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[文學(xué)研究]高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)-展示頁

2024-10-23 13:58本頁面
  

【正文】 用 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 互連函數(shù) 多級互聯(lián)網(wǎng)絡(luò) 通信問題 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 特點(diǎn): 網(wǎng)絡(luò)的開關(guān)元件有源,鏈路可通過設(shè)置這些開關(guān)的狀態(tài)來重構(gòu)。 k元 n立方體的結(jié)點(diǎn)可以用基數(shù)為 k的 n位地址 A = a0 a1 a2 ... an來表示,其中 ai代表第 i維結(jié)點(diǎn)的位置。直徑通常為 2n,結(jié)點(diǎn)度為 3,對稱。由于結(jié)點(diǎn)度隨維數(shù)線性增加,所以超立方體不是一種可擴(kuò)展結(jié)構(gòu)。 c. 搏動(dòng)式陣列( Systolic Array) 0立方體 1立方體 2立方體 3立方體 4立方體 一個(gè) n立方體由 N = 2n個(gè)結(jié)點(diǎn)構(gòu)成,它們分布在 n維上,每維有兩個(gè)結(jié)點(diǎn)。 Nr ? 網(wǎng)格的變形: a. Illiac 網(wǎng) 有 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的 r?r網(wǎng)格(其中 ),有2N條鏈路,直徑為 r1, 結(jié)點(diǎn)度為 4。有 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的星形網(wǎng)絡(luò),有 N 1條鏈路,直徑為 2,最大結(jié)點(diǎn)度為 N 1,非對稱,等分寬度為 1。 樹形的擴(kuò)展: 帶環(huán)樹 二叉胖樹 這兩種結(jié)構(gòu)都可以緩解根結(jié)點(diǎn)的瓶頸問題。不對稱,等分度為 1。如下圖中 8個(gè)結(jié)點(diǎn)的全鏈接: 有 28條鏈路,直徑為 1,度為 7,對稱,等分寬度為 16。 度為3的帶弦環(huán) 度為4的帶弦環(huán) 全鏈接是帶弦環(huán)的一種特殊情形。 對上圖中 12個(gè)結(jié)點(diǎn)的帶弦 雙向 環(huán), 結(jié)點(diǎn)度為 3:鏈路數(shù)為 18,直徑 4(比如紅色結(jié)點(diǎn)),度為 3,不對稱,等分寬度為 2。比如 KSR1( 1990)。 總線 :通過切換與其相連的許多結(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)時(shí)分特性,同一時(shí)刻只有一對結(jié)點(diǎn)在傳送數(shù)據(jù)。 N很大時(shí),通信效率很低。 通道是否有緩沖。 對稱性 :從任何結(jié)點(diǎn)看,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都一樣,這種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)和編程都很容易。 等分寬度 :某一網(wǎng)絡(luò)被切成相等的兩半時(shí),沿切口的最小邊數(shù)稱為該網(wǎng)絡(luò)的等分寬度。 網(wǎng)絡(luò)直徑 :網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間距離的最大值。根據(jù)通道到結(jié)點(diǎn)的方向,結(jié)點(diǎn)度可以進(jìn)一步表示為: 結(jié)點(diǎn)度 = 入度 + 出度 其中入度是進(jìn)入結(jié)點(diǎn)的通道數(shù),出度是從結(jié)點(diǎn)出來的通道數(shù)。 如果用圖來表示,結(jié)點(diǎn)代表開關(guān),邊代表通信鏈路,則 (1) 結(jié)點(diǎn)間的鏈路無源,不能重構(gòu) (2) 開關(guān)元件與處理機(jī)相連 (3) 不直接相連結(jié)點(diǎn)間的通信需通過中間結(jié)點(diǎn)中轉(zhuǎn)。高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系高性能計(jì)算研究所 鄭緯民 教授 2021年 11月 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系研究生課程 高等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 第一章 高等計(jì)算機(jī)的核心技術(shù) —— 并行處理 第二章 加速比性能模型與可擴(kuò)展性分析 第三章 互連與通信 第四章 劃分與調(diào)度 第五章 并行存儲(chǔ)器系統(tǒng) 第六章 Cache Coherence 第七章 Memory Consistency 第八章 指令級并行處理 第三章 互連與通信 互連網(wǎng)絡(luò)的作用 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 通信問題 互連網(wǎng)絡(luò)的作用 定義: 由開關(guān)元件按一定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部多個(gè)處理機(jī)或多個(gè)功能部件間的相互連接。 操作方式: 同步通信( Synchronous Communication) 異步通信 (Asynchronous Communication) 控制策略: 集中控制 (Centralized control) 分布控制 (Distributed control) ?