立方体互连函数及拓扑结构图
这部分的内容在 系统结构考点之ILLIAC原理部分已经做了说明了,但对具体的大题分析,还得需要深化一下。
如题:2021年4月
分析
注意看题,第二问用三级立方体实现该互连函数的拓扑,可见这部分是关于立方体网络相关内容的。
基本知识
立方体单级互连网络
三维立方体每一个顶点代表一个处理单元,用直角坐标系的zyx编号。每个处理单元只能连到其二进制编号的某一位取反的其他3个处理单元上。如100,只能连到000(第一位取反)、110、101上。
互连函数
Cube(英文:立方体)函数:表示相连的入端和出端的二进制编号只能在右起第i位上0、1互反,其余各位代码相同。
N个结点的立方体单级网络共有
n
=
l
o
g
2
N
n=log_2N
n=log2N种互连网络。
单级立方体网络的最大距离为n,即最多经n次传送就可以实现任意一对入、出端间的连接。
看到这里就可以解答第一问了,8个处理单元
n
=
l
o
g
2
N
n=log_2N
n=log2N求得n为3,也就是编号由3位组成,所以先把题目中给的配对翻译成二进制形式(0,3)就是(000,011)、(001,010)、(100,111)、(101,110)观察可知,除左起最高位没有变之外,其他两位都变了,所以互连函数为:
C
u
b
e
(
b
2
b
1
b
0
)
=
b
2
b
‾
1
b
‾
0
Cube(b_2b_1b_0)=b_2\overline b_1\overline b_0
Cube(b2b1b0)=b2b1b0,技巧:只分析一对即可,其他肯定是一样的.
多级互联网络
将前面几种单级互联网络重复连接,就形成了基本的多级互联网络。
多级互连网络的特性
主要因素有3个:交换开关、拓扑结构、控制方式
交换开关
具有两个入端和两个出端的交换单元。

具有前两种功能(直连和交换)称为二功能交换单元
4种功能都全的称为四功能交换单元
拓扑结构
各级间出端与入端互连的模式。单级互联网络的连接模式均可组合构成不同的多级互联网络。
控制方式
交换开关的控制方式,也就是常背的级控制、单元控制、部分级控制。
多级立方体网络
特点:采用二功能交换单元。控制方式是上面的全都有.
具有N个入端和N个出端的多级立方体网络结构图画法(考点)
-
由 n = l o g 2 N n=log_2N n=log2N求得该多级立方体网络的级数n,如本题0~7共有8个处理单元,所以N=8,求得级数n=3.
-
竖着画,每级画出N/2个二功能交换单元,也就是8/2=4,也就是说每级由4个交换单元组成,每个交换单元从上到下顺序,从0号开始编号.如本题交换单元从上到下依次就是0~7.每一级交换单元都是按照此规则编的号.
-
让所有的第i级各交换单元的两个入端/出端按Cubei的关系配对编号.也就是说0级按照Cube0函数互联,1级是按照Cube1函数互联,编号也是按照Cube函数来编号.这里是问题的关键,也是有卡顿的地方,是上下,同级同端按Cube函数编号,而不是常规所理解的那样,不同端按Cube函数编号。
-
将各级交换单元同一编号的各端用线连起来.
第二问的答案为:
控制开关状态,还是拿其中一对即可,(0,3),先出端3开始分析,只能从L交换单元开始,3到3所以L所对应的级的控制开关是直连的.再从F,因为是到0,所以F是从3到1,需要交换,所以F对应的级是交换.最后到A,从1到0,对应的是交换.
技巧:与第一问互连函数是一样,最低两级对应的是11,也就是交换
注:
这里要知道的知识点,如果交换单元控制开关取0,代表的是直连,取1,代表着是交换.
补充,若采用STARAN网络,上述的节点是否还能同时传送?
多级立方体网络中staran与间接二进制n方体网络区别在于,staran采用的是级控制实现的是交换函数(将一组元素首尾对称地进行交换,如果有2^n个元素,实现的是将k与2^n-(k+1)交换)
间接二进制n立方体,采用的单元控制。
如果采用STARAN网络肯定就不能同时传送了,因为采用的是级控制,同一级开关状态是一样的,而根据开关状态图,同一级有不一样的情形。
本文深入探讨立方体互连网络,包括单级立方体的互连函数和多级互联网络的特性。重点讲解了多级立方体网络的交换开关、拓扑结构和控制方式,并通过实例解析了立方体网络的结构图画法及其控制开关状态。此外,对比了STARAN网络与立方体网络的区别,指出STARAN网络无法实现同时传送。
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