单级互连网络英文解释翻译、单级互连网络的近义词、反义词、例句

英语翻译：

【计】 single stage interconnection network

分词翻译：

单级的英语翻译：

【计】 monopole

互连网络的英语翻译：

【计】 interconnection network

专业解析

单级互连网络（Single-Stage Interconnection Network, SIN）是一种用于连接多个处理单元（PE）或处理器（P）与多个存储模块（M）的简单、直接的互连结构。其核心特征在于任何输入端口与输出端口之间仅存在唯一一条路径，且该路径仅通过一个开关元件（交换开关）完成连接。这种结构因其简单性而得名“单级”。

核心特点与技术含义：

基本结构：
- 由一组交换开关（Switching Elements）构成，每个开关通常具有多个输入端口和多个输出端口（常见如 2x2 交叉开关）。
- 输入端口（通常对应处理器或源）和输出端口（通常对应存储器或目标）通过这单一级别的开关阵列直接相连。
- 连接模式由开关的状态（直通或交叉）决定，这些状态通常由一个置换函数（Permutation）控制，该函数定义了输入到输出的一对一映射关系。
功能与操作：
- 主要功能是实现N 个输入到 N 个输出的某种特定排列连接。
- 在任意时刻，网络根据控制信号（置换函数）将输入端口的数据路由到指定的输出端口。
- 由于是单级，数据传输延迟固定且较小，仅为一个开关的延迟时间。
关键属性：
- 阻塞性（Blocking）：这是单级网络最主要的缺点。由于输入和输出端口之间只有唯一路径，当两个或多个输入请求同时访问同一个输出端口或共享同一链路时，会发生冲突，导致部分请求被阻塞，必须串行处理。它不能同时实现所有可能的输入到输出的无冲突连接。
- 有限连接能力：单级网络一次只能实现一种特定的置换连接（如恒等置换、方体置换等）。要实现其他置换或更复杂的通信模式，需要重新配置开关状态或在时间上复用网络（即多遍通过）。
- 可重构性：通过改变开关的状态（即改变置换函数），网络可以在不同时间实现不同的连接模式。
典型实例：
- 交叉开关（Crossbar Switch）：这是最著名、最通用的单级互连网络。一个 N x N 的交叉开关包含 N² 个交叉点开关，允许 N 个输入中的任何一个同时连接到 N 个输出中的任何一个，无阻塞。但这是以极高的硬件复杂度（O(N²)）为代价的。
- 混洗交换网络（Shuffle-Exchange）：虽然常被视为多级网络（如 Omega 网络）的基础模块，但其基本单元（一个混洗连接加一个 2x2 交换开关）本身可以看作一个小的单级结构。多个这样的单元级联才构成多级网络。
- 其他特定置换网络：如专门实现蝶形置换（Butterfly）或立方体置换（Cube）的单级结构。

应用场景：单级互连网络因其简单、低延迟的特性，常用于：

小规模并行系统或多处理器系统（SMP）中处理器与共享内存模块之间的连接。
作为更大规模、更复杂的多级互连网络（如 Clos 网络、Benes 网络）的基础构建模块。
需要高速、固定延迟点对点通信的特定应用场合。
早期著名的并行计算机如 IBM RP3 就采用了交叉开关作为其互连核心。

单级互连网络是一种结构简单、延迟低的互连方案，核心在于输入与输出间仅通过一级开关相连，路径唯一。其优势在于速度和简单性，但主要缺点是阻塞性和有限的连接能力（一次只能实现一种置换）。交叉开关是其最典型的代表，虽然无阻塞但硬件开销巨大。单级网络常作为基础单元用于构建更复杂的多级非阻塞网络。

网络扩展解释

单级互连网络是计算机系统中用于连接多个处理机或功能部件的动态网络结构，其核心特点是通过单层开关元件实现特定模式的连接。以下是详细解释：

1.基本定义与结构

单级互连网络由一组二输入和二输出的开关元件按特定连接模式构成，属于动态互连网络。它通过空间上的固定拓扑结构（如立方体、PM2I等）实现输入端与输出端的连接，但单次连接无法覆盖所有可能的结点组合。例如，一个包含N个输入/输出端的单级网络，需通过多次重复使用或与其他网络组合才能实现任意结点间的互连。

2.功能特点

动态连接：通过开关元件的控制状态（如上播、下播、直连）改变连接路径。
有限连接能力：单次操作仅支持特定模式的通信，如相邻结点或固定步长的连接。
可扩展性：常作为多级互连网络的基础模块，通过级联实现复杂连接需求。

3.常见类型

立方体单级网络：基于二进制地址的位取反操作（如互连函数$Cube_i$），适用于超立方体结构，支持多路径通信。
PM2I网络：使用加减$2^i$的互连函数，适合环形或网格拓扑，具有规则步长特性。
混洗交换网络：通过循环移位实现数据重排，常用于SIMD架构。

4.优缺点

优点：结构简单、延迟低，适合高频次小规模数据交换。
缺点：单级无法实现全连接，需重复使用或级联多级网络，可能增加控制复杂度。

5.应用场景

主要用于早期并行计算机或特定功能模块（如SIMD阵列处理器）的局部连接。现代系统中，多级互连网络（如Clos网络）更常见，但单级结构仍是理论研究与算法设计的基础模型。

如需进一步了解具体实现或数学表达，可参考相关学术文献。