單級互連網絡英文解釋翻譯、單級互連網絡的近義詞、反義詞、例句

英語翻譯：

【計】 single stage interconnection network

分詞翻譯：

單級的英語翻譯：

【計】 monopole

互連網絡的英語翻譯：

【計】 interconnection network

專業解析

單級互連網絡（Single-Stage Interconnection Network, SIN）是一種用于連接多個處理單元（PE）或處理器（P）與多個存儲模塊（M）的簡單、直接的互連結構。其核心特征在于任何輸入端口與輸出端口之間僅存在唯一一條路徑，且該路徑僅通過一個開關元件（交換開關）完成連接。這種結構因其簡單性而得名“單級”。

核心特點與技術含義：

基本結構：
- 由一組交換開關（Switching Elements）構成，每個開關通常具有多個輸入端口和多個輸出端口（常見如 2x2 交叉開關）。
- 輸入端口（通常對應處理器或源）和輸出端口（通常對應存儲器或目标）通過這單一級别的開關陣列直接相連。
- 連接模式由開關的狀态（直通或交叉）決定，這些狀态通常由一個置換函數（Permutation）控制，該函數定義了輸入到輸出的一對一映射關系。
功能與操作：
- 主要功能是實現N 個輸入到 N 個輸出的某種特定排列連接。
- 在任意時刻，網絡根據控制信號（置換函數）将輸入端口的數據路由到指定的輸出端口。
- 由于是單級，數據傳輸延遲固定且較小，僅為一個開關的延遲時間。
關鍵屬性：
- 阻塞性（Blocking）：這是單級網絡最主要的缺點。由于輸入和輸出端口之間隻有唯一路徑，當兩個或多個輸入請求同時訪問同一個輸出端口或共享同一鍊路時，會發生沖突，導緻部分請求被阻塞，必須串行處理。它不能同時實現所有可能的輸入到輸出的無沖突連接。
- 有限連接能力：單級網絡一次隻能實現一種特定的置換連接（如恒等置換、方體置換等）。要實現其他置換或更複雜的通信模式，需要重新配置開關狀态或在時間上複用網絡（即多遍通過）。
- 可重構性：通過改變開關的狀态（即改變置換函數），網絡可以在不同時間實現不同的連接模式。
典型實例：
- 交叉開關（Crossbar Switch）：這是最著名、最通用的單級互連網絡。一個 N x N 的交叉開關包含 N² 個交叉點開關，允許 N 個輸入中的任何一個同時連接到 N 個輸出中的任何一個，無阻塞。但這是以極高的硬件複雜度（O(N²)）為代價的。
- 混洗交換網絡（Shuffle-Exchange）：雖然常被視為多級網絡（如 Omega 網絡）的基礎模塊，但其基本單元（一個混洗連接加一個 2x2 交換開關）本身可以看作一個小的單級結構。多個這樣的單元級聯才構成多級網絡。
- 其他特定置換網絡：如專門實現蝶形置換（Butterfly）或立方體置換（Cube）的單級結構。

應用場景：單級互連網絡因其簡單、低延遲的特性，常用于：

小規模并行系統或多處理器系統（SMP）中處理器與共享内存模塊之間的連接。
作為更大規模、更複雜的多級互連網絡（如 Clos 網絡、Benes 網絡）的基礎構建模塊。
需要高速、固定延遲點對點通信的特定應用場合。
早期著名的并行計算機如 IBM RP3 就采用了交叉開關作為其互連核心。

單級互連網絡是一種結構簡單、延遲低的互連方案，核心在于輸入與輸出間僅通過一級開關相連，路徑唯一。其優勢在于速度和簡單性，但主要缺點是阻塞性和有限的連接能力（一次隻能實現一種置換）。交叉開關是其最典型的代表，雖然無阻塞但硬件開銷巨大。單級網絡常作為基礎單元用于構建更複雜的多級非阻塞網絡。

網絡擴展解釋

單級互連網絡是計算機系統中用于連接多個處理機或功能部件的動态網絡結構，其核心特點是通過單層開關元件實現特定模式的連接。以下是詳細解釋：

1.基本定義與結構

單級互連網絡由一組二輸入和二輸出的開關元件按特定連接模式構成，屬于動态互連網絡。它通過空間上的固定拓撲結構（如立方體、PM2I等）實現輸入端與輸出端的連接，但單次連接無法覆蓋所有可能的結點組合。例如，一個包含N個輸入/輸出端的單級網絡，需通過多次重複使用或與其他網絡組合才能實現任意結點間的互連。

2.功能特點

動态連接：通過開關元件的控制狀态（如上播、下播、直連）改變連接路徑。
有限連接能力：單次操作僅支持特定模式的通信，如相鄰結點或固定步長的連接。
可擴展性：常作為多級互連網絡的基礎模塊，通過級聯實現複雜連接需求。

3.常見類型

立方體單級網絡：基于二進制地址的位取反操作（如互連函數$Cube_i$），適用于超立方體結構，支持多路徑通信。
PM2I網絡：使用加減$2^i$的互連函數，適合環形或網格拓撲，具有規則步長特性。
混洗交換網絡：通過循環移位實現數據重排，常用于SIMD架構。

4.優缺點

優點：結構簡單、延遲低，適合高頻次小規模數據交換。
缺點：單級無法實現全連接，需重複使用或級聯多級網絡，可能增加控制複雜度。

5.應用場景

主要用于早期并行計算機或特定功能模塊（如SIMD陣列處理器）的局部連接。現代系統中，多級互連網絡（如Clos網絡）更常見，但單級結構仍是理論研究與算法設計的基礎模型。

如需進一步了解具體實現或數學表達，可參考相關學術文獻。