1 KIẾN TRÚC CÁC HỆ THỐNG TÍNH TOÁN Nguyễn Phú Bình Trần Trung Kiên Bộ môn KTMT - Khoa CNTT Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội 2 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 3 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 4 Nội dung chương 3 3.1. Giới thiệu 3.2. Cấu trúc liên kết mạng 3.3. Lựa chọn thiết kế mạng liên kết 5 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. 6 Giới thiệu (tiếp) Computer Network N N ề ề n công nghi n công nghi ệ ệ p m p m á á y t y t í í nh nh c c ũ ũ ng ng á á p d p d ụ ụ ng chi ng chi ế ế n lư n lư ợ ợ c c m m ạ ạ ng đ ng đ ể ể cung c cung c ấ ấ p k p k ế ế t n t n ố ố i i truy truy ề ề n thông nhanh gi n thông nhanh gi ữ ữ a c a c á á c c th th à à nh ph nh ph ầ ầ n c n c ủ ủ a m a m á á y t y t í í nh, nh, đ đ ặ ặ c c bi bi ệ ệ t cho c t cho c á á c m c m á á y t y t í í nh song nh song song. song. 7 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. 8 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. 9 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. 10 Nội dung chương 3 3.1. Giới thiệu 3.2. Cấu trúc liên kết mạng 3.3. Lựa chọn thiết kế mạng liên kết [...]... dụ  Cấu trúc mạng Shuffle-Exchange với N = 8 0 1 2 3 4 5 6 7 27 Ví dụ - Tính giá trị của đa thức  Tính toán đa thức có thể dễ dàng thực hiện trên hệ thống xử lý song song mà trong đó các node (bộ xử lý) được liên kết theo mô hình mạng Shuffle-Exchange  VD: sử dụng mô hình mạng ở ví dụ trên để tính giá trị của 1 đa thức bậc N=7 a0+a1x+a2x2+a3x3+a4x4+a5x5+a6x6+a7x7  Trong đó: ai là các hệ số, x là.. .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. .. thanh ghi mặt nạ giữa các node được hoán vị cho nhau theo hàm Shuffle  Kết thúc pha 1: thanh ghi hệ số của node i chứa aixi 31 VD: Pha 1 – Bước khởi tạo 32 VD: Pha 1 – Bước lặp 1 33 VD: Pha 1 – Bước lặp 2 34 VD: Pha 1 – Bước lặp 3 35 Pha 2  Đầu vào: là đầu ra của pha 1 (thanh ghi hệ số của node i chứa giá trị aixi)  Bước lặp (lặp n =3 lần):   Chuyển giá trị của thanh ghi hệ số ở từng node sang... 22 e Mạng tráo đổi (Shuffle-exchange)  Bậc của mạng là 3  Liên kết của mạng tráo đổi là sự tổ hợp của hai hàm: Hoán vị (shuffle) và đổi chỗ (exchange)  Mạng tráo đổi cung cấp kiểu mẫu liên kết phù hợp cho sự thực hiện các thuật toán song song như phép biến đổi Fourier nhanh (FFT), sắp xếp và biến đổi ma trận 23 Hàm hoán vị (Shuffle) Shuffle(sn-1sn-2 s0) = sn-2sn -3 s0sn-1 Nguồn 001 010 010 011 011... được thể hiện theo hệ thập phân thì hàm shuffle được tính như sau:    Giả sử số node N=2n, i là địa chỉ thập phân của node Với 0i (N/2) – 1, node i được nối với node 2i Với N/2  i  N – 1, node i được nối với node 2i+1-N  Ví dụ:   N = 8, các node đánh địa chỉ từ 0 đến 7 Ta có: 00, 12, 24, 3 6, 41, 5 3, 65, 77 25 Hàm đổi chỗ (Exchange)  Exchange(sn-1sn-2 s1s0) = sn-1sn-2 s1s0 Nguồn Đích... 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... chia làm 2 pha:   Pha 1: Tính các giá trị aixi – sử dụng hàm Shuffle Pha 2: Tính giá trị của đa thức – sử dụng 2 hàm Shuffle và Exchange 30 Pha 1  Khởi tạo: với node i (i = 0÷7)    Thanh ghi hệ số = ai Thanh ghi biến = x Thanh ghi mặt nạ = 0 nếu i chẵn, = 1 nếu i lẻ  Bước lặp (lặp n =3 lần):  Với từng node:  Nếu thanh ghi mặt nạ = 1 thì: Thanh ghi hệ số := Thanh ghi hệ số x Thanh ghi biến  Thanh... các hệ số, x là biến 28 Tính giá trị của đa thức (tiếp)  Ta sử dụng mô hình mạng Shuffle-Exchange với N=8 (N=2n với n =3) , trong đó mỗi node là một bộ xử lý gồm 3 thanh ghi sau:    Thanh ghi hệ số (Coefficient register) Thanh ghi biến (Variable register) Thanh ghi mặt nạ (Mask register) Thanh ghi hệ số Thanh ghi biến Thanh ghi mặt nạ 29 Tính giá trị của đa thức (tiếp)  Các bước tiến hành có thể... 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... (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 . 091491 939 2 Bộ môn Kỹ thuật Máy tính Khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội C 1- P322, Tel: 8696125 Website: http://ktmt.shorturl.com 3 Kiến trúc các hệ thống tính toán Chương 3 MẠNG. liệu giữa các bộ xử lý hoặc giữa các bộ xử lý với các module nhớ. 10 Nội dung chương 3 3.1. Giới thiệu 3. 2. Cấu trúc liên kết mạng 3. 3. Lựa chọn thiết kế mạng liên kết 11 3. 2. Cấu trúc liên. Kỹ thuật Máy tính, Khoa Công nghệ Thông tin Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội 4 Nội dung chương 3 3.1. Giới thiệu 3. 2. Cấu trúc liên kết mạng 3. 3. Lựa chọn thiết kế mạng liên kết 5 3. 1. Giới thiệu Telephone Network Chiến