【读书笔记】Principles and practices of interconnection networks 第一章笔记

互联网络导论

互联网络的三个问题

数字系统的三个基本构件：
数字系统由3个基本构件组成：逻辑（logic）、内存（memory）、通信（communication）。

本书关注点——通信
这本书所关注的是数字系统的通信 ，因为随着技术的进步，处理器与存储器变得更小、更快，大部分时钟周期
用于导线延迟。组件之间的通信频率远远落后于现代处理器的时钟频率。
关注通信（communication），就是关注互联（interconnection）
原本互联是采用总线的形式，但是目前的模式是直接把计算机网络中的路由相关的知识搬移到SoC上来用了，比如拓扑结构、路由等。

①什么是互联网络？
互联网络是终端之间传输数据的可编程系统。

这里网络的可编程指的是在不同的时间点可以建立不同的连接。

②哪里有互联网络？
从小尺度到大尺度，网络无处不在：
根据互联网络的定义，我们发现，它不仅仅出现在台式电脑/笔记本等终端之间的通信上，放在更小的尺度，在芯片上网络也遵循该定义。

• 在处理器内的存储器、寄存器、算术单元之间的通信;
• 处理器和内存等IP的通信;
• 局域网和广域网级别的系统级的通信;

从多点总线到互联网络：
1990s前，使用的是多点总线（Multi drop bus），按照我的理解，这个总线是共享的，同一时刻只能有一对终端占用通信信道。
但目前的高性能互联都使用的是**点对点互联网络（point to point interconnection）**而不是总线。

Fabric的概念：
有时互联网络也叫Fabric

③互联网络的意义？
情况①：
图中6个终端如果建立一对一独占信道，且信道是有方向的，那么需要多少条信道？
该问题等价于6个顶点的有向图最多有多少边，6*5=30条边。
然而，可能其中T1-T5的通信较为频繁，而T6几乎不与其他终端通信，因此为T6建立那么多独享信道是浪费的！

情况②：
如果我们将6个终端连成一个环，那么可能损失一点性能，但换来的是节省了大量资源。

从情况①和情况②的对比可以发现，互联网络的意义在于可以平衡建立信道的资源消耗和通信性能。

互联网络的使用

互联网络的参数
1.终端数量
2.每个终端的峰值带宽
3.每个终端的平均带宽
4.所需的延时
5.消息大小或消息大小的分布
6.交互模式（traffic pattern）
7.所需的服务质量（Quality of Service）
8.所需的可靠性和可用性

解释：
在不特殊说明下，输入和输出带宽相等，单位是bits/秒。
传递单个消息所需的时间称为消息延时，消息延时和带宽是一对矛盾。
如果消息很小，网络所产生的开销就相对比较大。
每个终端以相同的概率向所有其他终端发送消息，这是random traffic pattern。
QoS和服务策略相关，**例如：**先来先服务（FCFS）、短作业优先（Shortest Job First,SJF）、最高响应比优先（Hight Response Ratio Next，HRRN）
可靠性指的是要无损传输，这涉及到检错纠错。
可用性指的是网络可用且正常运行的时间，该挑战在于快速检测故障，从故障中恢复。

①处理器-存储器的互联

②I/O互联

③包交换互联网络（Pakcet Switching Fabric）

网络基础

互联网络有效的关键是认为通信资源是共享的，而不是在每对可能的终端间都建立专用通道。
一旦选定了拓扑结构，消息有多条可能的路径通过网络到达目的地，好的路径选择平衡通道资源的占用和消息延迟。
比如大量路径都有一条公共路径，那么该通道被过度利用，而某些通道处于空闲状态，则网络传递的总带宽会减少。

拓扑

路由

流量控制

路由架构

互联网络的性能

历史

这本书的组织架构