Примеры топологии сети передачи данных

полный граф (completely- connected graph или clique) – система, в которой между любой парой процессоров существует прямая линия связи.

обеспечивает минимальные затраты при передаче данных

однако является сложно реализуемой при большом количестве процессоров

Примеры топологии сети передачи данных

линейка (linear array или farm) – система, в которой все процессоры перенумерованы по порядку

каждый процессор, кроме первого и последнего, имеет линии связи только с двумя соседними (с предыдущим и последующим) процессорами.

просто реализуема

соответствует структуре передачи данных при решении многих вычислительных задач (например, при организации конвейерных вычислений)

Примеры топологии сети передачи данных

кольцо (ring) – данная топология получается из линейки процессоров соединением первого и последнего процессоров линейки

Примеры топологии сети передачи данных

звезда (star) – система, в которой все процессоры имеют линии связи с некоторым управляющим процессором.

является эффективной, например, при организации централизованных схем параллельных вычислений

Примеры топологии сети передачи данных

решетка (mesh) – система, в которой граф линий связи образует прямоугольную сетку (обычно двух- или трехмерную).

может быть достаточно просто реализована

эффективна при параллельном выполнении многих численных алгоритмов (например, при реализации методов анализа математических моделей, описываемых дифференциальными уравнениями в частных производных)

Плоская решетка

максимальное расстояние между процессорами равно 6 (количество связей между процессорами, отделяющих самый ближний процессор от самого дальнего)

теория показывает, что если в системе максимальное расстояние между процессорами больше 4, то такая система не может работать эффективно

при соединении 16 процессоров друг с другом плоская схема является не эффективной.

Примеры топологии сети передачи данных

гиперкуб (hypercube) – данная топология представляет собой частный случай структуры решетки, когда по каждой размерности сетки имеется только два процессора (т.е. гиперкуб содержит 2N процессоров при размерности N).

Гиперкуб

имеет более компактную конфигурацию чем плоская решетка

решалась задача о нахождении фигуры, имеющей максимальный объем при минимальной площади поверхности

в трехмерном пространстве таким свойством обладает шар. Но, поскольку, нам необходимо построить узловую систему, то вместо шара приходится использовать куб (если число процессоров равно 8) или гиперкуб, если число процессоров больше 8.

Размерность гиперкуба будет определяться в зависимости от числа процессоров, которые необходимо соединить. Так, для соединения 16 процессоров потребуется 4-х мерный гиперкуб. Для его построения следует взять обычный 3-х мерный куб, сдвинуть в еще одном направлении и, соединив вершины, получить гиперкуб размером 4

Гиперкуб – отличительные признаки

два процессора имеют соединение, если двоичные представления их номеров имеют только одну различающуюся позицию;

в N-мерном гиперкубе каждый процессор связан ровно с N соседями;

N-мерный гиперкуб может быть разделен на два (N–1)- мерных гиперкуба (всего возможно N различных таких разбиений);

кратчайший путь между двумя любыми процессорами имеет длину, совпадающую с количеством различающихся битовых значений в номерах процессоров (данная величина известна как расстояние Хэмминга)

архитектура гиперкуба является второй по эффективности, но самой наглядной