Η ανάπτυξη και εγκατάσταση συστάδων υπολογιστών (clusters) και διαδικτυακών πλεγμάτων υπολογισμού (computational grids), διαρκώς αυξανόμενη στις μέρες μας, διαμορφώνει ένα σαφώς κατανεμημένο περιβάλλον, ικανό για την εφαρμογή υπολογισμού στο εύρος του διαδικτύου. Στο πλαίσιο αυτό, η παράλληλη επεξεργασία καλείται να επωφεληθεί από την εγγύτητα των υπολογιστικών πόρων, όπως αυτή διαμορφώνεται από τα σύγχρονα δίκτυα υψηλών ταχυτήτων. Την ίδια στιγμή, οι προγραμματιστές παράλληλων εφαρμογών βρίσκονται σε δίλημμα ανάμεσα σε μοντέλα προγραμματισμού κοινής μνήμης ή κατανεμημένα. Με τα κατανεμημένα μοντέλα να αποτελούν την αρχική και πιο φυσική επιλογή στο περιβάλλον των συστάδων και των πλεγμάτων, ο προγραμματιστής έρχεται ξανά αντιμέτωπος με τα διαχρονικά προβλήματα που ενέχει η αποτύπωση του παραλληλισμού των εφαρμογών και ο προγραμματισμός με τη χρήση μοντέλων ανταλλαγής μηνυμάτων (message passing models). Έχοντας σαν στόχο την απαλλαγή του προγραμματιστή από τις δυσκολίες των κατανεμημένων μοντέλων, γίνεται σημαντική ερευνητική προσπάθεια για την υλοποίηση συστημάτων και εργαλείων που θα μπορέσουν να παρέχουν ένα αξιόπιστο περιβάλλον προγραμματισμού κοινής μνήμης, επιτυγχάνοντας ταυτόχρονα συγκρίσιμη απόδοση με τα αντίστοιχα μοντέλα ανταλλαγής μηνυμάτων. Ωστόσο, ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά των σύγχρονων περιβαλλόντων υπολογισμού, που δυσχεραίνει την μεταφορά της υπάρχουσας τεχνολογίας συστημάτων κατανεμημένης κοινής μνήμης από τις συστάδες υπολογιστών στα πλέγματα, είναι η εκτεταμένη ετερογένεια που παρατηρείται στα συστήματα που συμμετέχουν σε ένα υπολογιστικό πλέγμα. Συμμετέχοντας στην προσπάθεια πρότασης ενός εύχρηστου και αποδοτικού περιβάλλοντος προγραμματισμού, καταρχάς σε συστάδες υπολογιστών και με την προοπτική επέκτασης σε υπολογιστικά πλέγματα, στο πλαίσιο της συγκεκριμένης μεταπτυχιακής εργασίας υλοποιείται το σύστημα Pleiad. To Pleiad αποτελεί ολοκληρωμένο πρωτότυπο της αφαίρεσης κατανεμημένης κοινής μνήμης σε επίπεδο λογισμικού (Software Distributed Shared Memory - SDSM). Κύριος στόχος, δεδομένης της ετερογένειας των σύγχρονων παράλληλων συστημάτων, είναι τόσο η μεταφερσιμότητα όσο και η διαλειτουργικότητα του συστήματος και γι' αυτό το λόγο επιλέγεται για την υλοποίηση του η πλατφόρμα Java. Το σύστημα Pleiad είναι σε θέση να αξιοποιήσει τη σύγχρονη τάση στα πολυεπεξεργαστικά συστήματα, όπως αυτή καθορίζεται από την ευρεία διάθεση επεξεργαστών πολλαπλών πυρήνων, επιτρέποντας την εκτέλεση πολυνηματικών εφαρμογών στο εύρος του κατανεμημένου συστήματος. Επιπλέον η υλοποίηση λαμβάνει χώρα σε επίπεδο χρήστη (user-level), προσδίδοντας στο σύστημα μεγαλύτερη ευελιξία στο περιβάλλον των ιδεατών οργανισμών (virtual organizations - VOs) που διαθέτουν συστάδες υπολογιστών στο πλαίσιο πλεγμάτων. Τα αποτελέσματα από την πειραματική σύγκριση του συστήματος Pleiad με συναφή συστήματα είναι ενθαρρυντικά. Σε κάθε περίπτωση το πρωτότυπο του συστήματος Pleiad όπως παρουσιάζεται στη μεταπτυχιακή εργασία, αποτελεί έργο υποδομής, με αρκετά ενδιαφέροντα ζητήματα ανοικτά στην προοπτική μελλοντικής ερευνητικής δραστηριότητας. / The development and the deployment of clusters and computational grids, continuously increasing in our times, clearly form a distributed environment that is able to conduct computation at the scale of the Internet. Under these circumstances, parallel processing is urged to utilize the proximity of the afforded computational resources as it is accomplished by the advancements on high speed networks. At the same time the parallel applications programmers are quite often up against a dilemma having to choose between shared memory or distributed memory programming models. While distributed memory programming models are the most typical choice in the field of clusters and grids, the programmer encounters well known obstacles during his effort to extract the parallelism of the application. Willing to release the programmer from the need to explicitly express parallelism through message passing orchestration, much research has