Redes de Interconexión para Multiprocesadores

Los multiprocesadores son sistemas MIMD basados en varios procesadores funcionando de manera paralela e independiente. La principal característica de estos es la memoria compartida, los procesadores comparten el mismo espacio de direccionamiento.

1 Redes de Medio Compartido: Buses

Es aquella en la que el medio de transmisión está compartido por todos los elementos de comunicación. En estas redes, solo un dispositivo puede utilizar la red en un momento dado.

Una característica es la posibilidad de soportar un broadcast atómico en donde todos los dispositivos conectados al medio pueden monitorizar actividades y recibir información que se está transmitiendo en el medio compartido.

El principal problema que tienen es su baja escalabilidad, lo que no permite tener sistemas con muchos procesadores de forma eficiente. Se suele utilizar el sistema basado en bus por su bajo coste y facilidad de diseño.

2 Redes Indirectas

Las redes indirectas se pueden modelar mediante un grafo G(N,C) donde N es el conjunto de conmutadores y C es el conjunto de enlaces unidireccionales o bidireccionales entre conmutadores.

Las redes indirectas pueden caracterizarse por tres factores: Topología, Encaminamiento y Conmutación. La Topología define cómo los conmutadores están interconectados a través de los canales.

Red de Barra Cruzada

Los conmutadores de cada cruce dan las conexiones dinámicas entre cada par de destino-fuente, es decir, cada conmutador de cruce puede ofrecer un camino de interconexión dedicado entre un par.

El mayor ancho de banda y capacidad de interconexión se consigue con esta red. Una red de barra cruzada se puede visualizar como una red de una sola etapa de conmutación.

Las redes de barras cruzadas permiten que cualquier procesador del sistema se conecte con cualquier otro procesador o unidad de memoria de tal manera que muchos procesadores pueden comunicarse simultáneamente sin contención.

Red de Interconexión Multietapa (MIN)

Las redes multietapa se han utilizado tanto en máquinas SIMD como MIND. Las MIN fueron inicialmente propuestas por compañías de teléfonos y posteriormente para los procesadores matriciales.

Las MIN permiten la construcción de multiprocesadores con centenares de procesadores y han sido utilizadas en algunas máquinas comerciales. El número de etapas y los patrones de conexión entre etapas determinan la capacidad de encaminamiento de las redes.

Clasificación de las Redes MIN

Dependiendo de la disponibilidad de caminos para establecer nuevas conexiones se han dividido en tres clases:

• Bloqueante: la conexión entre un par entrada/salida no siempre es posible debido a que todos los posibles caminos entre ellos ya están siendo utilizados. También se las denomina multicaminos.
• No Bloqueante: Se caracteriza porque permite que todas las estaciones se conecten simultáneamente (por parejas) y garantiza el servicio a todas las solicitudes de conexión posible siempre que el destino esté libre.
• Reconfigurable: cada puerto de entrada puede estar conectado a cada puerto de salida. Sin embargo, las conexiones existentes pueden requerir de un reajuste en sus caminos.

Redes de Interconexión para Multicomputadores

Las redes más comunes en sistemas multicomputadores son las redes directas o estáticas. Utilizan enlaces directos que son fijos una vez construida la red. Se describen a continuación las principales topologías estáticas:

1 Topologías Estrictamente Ortogonales

Una topología se dice ortogonal sí y solo si los nodos pueden colocarse en un espacio ortogonal n-dimensional, y cada enlace puede ponerse de tal manera que produce un desplazamiento en una única dimensión.

Las topologías ortogonales pueden clasificarse a su vez en estrictamente ortogonales y débilmente ortogonales. En una topología estrictamente ortogonal, cada nodo tiene al menos un enlace cruzando una dimensión. En una topología débilmente ortogonal, algunos de los nodos pueden no tener enlaces en alguna dimensión.

La característica más importante de estas topologías es que el encaminamiento es muy simple.

Mallas

Esta topología no es regular o simétrica. La estructura de malla se ha venido empleando en varios computadores comerciales, especialmente para la interconexión de procesadores SIMD o masivamente paralelos. Permite conexiones largas entre los nodos de los bordes.

Hipercubos

Es regular y simétrica. Es un caso particular de las mallas. Un hipercubo es una malla n-dimensional.

2 Otras Topologías

Anillo

Un anillo es una red monodimensional, en la cual los nodos están conectados mediante un enlace circular. El anillo puede ser unidireccional o bidireccional. Los mensajes circulan hasta encontrar el nodo con el Token que coincida con el mensaje.

Desplazador de Barril

Se obtiene a partir de la configuración en anillo, añadiendo a cada nodo, enlaces con los nodos que tengan una distancia potencial de 2. La conectividad de esta es mayor a la de cualquier anillo.

Árbol

Tiene un nodo raíz conectado a un cierto número de nodos descendientes. Cada uno de estos nodos se conectan a la vez a un conjunto disjunto de descendientes. Una característica es que cada nodo tiene un único padre. Cuando todas las ramas del árbol tienen la misma longitud, el árbol es balanceado.

La desventaja más importante de los árboles es que el nodo raíz y los nodos cerca de él se convierten en nodos de botella. El cuello de botella puede eliminarse utilizando canales con mayor ancho de banda. Sin embargo, este uso no es práctico. El árbol grueso donde las ramas son más gruesas conforme nos acercamos a la raíz.