KIẾN TRÚC CÁC HỆ THỐNG TÍNH TOÁN - CHƯƠNG 3

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:53

Thêm vào BST

Báo xấu

93
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

MẠNG LIÊN KẾT Chiến lược mạng được ứng dụng lần đầu tiên vào những năm 1950 bởi nền công nghiệp điện thoại như là một phương tiện giảm thời gian cho các cuộc gọi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: KIẾN TRÚC CÁC HỆ THỐNG TÍNH TOÁN - CHƯƠNG 3

KIẾN TRÚC CÁC HỆ THỐNG TÍNH TOÁN Nguyễn Phú Bình Trần Trung Kiên Bộ môn KTMT - Khoa CNTT Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 1
Lưu ý của tác giả  Không được tự ý sao chép hay quảng bá bài giảng này khi chưa được sự đồng ý của các tác giả.  Địa chỉ liên hệ của các tác giả: Nguyễn Phú Bình Email: ngphubinh@yahoo.com Mobile: 0983533925 Website: http://phubinh.vicosoft.com/ktmt Trần Trung Kiên Email: trankien_bk@yahoo.com Mobile: 0914919392 Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội C1- P322, Tel: 8696125 Website: http://ktmt.shorturl.com 2
Kiến trúc các hệ thống tính toán Chương 3 MẠNG LIÊN KẾT (Interconnection Networks) Nguyễn Phú Bình – Trần Trung Kiên Bộ môn Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 3
Nội dung chương 3 3.1. Giới thiệu 3.2. Cấu trúc liên kết mạng 3.3. Lựa chọn thiết kế mạng liên kết 4
3.1. Giới thiệu Telephone Network Chiến lược mạng được ứng dụng lần đầu tiên vào những năm 1950 bởi nền công nghiệp điện thoại như là một phương tiện giảm thời gian cho các cuộc gọi. 5
Giới thiệu (tiếp) Nền công nghiệp máy tính nh cũng áp dụng chiến lược ng mạng để cung cấp kết nối Computer truyền thông nhanh giữa các truy Network thành phần của máy tính, đặc th biiệt cho các máy tính song b nh song. song. 6
Giới thiệu (tiếp)  Năng lực của các kiến trúc đơn chip không đáp ứng được yêu cầu về tốc độ của nhiều ứng dụng. VD như dự báo thời tiết, xử lý tín hiệu, radar dò tìm, xử lý ảnh.   Các máy tính song song đã chia những bài toán đơn lẻ thành các công việc song song để có thể thực hiện đồng thời, giảm đáng kể thời gian xử lý của ứng dụng. 7
Giới thiệu (tiếp)  Bất kỳ hệ thống song song nào sử dụng nhiều hơn một bộ xử lý (processor) cho một chương trình ứng dụng phải được thiết kế để cho các bộ xử lý của nó có thể trao đổi một cách hiệu quả.  Nói cách khác, những ưu điểm của xử lý song song có thể mất đi nếu sự trao đổi thông tin giữa các bộ xử lý không hiệu quả. 8
Giới thiệu (tiếp)  Sự thật này đã nhấn mạnh đến tầm quan trọng của mạng liên kết đối với toàn bộ hiệu suất của hệ thống song song.  Trong nhiều kiến trúc xử lý song song hiện tại hoặc đang được đề xuất, một mạng liên kết được sử dụng để thực hiện sự trao đổi dữ liệu giữa các bộ xử lý hoặc giữa các bộ xử lý với các module nhớ. 9
Nội dung chương 3 3.1. Giới thiệu 3.2. Cấu trúc liên kết mạng 3.3. Lựa chọn thiết kế mạng liên kết 10
3.2. Cấu trúc liên kết mạng  Cấu trúc liên kết mạng (Network Topology) đề cập đến sơ đồ các liên kết (link), bộ chuyển mạch (switch) để thiết lập các liên kết.  Các liên kết này thực chất là các dây vật lý (hoặc các kênh)  Còn các bộ chuyển mạch là các thiết bị nối một tập hợp các liên kết đầu vào với một tập các liên kết đầu ra. 11
Cấu trúc liên kết (tiếp)  Có 2 dạng cấu trúc liên kết: Các mạng liên kết tĩnh:   Cung cấp các liên kết cố định giữa các node (nút mạng).  Một node có thể là một bộ xử lý, một module nhớ hoặc một module vào-ra hay bất cứ sự tổ hợp nào.  Liên kết giữa các nodes là không thể thay đổi và không dễ dàng có thể cấu hình lại được. Các mạng liên kết động:   Cung cấp các kết nối có thể cấu hình lại được giữa các node.  Các bộ chuyển mạch là thành phần cơ bản của mạng liên kết động.  Các kết nối giữa các node được thiết lập bằng việc cấu hình một tập các bộ chuyển mạch kết nối với nhau. 12