交換方式: 電路交換 (Circuit switching) 分組交換 (Packet switching) Wormhole交換 (Wormhole switching) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu): 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) (Static work) 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) (Dynamic work) 第三章 互連與通信 互連網(wǎng)絡(luò)的作用 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)與指標(biāo) 典型的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò) 通信問題 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)與指標(biāo) 靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 由點(diǎn) — 點(diǎn)直接相連而成,這種連結(jié)方式在程序執(zhí)行過程中不會(huì)改變 。 結(jié)點(diǎn)度 :與結(jié)點(diǎn)相連接的邊(鏈路或通道)數(shù),表示節(jié)點(diǎn)所需要的 I/O端口數(shù),模塊化要求結(jié)點(diǎn)度保持恒定。 距離 :與兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間相連的最少邊數(shù)。 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模 :網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)數(shù),表示該網(wǎng)絡(luò)功能連結(jié)部件的多少。 結(jié)點(diǎn)間的線長 :兩個(gè)結(jié)點(diǎn)間的線的長度。 結(jié)點(diǎn)是否同構(gòu)。 典型的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò) 對 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的線性陣列,有 N1條鏈路,直徑為 N1(任意兩點(diǎn)之間距離的最大值),度為 2,不對稱,等分寬度為 1。 線性陣列與總線的區(qū)別: 線性陣列 :允許不同的源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)對并發(fā)使用系統(tǒng)的不同部分。 對 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的環(huán),考慮相鄰結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳送方向: 雙向環(huán) :鏈路數(shù)為 N,直徑 ?N/2?,度為 2,對稱,等分寬度為 2。 單向環(huán) :鏈路數(shù)為 N,直徑 N1,度為 2,對稱,等分寬度為 2。 結(jié)點(diǎn)度為 4:鏈路數(shù)為 24,直徑 3(比如紅色結(jié)點(diǎn)),度為 4,對稱,等分寬度為 8。全鏈接中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)和其他結(jié)點(diǎn)之間都有單一的直接鏈路。 4層的二叉樹 一棵 K層完全二叉樹應(yīng)有 N = 2K 1個(gè)結(jié)點(diǎn),大多數(shù)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)度為 3,直徑為 2( K 1)(即右邊任意一個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)到左邊任意一個(gè)葉子結(jié)點(diǎn))。 由于結(jié)點(diǎn)度為常數(shù),所以樹是一種可擴(kuò)展的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。 星形實(shí)際上是一種二層樹(如右圖)。 Nr ? 有 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的 r?r網(wǎng)格(其中 ),有2N 2r條鏈路,直徑為 2( r1), 結(jié)點(diǎn)度為 4,非對稱,等分寬度為 r。 Nr ? b. 環(huán)形網(wǎng)( 2D— Torus) 有 N個(gè)結(jié)點(diǎn)的 r?r網(wǎng)(其中 ),有2N 條鏈路,直徑為 2?r/2?, 結(jié)點(diǎn)度為 4,對稱。直徑為 n, 結(jié)點(diǎn)度為 n,對稱。 例子: Intel的 iPSC/ iPSC/ nCUBE 一個(gè)帶環(huán) n立方體由 N = 2n個(gè)結(jié)點(diǎn)環(huán)構(gòu)成,每個(gè)結(jié)點(diǎn)環(huán)是一個(gè)有 n個(gè)結(jié)點(diǎn)的環(huán),所以結(jié)點(diǎn)總數(shù)為 n 2n個(gè)。 帶環(huán) 3立方體 n立方體網(wǎng)絡(luò) 4元 3立方體 (隱藏的結(jié)點(diǎn)與連接沒有畫出 ) 在一個(gè) k元 n立方體網(wǎng)絡(luò)中,結(jié)點(diǎn)的數(shù)目N = kn,即: NnNkknlo g,?? 其中, k稱為基數(shù)( radix), n稱為維數(shù)( dimension)。 傳統(tǒng)的環(huán)網(wǎng)等價(jià)于 4元 2立方體。 只有在網(wǎng)絡(luò)邊界上的開關(guān)元件才能與處理機(jī)相連。 置換: 把
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