体系结构第7章 第4讲.pptVIP

计算机体系结构 * 国家精品资源共享课程：计算机体系结构 第七章：多处理机 国防科技大学计算机学院 主讲人： 教授 第七章 多处理机 7.4.3 动态连接网络 为了达到多用或通用的目的，需要采用动态连接网络，它能根据程序要求实现所需的通信模式。它不用固定连接，而是沿着连接通路使用开关或仲裁器以提供动态连接特性。 按照价格和性能增加的顺序，动态连接网络的排队次序为总线系统、多级互连网络(MIN)和交叉开关网络 采用动态网络的多处理机的互连是在程序控制下实现的。定时、开关和控制是动态互连网络的三个主要操作特征。 根据级间连结方式，单级网络(single-stage network)也称循环网络(recirculating network), 因为数据项在到达最后目的地之前可能在单级网络中循环多次。单级网络的成本比较低，但在建立某种连接时可能需要多次通过网络。交叉开关和多端口存储器结构都属于单级网络。 多级网络由一级以上的开关元件构成。这类网络可以把任一输入与任一输出相连。级间连接模式的选择取决于网络连接特性。不同级的连接模式可能相同也可能不相同，这与所设计的网络的类型有关。Omega网、Flip网和Baseline网都是多级网络。 如果同时连接多个输入输出对时,可能会引起开关和通信链路使用上的冲突，这种多级网络称为阻塞网络(blocking network)。 阻塞网络的实例有Omeage网(Lawrie,1975)、Baseline网(Wu和Feng,1980)、Banyan网(Goke和lipovski,1973)和Delta网(Patel,1979)。 如果多级网络通过重新安排连接方式可以建立所有可能的输入输出之间的连接，则称之为非阻塞网络(nonblocking network)。这类网络中，任何输入输出对之间总可以建立连接通路。Benes网络(Benes,1965)具有这种功能 1.总线系统 总线系统实际上是一组导线和插座，用于处理与总线相连的处理器、存储模块和外围设备间的数据业务。总线只用于源(主部件)和目的(从部件)之间处理业务。在多个请求情况下，总线仲裁逻辑必须每次能将总线服务分配或重新分配给一个请求。 系统总线在处理机、I／O子系统、存储模块或辅助存储设备(磁盘、磁带机等)之间提供了一条公用通信通路。 公用总线是在分时基础上工作的。总线研制中的重要问题有总线仲裁、中断处理、一致性协议和总线事务的处理等。 一种总线连接的多处理机系统 2.交叉开关网络 在交叉开关网络中，每个输入端通过一个交叉点开关可以无阻塞地与一个空闲输出端相连。交叉开关网络是单级网络，它由交叉点上的一元开关构成。交叉网络主要用于中小型系统。 从存储器读出的数据一旦可用时，该数据通过同一交叉开关回送给请求的处理器。通常，这类交叉开关网络需要使用n×m个交叉点开关。正方形交叉开关网络(n＝m)可以无阻塞地实现n!种置换。 在交叉开关网络的每一行中可以同时接通多个交叉点开关，所以交叉点开关网络中n对处理器可以同时传送数据 交叉开关网络的带宽和互连特性最好。 交叉开关网络每个周期可以实现n个数据传输，与每个总线周期只传一个数据相比，它的频宽最高。交叉开关网络对小型多处理机系统来说性能价格比较高。但单级交叉开关网络一旦构成后将不能扩充。 一种交叉开关网络 3．多端口存储器 许多大型的多处理机系统都采用多端口存储器结构。其主要思想是将所有交叉点仲裁逻辑和跟每个存储器模块有关的开关功能移到存储器控制器中 由于增加了访问端口和相应的逻辑线路，存储器模块的成本就变得较为昂贵。每个存储器模块的n个输入端口与n个开关相连，一次只能接收n台处理器中的一个请求。 用于多处理机系统的多端口存储器结构 多端口存储器结构是一个折衷方案，它介于低成本低性能的总线系统和高成本高带宽的交叉开关系统之间。总线被所有处理器和与之相连的设备模块分时地共享。多端口存储器则负责分解各台处理器的请求冲突。 当m和n值很大时，这种多端口存储器结构将变得十分昂贵。典型的多处理机应用配置是四台处理机和16个存储器模块。 4.多级网络 多级网络可用于构造大型多处理机系统。每一级都用了多个a×b开关，相邻级开关之间都有固定的级间连接。为了在输入和输出之间建立所需的连接，可用动态设置开关的状态来实现。 各种多级网络的区别就在于所用开关模块和级间连接模式的不同。一个a×b开关模块有a个输入和b个输出。一个二元开关与a=b=2的2×2开关模块相对应。在理论上a与b不一定要相