been done to implement middleware that provides the abstraction of shared memory programming while at the same time achieves acceptable performance compared to other message passing models. Nevertheless, one of the most fundamental characteristics of the modern, distributed computing environments that encumbers porting the existing DSM technology from clusters to grids, is the broad heterogeneity of the afforded computing resources. Participating in the effort of providing a simple, robust and yet efficient programming environment, firstly designated for clusters with the intention support seamless parallel programming on top of grids, at the present thesis we present Pleiad. Pleiad consists our research prototype providing the abstraction of shared memory programming, implemented at the software level (Software Distributed Shared Memory - SDSM). Considering by default the heterogeneity of the contemporary parallel systems, we have defined as a target of the presented thesis to provide a simple portable and interoperable DSM system. That direction led us to choose Java as our development platform. Pleiad is also able to utilize the trend in modern multiprocessors as it is defined by the advent of multicore CPUs by enabling the execution of multithreaded applications on top of the distributed hardware architecture. Moreover, the implementation of Pleiad takes place at the user level, which is the most appropriate decision concerning the highly diverse environment of the virtual organizations that are formed as parts of a grid. The first results of the experimental evaluation of Pleiad compared to similar systems are emboldening. In any case the first prototype of Pleiad as it is presented in the current thesis provides the essential infrastructure that will be used to further address open issues concerning our research interests on the topic of distributed shared memory abstraction.

Στη σύγχρονη εποχή το κενό απόδοσης μεταξύ του επεξεργαστή και της μνήμης ενός σύγχρονου υπολογιστικού συστήματος συνεχώς μεγαλώνει. Είναι λοιπόν σημαντικό να ερευνηθούν νέοι τρόποι για να καλυφθεί η αδυναμία της κύριας μνήμης να ακολουθήσει τον επεξεργαστή. Η μνήμη cache ήταν ανέκαθεν ένα χρήσιμο εργαλείο προς αυτήν την κατεύθυνση. Χρειάζεται όμως πλέον να προχωρήσει πέρα από την απλοϊκή μορφή της και τον αλγόριθμο LRU Η παρούσα διπλωματική έχει σαν σκοπό την μελέτη της cache σε πραγματικό περιβάλλον και την ανάλυση της δυνατότητας και της χρησιμότητας της πρόβλεψης της συμπεριφοράς ενός σύγχρονου προγράμματος όσον αφορά την προσπέλαση της μνήμης. Η εργασία επικεντρώνεται στην χρήση τεχνικών dynamic instrumentation για την υλοποίηση ενός μηχανισμού πρόβλεψης της απόστασης επαναχρησιμοποίησης μιας θέσης μνήμης, μέσω της ανάλυσης και μελέτης της συμπεριφοράς της εντολής, που ζητά να προσπελάσει την συγκεκριμένη θέση μνήμης. Αναλύεται εκτενώς η λειτουργία ενός τέτοιου μηχανισμού και παρέχονται στατιστικές μετρήσεις που επιβεβαιώνουν την χρησιμότητα και ευστοχία μιας τέτοιας πρόβλεψης. / In contemporary times the performance gap between the CPU and the main memory of a modern computer system grows larger. So it is important to find new ways to cover the inability of the main memory to cope with the CPU’s performance. Cache memory has always been a useful tool towards this goal. However the need arises for it to move beyond simplistic implementations and algorithms like LRU. The present end year project aims towards the study of cache memory in a real time environment and the analysis of the capability and usefulness of prediction of the memory access behaviour of a modern program. The thesis puts weight on the use of dynamic instrumentation techniques for the creation of a prediction mechanism of the reuse distance of a memory address, through the analysis and study of the behavior of the instruction that accessed this memory address. The function of such a mechanism is analyzed in depth and statistical measures are provided to prove the usefulness and accuracy of such a prediction.

