多级互连网络与交换开关在计算机系统体系结构中的应用

"这是一份关于计算机系统体系结构试卷的内容，主要探讨了基本多级互联网络的原理和技术，包括交换开关、拓扑结构和控制方式等核心概念。" 在计算机系统体系结构中，多级互连网络是一个重要的组成部分，它实现了计算机节点间的任意互连。这种网络由多个相同或不同类型的互连网络级联组成，能够在单个时钟周期内完成任意两个节点间的连接。互连网络的关键技术主要包括交换开关、它们之间的拓扑连接以及对这些开关的控制方式。 交换开关是多级互连网络的基础，它有不同的类型和尺寸，如2×2、4×4和8×8等。一个a×b交换开关拥有a个输入和b个输出。二元开关是最常见的，其输入与输出数量相等，且每个输入可与一个或多个输出相连，但不允许多对一的映射。一对一映射被称为置换连接，对应的开关称为交叉开关。而具备直通和交换两种功能的开关称为二功能开关，四功能开关则能执行四种不同的连接操作，由多位控制信号来决定。 拓扑结构定义了各级交换开关间的连接模式，可以使用前面介绍的互连函数来实现。不仅在网络的各级之间，而且在节点到第一级交换开关及最后一级交换开关到节点的连接也可以采用同样的拓扑结构。控制方式包括级控制（同级交换开关共享一个控制信号）、单元级控制（每个开关独立控制）和部分级控制（部分级别共享控制信号），不同的控制方式可以构建出不同的互连网络结构。 多级互连网络有多种实现形式，如多级立方网络（Single Stored Cube Network）、多级换洗交换网络、多级PM2I网络、基准网络、多级交叉开关网络和多级碟式网络。其中，多级立方网络使用二功能开关，并通过特定的交换函数（如E0、E1、…En-1）来构造各级的拓扑，实现恒等变换或其他互连功能。 这份试卷内容深入地探讨了多级互连网络的设计和运作机制，对于理解计算机系统内部的通信和数据传输具有重要意义。这些知识点不仅涉及理论，还与实际的硬件设计紧密相关，对于学习和研究计算机系统架构的人来说，是非常宝贵的学习资料。