Коммуникационные сети
Как показано на рис. 8.30, мультикомпьютеры связываются друг с другом через коммуникационные сети. Рассмотрим их подробнее. Интересно отметить, что
мультикомпьютеры и мультипроцессоры в этом отношении очень похожи, поскольку мультипроцессоры часто содержат несколько модулей памяти, которые также должны связываться друг с другом и с процессорами. Следовательно, многое из того, о чем мы будем говорить в этом подразделе, применимо к обоим типам параллельных компьютерных архитектур.
Основная причина сходства коммуникационных связей в мультипроцессоре и мультикомпьютере заключается в том, что в обоих случаях имеет место передача сообщений. Даже в однопроцессорной машине, когда процессору нужно считать или записать слово, он активизирует определенные линии на шине и ждет ответа. Это примерно то же самое, что и обмен сообщениями: инициатор посылает запрос и ждет ответа. В больших мультипроцессорах при взаимодействии между процессорами и удаленной памятью процессор почти всегда посылает в память сообщение, так называемый пакет, в котором запрашиваются те или иные данные, а память посылает процессору ответный пакет.
Топология
Топология коммуникационной сети определяет схему размещения линий связи и коммутаторов (это может быть, например, кольцо или решетка). Топологию сетей принято изображать в виде графов, в которых дуги соответствуют линиям связи, а узлы — коммутаторам (рис. 8.31). С каждым узлом в сети (или в соответствующем графе) связан определенный набор линий связи. Математики называют число линий степенью узла, инженеры — коэффициентом разветвления. Чем больше степень, тем больше вариантов маршрута и тем выше отказоустойчивость. Если каждый узел содержит к дуг и связи выполнены правильно, можно построить коммуникационную сеть так, чтобы она оставалась полносвязной, даже если повреждены к - 1 линий.
Следующая характеристика коммуникационной сети — ее диаметр. Если расстоянием между двумя узлами мы будем считать число дуг, которые нужно пройти, чтобы попасть из одного узла в другой, то диаметром графа является расстояние между двумя узлами, расположенными дальше всех друг от друга. Диаметр сети определяет самую большую задержку при передаче пакетов от одного процессора к другому или от процессора к памяти, поскольку каждая пересылка через линию связи занимает определенное время. Чем меньше диаметр, тем выше производительность. Также имеет большое значение среднее расстояние между парой узлов, поскольку от него зависит среднее время передачи пакета.
Еще одна важная характеристика коммуникационной сети — ее пропускная способность, то есть объем данных, которые она способна передавать в секунду. Наиболее полезной метрикой пропускной способности является пропускная способность сечения. Чтобы вычислить это значение, нужно мысленно разделить коммуникационную сеть на две равные (с точки зрения числа узлов) несвязанные части путем удаления ряда дуг из графа, а затем посчитать общую пропускную способность удаленных дуг. Пропускная способность сечения — это минимальная (для всех доступных вариантов) пропускная способность. Например, пропускная способность сечения, равная 800 бит/с, означает, что если между двумя частями сети много связей, общая пропускная способность в худшем случае составит только 800 бит/с. По мнению многих разработчиков, пропуск нал способность сечения — самая важная характеристика коммуникационной сети. Часто основная цель, которую ставят разработчики коммуникационной сети, — добиться максимальной пропускной способности сечения.