Η πρόσφατη εξάπλωση που είδε το μοντέλο της παράλληλης επεξεργασίας στους μικροεπεξεργαστές γενικής χρήσης με την εισαγωγή περισσότερων από έναν πυρήνες εντός του ολοκληρωμένου κυκλώματος έφερε νέες απαιτήσεις στις μεθόδους προσομοίωσης που παραδοσιακά χρησιμοποιήθηκαν για την εξερεύνηση νέων αρχιτεκτονικών. Στην εργασία αυτή προτείνεται ένα πλαίσιο και ένα προγραμματιστικό μοντέλο που κάνει χρήση της αρχιτεκτονικής υψηλού βαθμού παραλληλίας CUDA για να επιτύχει επιτάχυνση στην αρχιτεκτονική προσομοίωση πρωτοκόλλων συνοχής κρυφής μνήμης. / The recent adoption of the parallel computing model in general-use microprocessors with the inclusion of more than one cores in the IC has raised new demands for the simulation methodologies that have been traditionally used. In this work, a framework and a programming model are proposed that make use of the highly parallel CUDA platform to accelerate architectural simulation of cache coherency protocols.

Η Ανθεκτική στην Αναισθησία Μνήμη είναι ένας ιδιαίτερος τύπος μνήμης που προς το παρόν έχει χαρακτηριστεί μόνο στη Drosophila. Ελάχιστα είναι γνωστά για τον ρόλο της καθώς και για τα μόρια που παίζουν ρόλο στο σχηματισμό της. Στόχος της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι να διερευνήσει χρησιμοποιώντας τόσο συμπεριφορικά όσο και μοριακά εργαλία τον ρόλο της πρωτεΐνης προσαρμοστή DRK στην δημιουργία αυτού του ιδιαίτερου τύπου μνήμης. / Anesthesia Resistant Memory is a unique form of memory characterising Drosophila. Very few are known about its function and the molecules participating in its formation. The aim of this research is to examine the role of the adaptor protein DRK in the formation of Anesthesia Resitant Memory using both behavioural and molecular asseys.

Σκοπός της παρούσας έρευνας ήταν ο έλεγχος της υπόθεσης, σύμφωνα με την οποία τα παιδιά με μαθησιακές δυσκολίες χρησιμοποιούν λιγότερο τη φωνολογική κωδικοποίηση και την επανάληψη. Στο πλαίσιο που είχαν εργαστεί νωρίτερα οι Steinbrink και Klatte, η έρευνα μελέτησε τις επιδόσεις 14 μαθητών της Β’ δημοτικού με χαμηλές αναγνωστικές και ορθογραφικές ικανότητες και 14 μαθητών ίδιας τάξης με υψηλές αντίστοιχες ικανότητες, σε έργα σειριακής ανάκλησης ερεθισμάτων. Τα ερεθίσματα ποίκιλαν ως προς τη φωνολογική ομοιότητα και το μέγεθος της λέξης. Η παρουσίαση τους έγινε οπτικά και ακουστικά και συνδυάστηκε με οπτική και προφορική ανάκληση, προκειμένου να ελεγχθούν οι στρατηγικές που επιλέγουν τα παιδιά με μαθησιακές δυσκολίες, ανάλογα με τις απαιτήσεις του έργου. Oι επιδόσεις των παιδιών με αναγνωστικές και ορθογραφικές αδυναμίες ήταν χαμηλότερες σε όλες τις συνθήκες, με εξαίρεση τη συνθήκη οπτικής παρουσίασης - οπτικής ανάκλησης. Ωστόσο, οι επιδράσεις της φωνολογικής ομοιότητας και του μεγέθους της λέξης δε διέφεραν ανάμεσα στις ομάδες. Επομένως, όλοι οι συμμετέχοντες έκαναν ίση χρήση της φωνολογικής κωδικοποίησης και της επανάληψης. Ακόμη, στις συνθήκες που ευνοούσαν τη χρήση οπτικών στρατηγικών, όλοι οι συμμετέχοντες προέβησαν σε ένα συνδυασμό φωνολογικών και οπτικών στρατηγικών. Τα αποτελέσματα της έρευνας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι τα παιδιά με αναγνωστικές και ορθογραφικές αδυναμίες χρησιμοποιούν μεν