计算机体系结构-week13-浙江大学-石教英-陈天洲(主讲).pptx

1、到目前为止，我们只研究单处理器结构的计算机。本章介绍互连网络的目的：它不适合通信，但使用互连网络将计算机连接在一起，形成一个集群进行并行处理。多处理器体系结构是第8章的内容分类：SISD:单处理器计算机SIMD 3360多处理器机，主要是专用的MISD:(无商用机)MIMD 3360通用多处理器机。为了达到提高性能的目的，可以将多台计算机连接在一起。典型结构：Ep564，互连网络型，大规模并行处理器MPP局域网广域网，MPP分类，根据节点和网络的特殊和一般用途，这种多处理器计算机可分为四种类型：7.2通用互连网络，互连网络MPP网络：数千个节点(计算机)，面向MPP机，25个局域网3360个数

2、百个节点，面向工作站，几公里的广域网3360个数百个节点，面向通信。互联网):是一种将网络之间的连接互连起来并在不同协议的网络之间传输数据的技术。网络原理-调查简单的网络，形成(Ep565)两台计算机，一条连接线，先进先出信息管道，无错误，无信息丢失。运行(如何计算)，计算机甲要求计算机乙完成一个操作，甲向乙发送一个请求消息，请求消息有一定长度，包含操作类型和参数；B完成操作后，向A发送一个响应消息，该消息有一定的长度并包含结果；这种交流信息被称为信息。消息格式、错误处理、错误和信息丢失在实际系统中一直存在。因此，消息的内容还应该包括控制信息，以防止错误和信息丢失。确认：确认消息是正确的；校验

3、和：减少数据错误；计时器：记录时间。如果传输超时，信息将会丢失。由网络软件(发送方)发送消息的步骤，1。应用程序向网络软件发送数据；2.网络软件计算校验和，将其填入报文头或尾部，保留报文备份，并启动定时器；3.网络软件将消息发送到接口硬件并开始发送。响应接收方的确认：如果获得确认，重置定时器并清除原始消息备份；如果没有收到确认并且计时器超时，则必须根据原始消息备份消息并重新传输。网络软件接收消息(接收器)，3。网络软件的接口获取消息数据；2.网络软件计算校验和，并将其与消息头(或尾)中的校验和进行比较。如果一致，则表示接收到的数据正确，发送方已经确认响应；否则，它会丢弃错误的数据，并等待对方重

4、新发送；1.将收到的正确数据提交给应用程序。由网络软件执行的改进的消息格式和上述通信步骤被称为通信协议。开放系统互连七层模型，网络性能评估(1)，带宽互连网络传输信息的最高速率，兆字节/秒；传输时间)-网络上耗时，这与消息长度有关；消息大小/带宽；飞行时间信息的第一个1位到达接收者的时间；传输延迟-传输时间飞行时间；网络性能评估(2)，发送方开销-处理器向网络发送消息所需的时间；接收器开销处理器从网络接收消息所需的时间；总延迟=发送方开销、飞行时间、消息长度/带宽、接收方开销，例如Ep570、Cp350、总延迟1 0.1 106 10008=230-270=1301(秒)0.5299792.5

5、 10总延迟2 1000 106 10008=230-270=7971(秒)0。7.3计算机和互连网络之间的连接，两个问题，涉及网络和计算机硬件/软件之间的接口。网络在硬件上是如何连接的，也就是使用什么总线；网络在软件中是如何连接的，也就是说，使用什么样的接收方法以及如何避免使用系统调用。问题1:总线输入输出总线(用于高速输入输出设备的PCI总线)；用于慢速输入/输出设备的ISA总线)；存储总线、网络输入输出总线：通用、商业化，适用于局域网和广域网；网络存储总线：受计算机结构限制，无产品；问题2:如何用软件连接网络，采用什么样的接收方式，也就是接收端如何等待消息发送。可编程输入/输出轮询)-浪

