[pt] As arquiteturas convencionais de computadores, baseadas no modelo de Von Neumann, não implementam eficientemente a linguagem Prolog, fundamentada em mecanismos de unificação e retrocesso automático. Este trabalho propõe a arquitetura de um acelerador, baseado a uma máquina virtual Prolog (PLM) desenvolvida na COPPE/UFRJ. A arquitetura proposta aumenta a eficiência da máquina virtual explorando o paralelismo da memória associativa na realização do mecanismo de retrocesso. O impacto no desempenho da máquina virtual decorrente da nova arquitetura foi avaliado por simulação utilizando programas clássicos encontrados na literatura. / [en] Conventional computer architectures based on Von Neumann’s model do not efficiently implement the Prolog language, founded on unification and automatic backtracking mechanisms. This work presents the architecture of a content addressable memory accelerator to be connected to a Prolog Virtual machine (PLM) developed at COPPE/UFRJ. The presented architecture increases the virtual machine’s efficiency by exploring the content addressable memory’s parallelism to implement the backtracking mechanism. The impact on the virtual machine’s performance due to the new architecture was evaluated by simulation, using classical programs found on the literature.

[pt] A linguagem Java foi definida tendo como foco a portabilidade. O código gerado pela compilação é interpretado por uma máquina virtual, e não diretamente pelo processador destino, como um programa em C. Este código intermediário, também conhecido como bytecode, é a chave da portabilidade de Java. Os Bytecodes Java usam uma pilha para manipular os operandos das instruções. O uso de pilha tem suas vantagens e desvantagens. Dentre as vantagens, podemos citar a simplicidade da implementação do compilador e da máquina virtual. A principal desvantagem é a redução na velocidade de execução dos programas, devido à necessidade de se mover os operandos para a pilha e retirar dela o resultado, gerando um aumento no número de instruções que devem ser processadas. Diversos estudos indicam que máquinas virtuais baseadas em registradores podem ser mais rápidas que as baseadas em pilha. Decidimos criar uma nova especificação de bytecodes, específicos para máquinas virtuais baseadas em registradores. Esperamos com isso obter um aumento no desempenho das aplicações. / [en] The Java language was created with a focus on portability. The code generated by the compiler is interpreted by a virtual machine, and not directly by the target processor, like programs written in C. This intermediate code, also known as bytecode, is the key to Java's portability. The Java Bytecodes use a stack to manipulate the instruction operands. The use of stack has its their pros and cons. Among the advantages, we can cite the simplicity of implementation of the compiler and virtual machine. On the other hand, there is a speed reduction in the program's execution, due to the need to move the operands to and from the stack, and retrieve results from it, increasing the number of instructions that are processed. Much study has been done that indicating that register-based virtual machines can be faster than the ones based on stacks. Based on this, we decided to create a new bytecode specification, proper for a virtual machine based on registers. By doing this, we hope to obtain an increase in an application's performance.

[pt] Programar redes de sensores sem fio (RSSF) é uma tarefa difícil. O programador tem que lidar com várias atividades simultâneas em um ambiente com recursos extremamente limitados. Neste trabalho propomos um modelo de programação para facilitar essa tarefa. O modelo que propomos combina o uso de máquinas virtuais configuráveis baseadas em componentes com uma linguagem de script reativa que pode ser analisada estaticamente para evitar conitos de memória e execução de laços infinitos. Essa abordagem permite a exibilidade de carregamento remoto de código nos nós da rede combinado com um conjunto de garantias para o programador. A escolha de um conjunto específico de componentes numa configuração de máquina virtual define o nível de abstração visto pelo script da aplicação. Para avaliar esse modelo, construímos Terra, um sistema que combina a linguagem de script Céu-T com uma máquina virtual e uma biblioteca de componentes. Nós projetamos esta biblioteca considerando as funcionalidades comumente necessárias em aplicações de RSSF - tipicamente para sensoreamento e controle. Implementamos diferentes aplicações utilizando Terra e uma linguagem orientada a eventos baseados em C. Além disso discutimos as vantagens e desvantagens dessas implementações alternativas. Finalmente, também avaliamos Terra medindo o custo adicional em uma aplicação básica e discutimos sua utilização e custo em diferentes cenários de aplicações WSNs. / [en] Programming wireless sensors networks (WSN) is a difficult task. The programmer must deal with several concurrent activities in an environment with severely limited resources. In this work we propose a programming model to facilitate this task. The model we propose combines the use of configurable component-based virtual machines with a reactive scripting language which can be statically analyzed to avoid unbounded execution and memory conicts. This approach allows the exibility of remotely uploading code on motes to be combined with a set of guarantees for the programmer. The choice of the specific set of components in a virtual machine configuration defines the abstraction level seen by the application script. To evaluate this model, we built Terra, a system combining the scripting language Céu-T with the Terra virtual machine and a library of components. We designed this library taking into account the functionalities commonly needed in WSN applications - typically for sense and control. We implemented different applications using Terra and using an event-driven language based on C and we discuss the advantages and disadvantages of the alternative implementations. Finally, we also evaluate Terra by measuring its overhead in a basic application and discussing its use and cost in different WSN scenarios.