1. Mạng liên kết tĩnh  Có nhiều loại, được phân biệt bởi bậc của node; bậc của node là số lượng các kết nối nối với node đó.  Một đơn vị đo, được gọi là đường kính, sử dụng để so sánh các đặc điểm hoạt động tương đối của các mạng khác nhau.  Đường kính của mạng được xác định là giá trị lớn nhất trong số khoảng cách tối thiểu kết nối giữa 2 node bất kỳ trong mạng.  Khoảng cách tối thiểu giữa 2 node là số lượng nhỏ nhất các kết nối – bước nhảy (hop) mà dữ liệu từ một node phải đi qua theo thứ tự để đến được node kia. 13
Một số kiểu mạng liên kết tĩnh  Bậc 1: shared bus (bus dùng chung)  Bậc 2: linear array (mạng tuyến tính), ring (mạng vòng)  Bậc 3: binary tree, fat tree, shuffle-exchange (Cây nhị phân)  Bậc 4: two-dimensional mesh (llliac, torus) (mạng lưới 2 chiều)  Bậc thay đổi: n-cube, n-dimensional mesh, k-aryn-cube (siêu khối) 14
a. Bus dùng chung (shared bus)  Là loại mạng liên kết tĩnh đơn giản nhất  Bus dùng chung có tất cả các node chia sẻ một mối liên kết truyền thông chung.  Mạng liên kết này có bậc 1, mỗi node có thể truy nhập tới node khác thông qua bus chung. 15
Bus dùng chung (tiếp)  Mạng chia sẻ bus là loại mạng rẻ nhất để triển khai.  Các node có thể dễ dàng thêm hay loại bỏ khỏi mạng này.  Tuy nhiên, nó yêu cầu một cơ chế cho việc xử lý xung đột khi nhiều node đồng thời yêu cầu sử dụng đường bus chung.  Cơ chế này có thể đạt được thông qua một bộ điều khiển bus. Đưa ra quyền điều khiển bus hoặc là node nào yêu cầu bus  trước thì được sử dụng trước, node nào yêu cầu bus sau sẽ sử dụng bus sau. Hoặc qua một lược đồ ưu tiên.  16
b. Mạng tuyến tính (linear array)  Mạng tuyến tính (bậc 2) có mỗi node được nối với 2 node bên cạnh (trừ node đầu và node cuối). Tính chất tuyến tính của cấu trúc này được xuất phát từ  node đầu và node cuối không kết nối với nhau.  Có cấu trúc đơn giản, thiết kế của nó có độ trễ truyền thông lớn, đặc biệt giữa hai node đầu cuối. Điều đó là do bất kỳ dữ liệu truyền trên mạng từ một node  phải qua một số node để có thể đến được node kia.  Mạng tuyến tính với N node sẽ có đường kính là N-1 17
Mạng vòng (ring)  Mạng vòng có bậc 2, mỗi một node được nối với 2 node bên cạnh, node cuối cùng và node đầu tiên được kết nối với nhau tạo thành một vòng.  Mạng vòng có thể theo 1 hướng hoặc 2 hướng. Trong mạng vòng 1 hướng, đường kính mạng là N-1  giống như mạng tuyến tính. Trong mạng vòng 2 hướng, đường kính mạng chỉ còn  N/2 hoặc nhỏ hơn nếu N chẵn. 18
Mạng vòng (tiếp)  Mặc dù đường kính của mạng vòng tốt hơn so với mạng tuyến tính nhưng cấu hình của nó vẫn gây ra một độ trễ truyền thông lớn giữa các node cách xa nhau khi N lớn.  Độ ổn định của mạng vòng 2 hướng được cải thiện nếu so sánh với mạng tuyến tính. Nếu 1 node bị hỏng, 1 hướng bị mất kết nối, hướng kia có thể sử dụng để hoàn thành việc truyền dữ liệu.  Một khi kết nối bị mất giữa bất kỳ 2 node cạnh nhau, mạng vòng trở thành mạng tuyến tính. 19
c. Cây nhị phân (binary tree)  Node đầu tiên gọi là gốc (root). Các node ở cuối cùng gọi là node lá (leaf/terminal), phần còn lại gọi là node giữa (intermediate). Mỗi node giữa có 2 node con. Bậc của mạng là 3.  Node root có địa chỉ là 1. Địa chỉ của một node con được xác định bằng thêm vào số 0 và 1 vào địa chỉ của node mẹ; nghĩa là node con của node x được mang nhãn 2x và 2x+1. N 001 1 N2 N3 010 011 N4 N5 N6 N7 100 101 110 111 20