[計(jì)算機(jī)硬件及網(wǎng)絡(luò)]第1章并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及其結(jié)構(gòu)模型下(已修改)
2025-10-26 03:58 本頁(yè)面
【正文】 1 分布式系統(tǒng)開發(fā) 計(jì)算機(jī)學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 主講：陳 蕾 Email: 2 第一章 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)模型 并行計(jì)算導(dǎo)論 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連及其結(jié)構(gòu)模型 系統(tǒng)互連 靜態(tài)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 標(biāo)準(zhǔn)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型 3 并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互連 不同帶寬與距離的互連技術(shù) : 總線、 SAN、 LAN、 MAN、 WAN 局部總線I/O總線SCIHiPPIMyri千兆位 以太網(wǎng)光纖通道快速以太網(wǎng)以太網(wǎng)10 Base TFDDIATM總線或開關(guān) SAN LAN MAN WAN100Gb/s10Gb/s1Gb/s100Mb/s10Mb/s IsoE網(wǎng)絡(luò)帶寬交叉開關(guān)MIN 或100 Base T4 網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo) 并行機(jī)規(guī)模： 并行機(jī)包含的結(jié)點(diǎn)總數(shù)，或者包含的 CPU總數(shù)； 結(jié)點(diǎn)度： 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中聯(lián)入或聯(lián)出的一個(gè)結(jié)點(diǎn)的邊的條數(shù)，稱為該結(jié)點(diǎn)的度； 結(jié)點(diǎn)距離： 兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間跨越的圖的邊的條數(shù)； 網(wǎng)絡(luò)直徑： 網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的最長(zhǎng)距離； 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)帶寬： 圖中邊對(duì)應(yīng)的物理聯(lián)接的物理帶寬； 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)延遲： 圖中任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的一次零長(zhǎng)度消息傳遞必須花費(fèi)的時(shí)間。延遲與結(jié)點(diǎn)間距離相關(guān)，其中所有結(jié)點(diǎn)之間的最小延遲稱為網(wǎng)絡(luò)的最小延遲，所有結(jié)點(diǎn)之間的最大延遲稱為網(wǎng)絡(luò)的最大延遲； 折半寬度： 對(duì)分網(wǎng)絡(luò)成兩個(gè)部分（它們的結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)至多相差 1）所必須去掉的邊的網(wǎng)絡(luò)帶寬的總和； 總通信帶寬： 所有邊的帶寬之和； 5 網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)價(jià)： ?? 大：結(jié)點(diǎn)度、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)帶寬、折半寬度、總通信帶寬； ?? ?。壕W(wǎng)絡(luò)直徑、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)延遲； 6 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò) 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)：處理單元間有著固定連接的一類網(wǎng)絡(luò)，在程序執(zhí)行期間，這種點(diǎn)到點(diǎn)的鏈接保持不變；典型的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)有一維線性陣列、二維網(wǎng)孔、樹連接、超立方網(wǎng)絡(luò)、立方環(huán)、洗牌交換網(wǎng)、蝶形網(wǎng)絡(luò)等 7 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)（ 1） 一維線性陣列（ 1D Linear Array）： 并行機(jī)中最簡(jiǎn)單、最基本的互連方式， 每個(gè)節(jié)點(diǎn)只與其左、右近鄰相連，也叫二近鄰連接， N個(gè)節(jié)點(diǎn)用 N1條邊串接之，內(nèi)節(jié)點(diǎn)度為 2，直徑為 N1，對(duì)剖寬度為 1 當(dāng)首、尾節(jié)點(diǎn)相連時(shí)可構(gòu)成循環(huán)移位器，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上等同于環(huán)，環(huán)可以是單向的或雙向的，其節(jié)點(diǎn)度恒為 2，直徑或?yàn)?n/2 （雙向環(huán)）或?yàn)?N1（單向環(huán)），對(duì)剖寬度為 2 8 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)（ 2） 二維網(wǎng)孔（ 2D Mesh）： 每個(gè)節(jié)點(diǎn)只與其上、下、左、右的近鄰相連（邊界節(jié)點(diǎn)除外），節(jié)點(diǎn)度為 4，網(wǎng)絡(luò)直徑為 ，對(duì)剖寬度為 在垂直方向上帶環(huán)繞，水平方向呈蛇狀，就變成 Illiac網(wǎng)孔了，節(jié)點(diǎn)度恒為 4，網(wǎng)絡(luò)直徑為 ，而對(duì)剖寬度為 垂直和水平方向均帶環(huán)繞，則變成了 2D環(huán)繞（ 2D Torus），節(jié)點(diǎn)度恒為 4，網(wǎng)絡(luò)直徑為 ，對(duì)剖寬度為 )1(2 ?N N1?N N2? ?2/2 N N2NN ?(a )2 D 網(wǎng)孔 (b)Illiac網(wǎng)孔 (c )2 D 環(huán)繞9 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)（ 3） 二叉樹： 除了根、葉節(jié)點(diǎn)，每個(gè)內(nèi)節(jié)點(diǎn)只與其父節(jié)點(diǎn)和兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)相連。 節(jié)點(diǎn)度為 3，對(duì)剖寬度為 1，而樹的直徑為 如果盡量增大節(jié)點(diǎn)度為 ，則直徑縮小為 2，此時(shí)就變成了星形網(wǎng)絡(luò)，其對(duì)剖寬度為 傳統(tǒng)二叉樹的主要問(wèn)題是根易成為通信瓶頸。胖樹節(jié)點(diǎn)間的通路自葉向根逐漸變寬。 ? ?? ?1log2 ?N? ?2/N(a) 二叉樹 (b) 星形連接(c) 二叉胖樹10 靜態(tài)互連網(wǎng)絡(luò)（ 4） 超立方 ： 一個(gè) n立方由
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