το φωνολογικό κύκλωμα, αλλά με λιγότερο αποτελεσματικό τρόπο. / Τhe purpose of this study was to test the hypothesis that children with learning disabilities make less use of phonological coding and rehearsal. In the framework of Steinbrink and Klatte’s previous research, this study examined the performance of second-grade children with poor versus good reading and spelling abilities in serial recall tasks. The stimuli used, varied in phonological similarity and word length. Their presentation was visual and auditory and it was combined with visual and verbal recall, so that to investigate the strategies that children with learning disabilities use, depending on the task’s demands. The performance of children with reading and spelling difficulties was lower in all conditions, except the condition of visual presentation - visual recall. However, phonological similarity and word length effects did not differ between groups. Consequently, all participants made equal use of phonological coding and rehearsal. Furthermore, in conditions where visual strategies could be used, all participants used a combination of phonological and visual strategies. The results suggest that children with reading and spelling impairments use the phonological loop, but in a less efficient way.

- / -

Οι ιπποκάμπιες συνάψεις επιδεικνύουν σημαντική ικανότητα για μακρόχρονη πλαστικότητα, η οποία θεωρείται ότι είναι η βάση της μνήμης και της μάθησης. Υπάρχουν ολοένα και αυξανόμενες αποδείξεις ότι αυτή η ικανότητα διαφέρει κατά μήκος του ιπποκάμπου, με τις συνάψεις της CA1 περιοχής του κοιλιακού ιπποκάμπου να επιδεικνύουν σημαντικά μικρότερη ικανότητα για μακρόχρονη ενίσχυση (LTP) σε σύγκριση με τις αντίστοιχες συνάψεις του ραχιαίου ιπποκάμπου, όταν ενεργοποιούνται με υψηλόσυχνο ερεθισμό. Στην παρούσα εργασία, δείχνουμε ότι μία μικρή συχνότητα ερεθισμού, των 10 Hz, επάγει μακρόχρονη ενίσχυση πιο αξιόπιστα στην περιοχή CA1 του ραχιαίου απ' ό,τι του κοιλιακού ιπποκάμπου. Προτείνουμε ότι η δραστηριότητα που επάγεται από του υποδοχείς α5GABAA παίζει έναν σημαντικό ρόλο στην ρύθμιση του κατωφλίου επαγωγής του LTP ειδικά στις συνάψεις της περιοχής CA1 του κοιλιακού ιπποκάμπου. Αυτό το γεγονός μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες για την λειτουργική εξειδίκευση κατά μήκος του ιπποκάμπου. / The hippocampal synapses display conspicuous ability for long-term plasticity which is thought to underlie learning and memory. Growing evidence shows that this ability differs along the long axis of the hippocampus, with the ventral CA1 hippocampal synapses displaying remarkably lower ability for long-term potentiation(LTP) compared with their dorsal counterpart when activated with high-frequency stimulation. Here, we show that low frequency, 10Hz stimulation induced LTP more reliably in DH than in VH CA1 field. Blockade of alpha5 subunit-containing GABAA receptors eliminated the difference between DH and VH. We propose that α5GABAA receptor-mediated activity plays a crucial role in regulating the threshold for induction of LTP especially at the ventral CA1 hippocampal synapses. This might have important implications for the functional specialization along the hippocampus.