[pt] As linguagens multimídia de alto-nível atuais são limitadas. Suas limitações decorrem não da ausência de funcionalidades mas da complexidade causada pelo excesso delas e, especialmente, da sua definição não-estruturada. Linguagens como NCL, SMIL e HTML definem diversas construções para controlar a apresentação de dados audiovisuais, porém falham ao não descreverem precisamente como essas construções relacionam-se umas com as outras, particularmente em termos de comportamento. Não há uma separação clara entre construções básicas e construções derivadas; nem um princípio aparente de estruturação hierárquica na sua definição. Usuários dessas linguagens podem dispensar tal princípio, mas ele é imprescindível para as pessoas que definem e implementam essas linguagens: o princípio de estruturação hierárquica torna as especificações e implementações controláveis através da redução da linguagem a um conjunto de conceitos básicos (primitivos). Nesta tese, um conjunto de tais conceitos básicos é proposto e adotado como a linguagem de uma máquina virtual para apresentações multimídia. Mais precisamente, uma nova linguagem multimídia de alto-nível, chamada Smix (Synchronous Mixer), é apresentada e definida de forma a servir como camada de abstração adequada para a definição e implementação de linguagens multimídia de nível superior. Ao definir a linguagem Smix, isto é, ao escolher um conjunto de conceitos básicos, este trabalho visa o minimalismo mas ao mesmo tempo trata alguns dos principais problemas das linguagens multimídia de alto-nível atuais, a saber, os modelos semânticos inadequados de suas especificações e as abordagens não-sistemáticas de suas implementações. No lado da especificação, sustenta-se o uso de uma semântica síncrona simples porém expressiva, com uma noção temporal precisa. No lado da implementação, propõe-se uma arquitetura de duas camadas que facilita o mapeamento dos conceitos da especificação em primitivas de processamento digital de sinais. A camada superior (front end) é a realização da semântica e a camada inferior (back end) estrutura-se como um dataflow para processamento digital de sinais multimídia. / [en] Current high-level multimedia languages are limited. Their limitation stems not from the lack of features but from the complexity caused by the excess of them and, more importantly, by their unstructured definition. Languages such as NCL, SMIL, and HTML define innumerable constructs to control the presentation of audiovisual data, but they fail to describe how these constructs relate to each other, especially in terms of behavior. There is no clear separation between basic and derived constructs, and no apparent principle of hierarchical build-up in their definition. Users may not need such principle, but it is indispensable for the people who define and implement these languages: it makes specifications and implementations manageable by reducing the language to a set of basic (primitive) concepts. In this thesis, a set of such basic concepts is proposed and taken as the language of a virtual machine for multimedia presentations. More precisely, a novel high-level multimedia language, called Smix (Synchronous Mixer), is presented and defined to serve as an appropriate abstraction layer for the definition and implementation of higher level multimedia languages. In defining Smix, that is, choosing a set of basic concepts, this work strives for minimalism but also aims at tackling major problems of current high-level multimedia languages, namely, the inadequate semantic models of their specifications and unsystematic approaches of their implementations. On the specification side, the use of a simple but expressive synchronous semantics, with a precise notion of time, is advocated. On the implementation side, a two-layered architecture that eases the mapping of specification concepts into digital signal processing primitives is proposed. The top layer (front end) is the realization of the semantics, and the bottom layer (back end) is structured as a multimedia digital signal processing dataflow.