6、费冗余查询中断)-切换中断开销数据中断关键在于：快速消息到达；慢速轮询(常规传输)；轮询)通过中断、轮询、处理器发送输入/输出请求后的输入/输出。将数据发送到内存。当处理器发出输入/输出请求时，它不能做其他事情，也就是说，处理器和输入/输出串联工作。一种改进的方法是使用中断模式。中断，在发出输入输出请求后，处理器仍在处理用户程序，等待中断到来。在输入/输出控制器中断处理器后，处理器获取数据，因此处理器仍然需要管理输入/输出传输，也就是说，数据先发送到处理器，然后再发送到内存。此外，处理器的中断处理能力也限制了输入/输出事务速率。数据直接在内存和输入输出之间传输，对中央处理器没有影响。中央处理器

7、只在开始和结束时进行干预，也就是说，输入/输出向中央处理器发送中断请求，以开始或结束数据传输。互连网络媒体(ep578)，多机互连网络，通过网络连接多台机器，从而导致网络媒体的分布。两种解决方案：(Ep581)共享-以太网交换-自动柜员机，共享介质：如何仲裁应用程序的使用，以便在同一时间只允许一个传输，其他节点必须等待。仲裁策略：载波侦听多路访问和冲突检测(CSMA/光盘)CSMA/光盘原则首先侦听媒体上是否发送了消息，如果是，则等待；如果没有，发送它。如果有两个节点同时传输，这就叫做冲突，所以应该检测。如果有冲突，停止发送，稍后重新发送；如果没有冲突，可以发送。交换机模式(switch)，所

8、有节点都连接到交换机，实现成对通信。切换模式有很多种，其中常见的有：交叉杆模式-连接节点之间的无通信(无阻塞)，n2个交叉点，最大的硬件开销(当然，两个点发送到一个点时会阻塞)，欧米茄模式()-最小的硬件开销，nlog2n/2焦点，会造成阻塞。胖树等级越高，带宽越高。妥协。两个节点之间有多条路径。提供了访问的灵活性。交叉杆(cp355、ep584)、欧米茄(cp355、ep584)、胖树(ep585、cp356)、多级交换机，这三种网络也称为多级交换机(或集中单元交换机)。也就是说，在消息从一个节点到达另一个节点之前，在交换机中有许多步骤，也就是说，多个小交换机集中在一个中央交换机中。另一种可

9、能性是在每个节点机器上配置一个小交换机，以便生成分布式交换单元。常见的结构是环形拓扑。环形拓扑(Ep586，Cp356)，不同于共享总线。共享总线在同一时间，这意味着一个传输是允许的。而环中的节点可以成对发送消息，即点对点通信。例如，0-1和2-3可以同时传输。然而，在环形结构中，消息将平均通过n/2个节点，并且时间延迟将成倍增加。环可视为流水线总线，它具有提供点对点连接的优点；缺点是存在总线复制延迟。几种常见的分布式交换机拓扑，用于测量拓扑结构的指标，双截面带宽这种测量是通过将互连划分为两个大致相等的部分来计算的，每个部分具有一半的节点，然后将穿过假想分界线的线的带宽相加，在商用MPP系统中使用的互连网络的拓扑结构，Ep591，Cp361，路由问题，路由问题是一个应该考虑多于共享的问题。在交换模式下，消息只能通过交换机到达目的地。有三种解决方案：基于源的路由，其中源消息给出路径，很容易阻塞。虚电路通过协商在源和目的地之间建立专用路径，为基于目的地的路由留出带宽。源消息只给出目的地址，中间路径由交换机决定。广域网中的路由解决方案：存储转发：所有消息到达后，将它们发送到下一站。直通或故障路由：是MPP广泛采用的一种路由。交换机检查消息头，决定将它发送到哪里，然后立即将它发送到下一站，而不必等待消息的其余部分到达。当直通：的头部被阻塞时，尾部仍然可以传输；当wormh