Το περιβάλλον διαθέτει πλούτο παραγόντων, οι οποίοι επηρεάζουν με θετικό ή αρνητικό τρόπο την ανάπτυξη και τη λειτουργία των οργανισμών. Μεταξύ των μετάλλων, ο μόλυβδος (Pb) θεωρείται ο σημαντικότερος νευροτοξικός περιβαλλοντικός παράγοντας, με τις κυριότερες αρνητικές επιδράσεις του να αφορούν νεαρούς οργανισμούς ή οργανισμούς που βρίσκονται στα πρώτα στάδια ανάπτυξης. Το περιβάλλον, ωστόσο, διαθέτει και πολλούς παράγοντες οι οποίοι δύνανται να χρησιμοποιηθούν για τις ευεργετικές τους ιδιότητες. Τα τελευταία χρόνια το επιστημονικό ενδιαφέρον έχει στραφεί στην εξεύρεση φυτών και φυτικών συστατικών που θα μπορούσαν να δρουν ενάντια της νευροτοξικής δράσης των μετάλλων. Η ελληνική χλωρίδα είναι πλούσια σε κοινά και ενδημικά φυτά που διαθέτουν νευροπροστατευτικές ιδιότητες. Ο σκοπός της εργασίας ήταν η διερεύνηση της πιθανής συσσώρευσης του μολύβδου στον ολικό εγκέφαλο (-παρεγκεφαλίδα) ενήλικων μυών και της πιθανής επαγωγής νευροτοξικών δράσεων, εστιάζοντας στη διεργασία μνήμη/μάθηση και την ενεργότητα του ενζύμου ακετυλοχολινεστεράση, ύστερα από χορήγηση διαλύματος μολύβδου (500 ppm) για διάστημα 4 εβδομάδων. Επιπλέον, διερευνήθηκε η πολυφαινολική σύσταση και η πιθανή προστατευτική δράση ενάντια στο μέταλλο των αφεψημάτων δυο φυτών της ελληνικής χλωρίδας, του κοινού Rosmarinus officinalis (δενδρολίβανο) και του υπενδημικού Hypericum vesiculosum, ύστερα από χορήγηση των αφεψημάτων σε ενήλικους μύες, καθώς και μετά από συγχορήγησή τους με το μόλυβδο για χρονικό διάστημα 4 εβδομάδων. To Η. vesiculosum δεν έχει μελετηθεί ποτέ ξανά ως προς τη σύσταση και τις ιδιότητές του. Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι και τα δυο αφεψήματα έχουν πλούσιο πολυφαινολικό περιεχόμενο, και ιδιαιτέρως το H. vesiculosum που υπερισχύει του δενδρολίβανου. Επιπλέον, με τη χρήση δυο φασματομετρικών μεθόδων (Φασματομετρία Ατομικής Απορρόφησης/AAS, Φασματομετρία Μάζας με Πηγή Επαγωγικά Συζευγμένου Πλάσματος/ICP-MS) αποδείχτηκε ότι ο Pb συσσωρεύεται στον εγκέφαλο ενήλικων μυών και αυτή η συσσώρευση δεν επηρεάζεται σε σημαντικό βαθμό από την συγχορήγηση των δυο αφεψημάτων με το μέταλλο. Ακόμα, η μελέτη της μνήμης και της μάθησης με τη χρήση της δοκιμασίας της Παθητικής Αποφυγής και η μελέτη της ενεργότητας της AChE στον ολικό εγκέφαλο (-παρεγκεφαλίδα) και στην παρεγκεφαλίδα [SS (διαλυτό σε άλας) κλάσμα που περιέχει κυρίως την G1 ισομορφή της AChE και DS (διαλυτό σε απορρυπαντικό κλάσμα) που περιέχει κυρίως την G4 ισομορφή της AChE, η οποία είναι πολύ σημαντική για το νευρικό σύστημα] απέδειξε ότι (α) ο μόλυβδος ασκεί τις νευροτοξικές του επιδράσεις προκαλώντας γνωστικές βλάβες και δυσλειτουργία του χολινεργικού συστήματος. Η ελάττωση της ενεργότητας της AChE μπορεί να οφείλεται στην αποικοδόμηση των χολινεργικών νευρώνων του ιππόκαμπου και της παρεγκεφαλίδας. (β) Τα δυο αφεψήματα αναστέλλουν την AChE με το δενδρολίβανο να είναι πιο αποδοτικό ακολουθώντας ιστοειδική δράση. Η διαδικασία της μνήμης/μάθησης δε φάνηκε να επηρεάζεται από τα δυο αφεψήματα αν και το δενδρολίβανο έδειξε ένα θετικό αποτέλεσμα που δεν ήταν στατιστικά σημαντικό. (γ) Η συγχορήγηση καθενός από τα αφεψήματα με το διάλυμα του Pb προκάλεσε σημαντικές αλλαγές στην ενεργότητα της AChE (ειδικά στο DS κλάσμα) και το R. officinalis ήταν περισσότερο αποτελεσματικό από το H. vesiculosum. Ολοκληρώνοντας, η συγχορήγηση υποδεικνύει ότι και τα δυο αφεψήματα επηρέασαν με παρόμοιο θετικό τρόπο τη γνωστική λειτουργία σε σχέση με τη δυσλειτουργία που είχε προκαλέσει ο Pb. / There are many environmental factors that can affect positively or negatively both the development and