Σ υστήματα Παράλληλης Επεξεργασ ί ας, 9ο εξάμηνο ΣΗΜΜΥ

1. Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας, 9ο εξάμηνο ΣΗΜΜΥ ακ. έτος: 2003-2004Νεκτάριος Κοζύρης nkoziris@cslab.ece.ntua.gr

2. Δίκτυα Διασύνδεσης

3. Δίκτυο Διασύνδεσης … E E E 1 2 n Δίκτυο Διασύνδεσης … E/E E/E 1 r … M M 1 k Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

4. Δίκτυa Διασύνδεσης • Στατικά: Συνδέσεις από σημείο σε σημείο που δεν αλλάζουν κατά την εκτέλεση • Δυναμικά: Διακοπτόμενα κανάλια επικοινωνίας • Διάδρομοι • Crossbar switches • Δίκτυα πολλαπλών βαθμίδων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

5. Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών • Βαθμός κόμβου (node degree)d: αριθμός συνδέσμων σε ένα κόμβο • πρέπει να είναι • μικρός (λόγω κόστους) • σταθερός (για επεκτασιμότητα) • Indegree • Outdegree Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

6. Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών • Διάμετρος δικτύου D: μέγιστο ελάχιστο μονοπάτι μεταξύ δύο οποιωνδήποτε κόμβων • Όσο μικρότερη, τόσο καλύτερη η χειρότερη περίπτωση επικοινωνίας Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

7. Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών • Εύρος τομής (bisection width) b: ο ελάχιστος αριθμός ακμών που κόβουμε, χωρίζοντας το δίκτυο στα δύο • Αποτελεί ένα καλό δείκτη του μέγιστου εύρους ζώνης επικοινωνίας σε ένα δίκτυο Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

8. Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών • Χρόνος αρχικής απόκρισης καθυστέρησης (network latency): μέγιστη καθυστέρηση για τη μεταφορά ενός μηνύματος μοναδιαίου μεγέθους Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

9. Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών • Εύρος ζώνης (bandwidth): μέγιστος ρυθμός μεταφοράς δεδομένων • Επεκτασιμότητα (scalability): δυνατότητα επέκτασης ενός δικτύου με χρήση των ίδιων στοιχείων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

10. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Γραμμικό: • Ν κόμβοι • Ν-1 σύνδεσμοι • Βαθμός d=2 για τους εσωτερικούς κόμβους • Διάμετρος D=Ν-1 • Εύρος τομής b=1 • Δεν είναι συμμετρικό • Δεν είναι πολύ επεκτάσιμο • Διαφορά από το διάδρομο: διαφορετικά κανάλια-σύνδεσμοι μπορούν να χρησιμοποιούνται ταυτόχρονα Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

11. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Ορθογωνικό: Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

12. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Αστεροειδές: • Ν κόμβοι • Ν-1 σύνδεσμοι • Βαθμός κεντρικού κόμβου d=N-1 • Διάμετρος D=2 • Εύρος τομής • Δεν είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

13. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Πλήρες: • Ν κόμβοι • Ν(Ν-1)/2 σύνδεσμοι • Βαθμός κόμβου d=N-1 • Διάμετρος D=1 • Εύρος τομής b=(N/2)2 • Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

14. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Δακτύλιος: • Ν κόμβοι • Ν σύνδεσμοι • Βαθμός κόμβων d=2 • Διάμετρος • Εύρος τομής b=2 • Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

15. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Δένδρο (Δυαδικό δένδρο): • N=2k-1 κόμβοι • Ν-1 σύνδεσμοι • Βαθμός κόμβου d=3  επεκτάσιμο • Διάμετρος D=2(k-1) • Εύρος τομής b=1 • Δεν είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

16. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Υπερκύβος:ή δυαδικός n-κύβος • N=2nκόμβοι • nN/2 σύνδεσμοι • Βαθμός κόμβου d=n • Διάμετρος D=n • Εύρος τομής b=N/2 • Είναι συμμετρικό • προσδιορισμός διαδρομής: π.χ. Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

17. Αναδρομική Κατασκευή Υπερκύβων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

18. Δημιουργία ορθογωνικής τοπολογίας από υπερκύβο 0011 0111 1111 1011 0001 0101 1101 1001 0000 0100 1100 1000 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

19. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Γενίκευση: k-δικός n-κύβος: • N=knκόμβοι • nN σύνδεσμοι • Βαθμός κόμβου d=2n • Διάμετρος • Εύρος τομής b=2kn-1 • Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

