Στον διαρκώς μεταβαλλόμενο τομέα της αρχιτεκτονικής των υπολογιστών, τα τελευταία 30 τουλάχιστον χρόνια οι αλλαγές έρχονται με εκθετικό ρυθμό. Οι κρυφές μνήμες αποτελούν πλέον το κέντρο του ενδιαφέροντος, αφού οι επεξεργαστές γίνονται ολοένα και ταχύτεροι, ολοένα και αποδοτικότεροι, αλλά τα κυκλώματα μνήμης αδυνατούν να τους ακολουθήσουν. Το επιστημονικό αυτό πεδίο στρέφεται πλέον σε έξυπνες λύσεις που έχουν ως στόχο την μείωση του κόστους επικοινωνίας μεταξύ των δύο υποσυστημάτων. Οι τρόποι διαχείρισης της κρυφής μνήμης αποτελούν έκφανση της πραγματικότητας αυτής και ένα από τα βασικότερα μέρη της είναι οι αλγόριθμοι αντικατάστασης. Η μελέτη εστιάζει στη σχέση ανάμεσα σε δύο, ήδη εφαρμοσμένων, νέων πολιτικών αντικατάστασης, καθώς και το βαθμό στον οποίο μπορεί να υπάρξει συγχώνευση τους σε μία καινούργια. Οι νέοι αλγόριθμοι που μελετάμε είναι ο αλγόριθμος αντικατάστασης IbRdPrediction (Instruction-based Reuse-Distance Prediction – Πρόβλεψης απόστασης επαναχρησιμοποίησης βασισμένης σε εντολή) και ο αλγόριθμος MLP-Aware (Memory level parallelism aware – επίγνωσης επιπέδου παραλληλισμού μνήμης). Εξετάζουμε κατά πόσο είναι δυνατόν να δημιουργηθεί ένας νέος μηχανισμός πρόβλεψης βασισμένος σε εντολη (instruction-based) που να λαμβάνει υπόψιν του τα χαρακτηριστικά του παραλληλισμού επιπέδου μνήμης (MLP) και κατα πόσο βελτιώνει τις ήδη υπάρχουσες τεχνικές ως προς την απόδοση του συστήματος. / In the continiously altering field of computer architecture, changes occur with exponential rate the last 30 years. Cache memories have become the pole of interest, as processors are growing all faster, all efficient, but memory circuits fail to follow them. The scientific community is now turning to clever solutions which aim to limit the two subsytem communication cost. Cache management consists the expression of this reality, and one of its most basic parts is cache replacement algorithms. The thesis focuses on the relation between two, already applied, recent replacement policies, and the degree in which their coalescence in a new policy can exist. We study the IbRdPrediction (Instruction-based Reuse-Distance Prediction) replacement algorithm and the MLP-Aware (Memory level parallelism aware) replacement algorithm. We thoroughly examine if it is possible to create a novel prediction mecahnism, based on instruction, that takes into account the MLP ((Memory level parallelism) characteristics, and how much it improves the existing techniques concerning system performance.

On-line poultry monitoring can significantly improve living conditions of hens in industrial farms. A very low-cost low-energy solution needs to be provided though. ASIPs can be an ideal solution when they cover many submarkets and low-energy concepts are used for their realization. Aiming to high energy-efficiency, this work implements data parallelization, using a recently introduced software-controled SIMD realization in an innovative way. A manual mapping and scheduling effort of the most crucial part of the application leads to a highly optimized result, in terms of cycles, area and energy. This manual scheduling implementation must also be supported by a commercial compiler tool so that the design-time is minimized. Moreover, energy-efficient mapping must be explored for the remaining parts of the code. In that case, because the frequency of occurence of a part of the code is very low, more attention should be given to minimizing the area overhead. Increasing the energy efficiency of the data-path in such ways can be very important, since data- path can be dominant in the total energy-pie, once the instruction/data memory overhead is minimized by other complementary approaches. / Η αυτόματη μέθοδος παρακολούθησης ζωντανών οργανισμών μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις συνθήκες διαβίωσης των ζώων στις βιομηχανικές φάρμες. Για να είναι οικονομικά εφικτή όμως μια τέτοια λύση πρέπει να είναι μια λύση χαμηλής ενέργειας. Τα ASIPs μπορούν να είναι μια ιδανική λύση όταν τεχνικές χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας εφαρμόζονται σε αυτά, καθώς λόγω της ευελιξίας τους μπορούν να καλύπτουν πολλούς τομείς της συγκεκριμένης αγοράς. Στοχεύοντας σε υψηλή εξοικονόμηση ενέργειας, η παρούσα δουλειά υλοποιεί παραλληλισμό δεδομένων, χρησιμοποιώντας μια προσφάτως προταθείσα πραγματοποίηση Single Instruction Multiple Data (SIMD) εντολών, που υλοποιούνται μέσω software με ένα καινοτόμο τρόπο. Μια χειρωνακτική προσπάθεια αντιστοίχισης σε υλικό του πιο κρίσιμου κομματιού της εφαρμογής και χρονοπρογραμματισμού των εντολών του οδηγεί σε ένα πολύ βελτιστοποιημένο αποτέλεσμα αναφορικά με τους κύκλους εκτέλεσης, την καταλαμβανόμενη επιφάνεια και την απαιτούμενη ενέργεια. Η χειρωνακτική υλοποίηση χρονοπρογραμματισμού των εντολών πρέπει να μπορεί να επιτευχθεί από ένα εμπορικό εργαλείο μετάφρασης (compiler tool) ώστε στο μέλλον ο χρόνος σχεδιασμού να ελαχιστοποιηθεί. Επιπλέον, πρέπει να διερευνηθεί μια αποδοτική ως προς το θέμα της ενέργειας προσπάθεια απεικόνισης σε υλικό για τα υπόλοιπα τμήματα της εφαρμογής πέραν του πιο κρίσιμου. Σε αυτή την περίπτωση, επειδή η συχνότητα εμφάνισης αυτών των τμημάτων του κώδικα είναι πολύ μικρή, έμφαση δίνεται στην ελαχιστοποίηση της επιφάνειας του υλικού. Η βελτίωση της κατανάλωσης ενέργειας του data-path με τέτοιους τρόπους είναι πολύ σημαντική, αφού το data-path είναι κυρίαρχο στην κατανομή της ενέργειας, όταν η επιβάρυνση της μνήμης δεδομένων και εντολών ελαχιστοποιείται από συμπληρωματικές μεθόδους, όπως συμβαίνει στο προτεινόμενο ASIP.