the functions of organisms. Among heavy metals, lead (Pb) is considered to be the most neurotoxic environmental factor, which exerts its negative effects especially in young or developmental organisms. However, there are many environmentally-based factors that could be used for their beneficial properties. In recent years, scientists have turned their interest to the discovery of plants and phenols that could protect the neural system against the neurotoxic effects of heavy metals. Hellenic flora is very rich in common and endemic plants with possible neuroprotective properties. The aim of the present study was to investigate the possible accumulation of lead in adult mice brain and the induction of neurotoxic effects, with emphasis on learning/memory process and acetylcholinesterase (AChE) activity, after the consumption of a lead solution (500 ppm), for 4 weeks. Furthermore, we investigated the polyphenolic content and the possible neuroprotective effects of two beverages (2%w/v), one of the common Rosmarinus officinalis (rosemary) and one of the endemic Hypericum vesiculosum, against metal’s toxicity after consumption/coadministration of each beverage with the lead solution, for 4 weeks. H. vesiculosum has never been studied before for its phenolic content, nor for its biological actions. Our results showed that the two beverages are rich in polyphenols, with H. vesiculosum been richer than R. officinalis. Moreover, the use of two spectrometric methods (Atomic Absorption Spectrometry/AAS, Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry/ICP-MS) indicated that lead accumulates in adult mice brain, which was not affected after its co-administration with each beverage. Furthermore, the study of cognitive function, as assessed by Passive Avoidance test and determination of AChE activity in whole mice brain and cerebellum, [SS (salt soluble) fraction which contains the G1 isoform of AChE; and DS (detergent soluble) fraction which contains the G4 isoform of AChE that is very important for the neural system], demonstrated that: (a) lead exerts its neurotoxic effects by causing learning and memory deficits and dysfunction of the cholinergic system. The decrease of AChE activity may be due to the degeneration of the cholinergic neurons in the hippocampus and cerebellum; (b) Both beverages inhibit AChE activity, with rosemary being more effective and tissue-specific, while no effect was observed on learning/memory, after consumption of the two beverages. Only rosemary showed a positive effect that wasn’t, however, statically important; (c) The co-administration of each beverage with the lead solution caused important changes in AChE activity (especially in the G4 isoform), and R. officinalis was more effective than H. vesiculosum. Both beverages showed similar protective effects against Pb-induced cognitive dysfunctions in mice.

Οι συστάδες υπολογιστών αποτελούν μία σύγχρονη ευρέως χρησιμοποιούμενη και ιδιαίτερα ανταγωνιστική αρχιτεκτονική για την υλοποίηση υπολογιστικών συστημάτων υψηλών επιδόσεων με χαμηλό κόστος. Παράλληλα, η ευρεία εμπορική διάθεση πολυεπεξεργαστικών συστημάτων μικρής κλίμακας, επιτρέπει τον συνδυασμό τους σε υβριδικά σχήματα συστάδων πολυεπεξεργαστών. Παρά την ευελιξία που παρέχεται στη σχεδίαση τους, η απαίτηση για χρήση κατανεμημένων μοντέλων προγραμματισμού αυξάνει σημαντικά την πολυπλοκότητα της ανάπτυξης εφαρμογών. Μία εναλλακτική προσέγγιση αποτελούν τα συστήματα κοινής ιδεατής μνήμης. Τα συστήματα κοινής ιδεατής μνήμης παρέχουν στις εφαρμογές, που εκτελούνται σε διαφορετικούς κόμβους