REDES DE INTERCONEXIÓN

1. REDES DE INTERCONEXIÓN Tolstanov, Ezequiel Arquitectura Avanzada 2º Cuatrimestre de 2011

2. INTRODUCCIÓN • Las tecnologías evolucionan, avanzan, se diversifican y multiplican exponencialmente con el transcurso de los años. • Esto conlleva a un crecimiento en la demanda de aplicaciones, tanto a nivel hard como a nivel soft. • Con el tiempo observamos que la mejor forma de maximizar el rendimiento de los sistemas es distribuir el trabajo “paralelizando” las ejecuciones.

3. INTRODUCCIÓN (Cont’d) • Para lograr distribuir el trabajo, es necesario contar con un hard subyacente confiable y veloz, de manera de no generar cuellos de botella en la “distribución” de la información a procesar. • Trabajaremos con 2 enfoques: • Memoria Compartida Los recursos se comparten entre todos los componentes • Paso de Mensajes Se trabaja con “copias” de información

4. CARACTERÍSTICAS • Definimos nodo como “Cualquier dispositivo que se quiera conectar a la red, como ser un elemento de proceso, módulo de memoria, procesador de entrada/salida, etc.” • Elementos de las redes:

5. ELEMENTOS DE CONMUTACIÓN • Para no congestionar el entorno de trabajo, utilizamos conmutación selectiva, para que sólo los nodos interesados reciban la información adecuada y no generar tráfico superfluo. • Estos conmutadores son denominados “Conmutadores p x q” (con “p” entradas y “q” salidas). • Existen varias alternativas de conmutación, entre ellas, la “Directa”, “Cruzada”, “Difusión Superior” y “Difusión Inferior”.

6. ELEMENTOS DE CONMUTACIÓN (Cont’d) 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

7. PERMUTACIONES • En función del tipo de conexión buscada, se permutan los nodos participantes. • Como sabemos, las permutaciones posibles de un conjunto de cardinal n es n! • Existen varios tipos de permutaciones:

8. PERMUTACIONES (Cont’d) • k-shuffle: La idea del k-shuffle es dividir a los nodos en k grupos de m integrantes cada uno y numerarlos. Luego, tomar el primer nodo de cada grupo y pasarlo de manera “rotativa” al otro grupo. • Este nuevo orden de k*m cartas estará dada por la permutación denominada Sk*m

9. PERMUTACIONES (Cont’d) • Veamos un ejemplo de un k-shuffle: • Tomemos 8 elementos y los dividimos en 4 grupos (Es decir, k=2, m=4) • Ahora, debemos plasmar la fórmula explicada anteriormente: S2*4(0)= 0 mod 7 => 0 S2*4(1)= 2 mod 7 => 2 S2*4(2)= 4 mod 7 => 4 S2*4(3)= 6 mod 7 => 6 S2*4(4)= 8 mod 7 => 1 S2*4(5)= 10 mod 7 => 3 S2*4(6)= 12 mod 7 => 5 S2*4(7)= 7 => 7

10. PERMUTACIONES (Cont’d) • PerfectShuffle: Es un caso particular del k-shuffle(más precisamente, un 2-shuffle como vimos). Si el número de elementos es potencia de 2, rotamos un lugar a la izquierda cada bit. (0) 000  000 (0) (1) 001  010 (2) (2) 010  100 (4) (3) 011  110 (6) (4) 100  001 (1) (5) 101  011 (3) (6) 110  101 (5) (7) 111  111 (7)

11. PERMUTACIONES (Cont’d) Antes y después de un PerfectShuffle ButterflyShuffle de 8 elementos de orden 1 ButterflyShuffle de 8 elementos de orden 2

12. CLASIFICACIÓN • La rigidez con la que se enlazan los nodos participantes es uno de los criterios más importantes a la hora de interconectarlos. • Este “rigidez” se puede clasificar como estática o dinámica. • Las redes estáticas no cambian una vez instaladas, y sólo pueden crecer. • Las redes dinámicas pueden variar su topología, incluso durante la ejecución de los procesos.

13. REDES ESTÁTICAS • Emplean enlaces directos fijos entre los nodos. Estos enlaces, una vez implantado el sistema, son difíciles de cambiar, por lo que su escalabilidad es muy baja. • Pueden (y deben) utilizarse en aquellos sistemas en los cuales se puede “predecir” el tipo de tráfico entre los procesadores.

14. REDES ESTÁTICAS (Cont’d) • Formación Lineal: Se trata de una red unidimensional en que los N nodos se conectan con el siguiente mediante N-1 enlaces, formando así una línea:

15. REDES ESTÁTICAS (Cont’d) • Anillo / Anillo Cordal: Sucede lo mismo que en la formación lineal, excepto que los extremos también se conectan entre sí. Si cada nodo incrementara su valencia (llevándola de 2 a 3 o 4) se trataría de un anillo cordal.

16. REDES ESTÁTICAS (Cont’d) • Red totalmente conectada: Se desprende como un caso especial de Anillo, donde todos los elementos se conectan entre sí, y el grado de cada nodo es igual a la cantidad de nodos – 1:

17. REDES ESTÁTICAS (Cont’d) • BarrelShifter: Posee un buen equilibrio entre complejidad y eficiencia. Aquí, el nodo i se conecta con todos los nodos j que cumplen la condición |i - j| = 2r para todo r entre 0 y k - 1 donde k = log2 N:

18. REDES ESTÁTICAS (Cont’d) • Mallas y toros: Una malla k-dimensional tiene lk nodos, donde l es el número de nodos por lado. El grado de los nodos varía entre k para los vértices hasta 2k en los nodos más interiores por lo que esta red no resulta regular y su diámetro viene dado por k(l - 1). Esta red de interconexión es muy utilizada en la práctica. Las redes en toro son mallas en que sus filas y columnas tienen conexiones en anillo, esto contribuye a disminuir su diámetro. Esta pequeña modificación permite convertir a las mallas en estructuras simétricas y además, reduce su diámetro a la mitad.

19. REDES DINÁMICAS • Son redes para propósitos generales, porque son fácilmente configurables y adaptables, lo que las hace, en consecuencia, escalables.

20. REDES DINÁMICAS (Cont’d) • Red de BUS: Se define como un conjunto de líneas que permite comunicar selectivamente cierto número de componentes/dispositivos. • Sólo puede manejar una sola transferencia al mismo tiempo => El dispatcher se encargará de ordenar la prioridad de las transferencias para no saturar el bus.

21. REDES DINÁMICAS (Cont’d) • Redes de líneas cruzadas (crossbar): Cada nodo se conecta a todos los demás a través de un crossbarswitch. Parecido a una central PBX donde los nodos en comunicación se conectan a demanda (recordar conmutación por circuitos):

22. REDES DINÁMICAS (Cont’d) • Redes multietapa (MultistageInterconnection Network): Formada por una serie de módulos conmutadores p x q. Estos conmutadores pueden cambiar dinámicamente de posición, dependiendo la comunicación que se va a establecer.

23. FIN