20. 1 1 2 k 2 k 3 k-1 k-1 3 4 5 4 5 Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Cube Connected Cycles: • Αντικαθιστούμε στο δυαδικό k-κύβο κάθε κόμβο (2kσύνολο) με δακτύλιο k κόμβων (k≥3) • Ν=k2k (k-CCC) κόμβοι • 3Ν/2 σύνδεσμοι • Βαθμός κόμβου d=3 ανεξάρτητα από διάσταση • ΔιάμετροςD=2k-1+ • Εύρος τομής b=N/(2k) • Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

21. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Mesh: • N=nkκόμβοι • k-διάστατο mesh με n κόμβους ανά διεύθυνση • βαθμός κόμβου d=2k • διάμετρος δικτύου D=k(n-1) • Για ένα 2-διάστατο mesh: • N=n2κόμβοι • 2Ν-2n=2n2-2n σύνδεσμοι • Βαθμός εσωτερικών κόμβων d=4 • Διάμετρος D=2(n-1) • Εύρος τομής b=n • Δεν είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

22. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Torrus : • υποδιπλασιάζεται η διάμετρος • για έναν n×n δυαδικό torus (k=2): • Ν=n2κόμβοι • 2Ν σύνδεσμοι • βαθμός κόμβου d=4 • διάμετρος • Εύρος τομής 2n • Είναι συμμετρικό Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

23. Στατικά Δίκτυa Διασύνδεσης • Torrus :Αναδίπλωση συνδέσεων για την εξισορρόπηση του μήκους των καλωδίων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

24. Χαρακτηριστικά συνδεσμολογιών Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

25. Δυναμικά Δίκτυα Διασύνδεσης • Διάδρομος • time sharing ή contention bus • χρειάζεται: • διαιτησία του διαδρόμου • χειρισμός των interrupts • πρωτόκολλο συνάφειας • επεξεργασία των transactions (π.χ. split-transaction) • πλεονεκτήματα: • χαμηλό κόστος • μειονεκτήματα: • μη επεκτάσιμο • περιορισμένο εύρος ζώνης • master: παράγουν αιτήσεις για έλεγχο του bus • slave: π.χ. μνήμες. κάρτες δικτύου, περιφερειακά Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

26. Δυναμικά Δίκτυα Διασύνδεσης • Διάδρομος P1 P2 P3 I/O system C1 C2 C3 Memory Disks Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

27. Δυναμικά Δίκτυα Διασύνδεσης • Δίκτυα πολλαπλών βαθμίδων • Δίκτυα με σταυρωτούς διακόπτες Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

28. E E E E 1 2 3 4 M 1 M 2 E/E 1 E/E 2 Δίκτυο διασύνδεσης με σταυρωτούς διακόπτες n2διακόπτες για n μονάδες Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

29. Είσοδοι επεξεργαστών Έξοδοι επεξεργαστών Δίκτυο πολλαπλών βαθμίδων • Switch (switching network- dynamic topology): • log2N βαθμίδες × N/2 διακόπτες/βαθμίδα • λιγότεροι από Ν2, αλλά πιο αργοί Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

30. Τύποι διακοπτών ε ε 1 2 0 0 ε 0 0 1 1 0 1 1 1 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

31. Γενικευμένος διακόπτης ε ε D Μ Διακόπτης D ε ε D Μ Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

32. Είσοδος Έξοδος 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 8 8 4 4 2 2 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 3 9 9 5 5 3 3 3 3 4 2 2 2 2 4 4 4 4 2 2 2 2 5 10 10 6 6 6 6 5 5 6 3 3 3 3 5 5 6 6 3 3 3 3 7 11 11 7 7 7 7 7 7 8 4 4 8 8 8 8 8 8 4 4 4 4 9 12 12 12 12 10 10 9 9 10 5 5 9 9 9 9 10 10 5 5 5 5 11 13 13 13 13 11 11 11 11 12 6 6 10 10 12 12 12 12 6 6 6 6 13 14 14 14 14 14 14 13 13 14 7 7 11 11 13 13 14 14 7 7 7 7 15 15 15 15 15 15 15 15 15 Βαθμίδες 3 2 1 0 Δίκτυο γενικευμένου κύβου Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

33. Αναδρομική κατασκευή Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

34. Συνδυασμοί Διασύνδεσης Βαθμίδων Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

35. Δίκτυο shuffle 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 7 7 7 7 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο

36. 0 00 00 0 4 01 01 4 0 0 10 8 10 8 12 11 11 12 1 00 00 1 5 01 01 5 1 1 9 10 10 9 13 11 11 13 2 00 00 2 6 01 6 2 2 01 10 10 10 10 00 14 11 11 14 01 10 11 3 00 00 3 7 01 01 7 3 3 11 10 10 11 15 11 11 15 βαθμίδες 0 η 1 η Δίκτυο πεταλούδας 0 0 1 1 2 2 3 3 00 01 10 11 Συστήματα Παράλληλης Επεξεργασίας – 9ο εξάμηνο