Normalment les grans xarxes d'interconnexió o de comunicacions estan dissenyades utilitzant tècniques de la teoria de grafs. Aquest treball presenta algunes contribucions a aquest tema. Concretament, presentem dues noves operacions: el "producte Jeràrquic" de grafs i el "producte Manhattan" de digrafs. El primer és una generalització del producte cartesià de grafs i ens permet construir algunes famílies amb un alt grau de jerarquia, com l'arbre binomial, que és una estructura de dades molt utilitzada en algorísmica. El segon dóna lloc a les conegudes Manhattan Street Networks, les quals han estat extensament estudiades i utilitzades per modelar algunes classes de xarxes òptiques. En el nostre treball, definim formalment i analitzem el cas multidimensional d'aquestes xarxes. Estudiem algunes propietats dels grafs o digrafs obtinguts mitjançant les dues operacions esmentades, especialment: els paràmetres estructurals (les propietats de l'operació, els subdigrafs induïts, la distribució de graus i l'estructura de digraf línia), els paràmetres mètrics (el diàmetre, el radi i la distància mitjana), la simetria (els grups d'automorfismes i els digrafs de Cayley), l'estructura de cicles (els cicles hamiltonians i la descomposició en cicles hamiltonians arc-disjunts) i les propietats espectrals (els valors i vectors propis). En el darrer cas, hem trobat, per exemple, que la família dels arbres binomials tenen tots els seus valors propis diferents, "omplint" tota la recta real. A més a més, mostrem la relació del seu conjunt de vectors propis amb els polinomis de Txebishev de segona espècie. També hem estudiat alguns protocols de comunicació, com els enrutaments locals i els algorismes de difusió. Finalment, presentem alguns models deterministes (com les xarxes Sierpinski i d'altres), els quals presenten algunes propietats pròpies de les xarxes complexes reals (com, per exemple, Internet). / Large interconnection or communication networks are usually designed and studied by using techniques from graph theory. This work presents some contributions to this subject. With this aim, two new operations are proposed: the "hierarchical product" of graphs and the "Manhattan product" of digraphs. The former can be seen as a generalization of the Cartesian product of graphs and allows us to construct some interesting families with a high degree of hierarchy, such as the well-know binomial tree, which is a data structure very used in the context of computer science. The latter yields, in particular, the known topologies of Manhattan Street Networks, which has been widely studied and used for modelling some classes of light-wave networks. In this thesis, a multidimensional approach is analyzed. Several properties of the graphs or digraphs obtained by both operations are dealt with, but special attention is paid to the study of their structural parameters (operation properties, induced subdigraphs, degree distribution and line digraph structure), metric parameters (diameter, radius and mean distance), symmetry (automorphism groups and Cayley digraphs), cycle structure (Hamilton cycles and arc-disjoint Hamiltonian decomposition) and spectral properties (eigenvalues and eigenvectors). For instance, with respect to the last issue, it is shown that some families of hypertrees have spectra with all different eigenvalues "filling up" all the real line. Moreover, we show the relationship between its eigenvector set and Chebyshev polynomials of the second kind. Also some protocols of communication, such as local routing and broadcasting algorithms, are addressed. Finally, some deterministic models (Sierpinsky networks and others) having similar properties as some real complex networks, such as the Internet, are presented.

El càlcul de valors i vectors propis és un nucli computacional que forma part de diverses aplicacions de tipus científic i tècnic que requereixen una potència de càlcul molt gran. Aquestes aplicacions no poden resoldre's en sistemes monoprocessadors perquè aquests sistemes no proporcionen la potència de càlcul suficient per resoldre el problema amb un temps raonable. Una solució possible a aquest problema és la utilització de sistemes paral·lels.El contingut d'aquest treball pot dividir-se en quatre parts ben diferenciades; en les tres primeres parts dels valors i vectors propis en sistemes multicomputadors amb diferents topologies: hipercub, malla i torus; en l'última part del treball es proposa una metodologia d'anàlisis de l'escalabilitat de sistemes paral·lels.- En la primera part del treball es proposen un conjunt d'algorismes paral·lels per hipercubs: BR segmentat, alfa-optimal i Grau-4. Tots aquests algorismes es basen en l'algorisme Block Recursive proposat a [42]. Els nous algorismes proposats tenen la capacitat d'utilitzar de forma més eficient el potencial paral·lelisme de comunicacions que ofereix una arquitectura multiple-port amb els que s'aconsegueix una reducció del cost de la comunicació considerable respecte al cost de comunicació de l'algorisme original.- En la segona part del treball es proposa un nou algorisme amb una topologia de comunicació en malla bidimensional (2D). Aquest algorimse l'hem anomenat algorisme 2D. Es veurà que aquest nou algorisme aconsegueix reduir el cost total considerablement respecte als algorismes que han estat proposats per altres autors per malles i torus.- En la tercera part, s'estudia l'eficiència de l'algorisme BR-segmentat (algorisme amb una topologia de comunicació en hipercub proposat en la primera part de la tesi) un cop mapejat en un multicomputador amb una topologia en malla o en torus. A l'hora de realitzar el mapeig s'ha aplicat i ampliat una metodologia desenvolupada en el grup de treball que ens permet realitzar el mapeig de forma eficient i sistemàtic d'una topologia en hipercub a una topologia en malla o torus. El cost de la comunicació del nou algorisme es compara amb el cost de l'algorisme 2D proposat en la segona part del treball.- Finalment, en l'última part d'aquest treball es proposa una metodologia d'anàlisi de l'escalabilitat de sistemes paral·lels orientada a l'usuari final del sistema. S'utilitza l'algorisme 2D mapejat en una línia per mostrar un exemple d'aplicació de la metodologia.