要因素有以下4个方面。（1）传送方式传送方式分为同步和异步两种。所谓同步方式，是在数据传送的过程中采用统一的时钟信号。异步方式则不需要统一的时钟信号在各处理机（或单元）之间进行同步，各处理机（或单元）根据自身需要相互建立动态连接。（2）控制策略是控制互连开关构成信息通路的方式，可分为集中控制和分散控制两种。所谓集中控制，是由统一的控制器对各个互连开关实施控制；而分散控制，是由各个开关自身实施控制。一般SIMD计算机采用的是集中控制和同步传送方式

7、。（3）交换方式是指数据传送管理方式，分为线路交换和分组交换。线路交换是在传送过程中，在源/目标结点间建立固定的物理通路，适合于成批数据传送。分组交换是对数据进行分组，分别送入互连网络，各分组可通过不同的路由到达目标结点，适合于短数据报文传送。SIMD计算机一般采用线路交换，MIMD多处理机多采用分组交换方式。（4）拓扑结构是指互连网络中各结点之间的连接关系，可分为静态拓扑和动态拓扑。静态拓扑是在网络运行中其结构不能改变；而在动态拓扑结构中设有有源开关，在网络运行中可借助于控制信