της συστάδας, πρόσβαση σε έναν διαμοιραζόμενο χώρο διευθύνσεων αποκρύπτοντας την υποκείμενη κατανεμημένη αρχιτεκτονική. Βασικότερο περιορισμό της πλειονότητας των υπαρχόντων υλοποιήσεων αποτελεί η απουσία υποστήριξης πολυνηματισμού. Το χαρακτηριστικό αυτό έχει ως άμεση συνέπεια τη χαμηλή χρησιμοποίηση των σύγχρονων πολυεπεξεργαστικών υπολογιστικών μονάδων, καθώς ούτε η εφαρμογή αλλά ούτε και οι μηχανισμοί που εξασφαλίζουν τη συνέπεια της κοινής μνήμης εκτελούνται παράλληλα. Στα πλαίσια της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας παρουσιάζεται η σχεδίαση και η υλοποίηση μίας πλατφόρμας κοινής ιδεατής μνήμης χρησιμοποιώντας μηχανισμούς υλοποιημένους αποκλειστικά σε λογισμικό. Το προτεινόμενο σύστημα στοχεύει στην αποδοτικότερη χρησιμοποίηση των πόρων των πολυεπεξεργαστικών μονάδων της συστάδας, υποστηρίζοντας την πολυνηματική εκτέλεση της εφαρμογής σε κάθε κόμβο. Τόσο το πρωτόκολλο συνέπειας της κατανεμημένης μνήμης, όσο και το υποσύστημα επικοινωνίας, επανασχεδιάστηκαν ώστε να χρησιμοποιούν πολλαπλά νήματα εκτέλεσης. Επιπλέον παρουσιάζονται και αξιολογούνται εναλλακτικοί ιεραρχικοί αλγόριθμοι συγχρονισμού που επιτρέπουν την αποδοτικότερη χρήση της υβριδικής οργάνωσης των συστάδων. / Software Distributed Shared Memory (SDSM) systems provide an abstraction layer of shared memory semantics on top of a distributed set of computational nodes. The use of small-scale Symmetric Multiprocessor (SMP) nodes has the potential for bridging the performance-cost gap between the low-end SMPs and high-end Distributed Shared Memory (DSM) systems, using a hybrid software and hardware coherency model presented in this thesis. We present the design and discuss the main architectural choices involved in our implementation of a multithreaded SDSM system. Our implementation was developed on top of Pthreads and the TCP/IP network protocol, employing a simple yet efficient design. Finally, we evaluate and analyze the performance of the multithreading SDSM platform, using a wide set of benchmark applications.

Η ανάπτυξη ευφυών υλικών, ή καλύτερα ευφυών συστημάτων, βασίζεται στην αξιοποίηση των λειτουργικών ιδιοτήτων μιας σειράς υλικών με κυριότερους εκπροσώπους τα υλικά με μνήμη σχήματος, τα ηλεκτρορεολογικά αιωρήματα και τα πιεζο/σιδηροηλεκτρικά στοιχεία. Το επιστημονικό και τεχνολογικό πεδίο των «ευφυών υλικών» επιχειρεί να αναπτύξει συστήματα υλικών των οποίων η επιτυχία δε θα βασίζεται στην εκπλήρωση πολύ υψηλών και σταθερών προδιαγραφών, αλλά στη δυνατότητα ελεγχόμενης μεταβολής της συμπεριφοράς τους. Η εργασία αυτή αναφέρεται σε κράματα με μνήμη σχήματος και στη μελέτη των συντελούμενων σε αυτά κρυσταλλογραφικών μετασχηματισμών, με τη μέθοδο της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης και τη μέθοδο της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης. Στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η μελέτη των μετασχηματισμών φάσεων προτανυσμένων συρμάτων SMA που είναι ενσωματωμένα στο εσωτερικό πολυμερικής μήτρας. Για λόγους αναφοράς εξετάσθηκε και η θερμική απόκριση των συνιστωσών υλικών. Το πρώτο μέρος της εργασίας προσφέρει μια βιβλιογραφική επισκόπηση του αντίστοιχου επιστημονικού πεδίου και το δεύτερο μέρος αναφέρεται στην πειραματική μελέτη του ίδιου θέματος. Στη συνέχεια δίνεται μια συνοπτική περιγραφή της διάρθρωσης της παρούσης εργασίας. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται λόγος για τα ευφυή υλικά. Ως ευφυή υλικά αναφέρονται συστήματα που έχουν την ικανότητα να μεταβάλλουν τη συμπεριφορά τους ή ορισμένα χαρακτηριστικά τους (σχήμα, ιδιοσυχνότητα, συντελεστή απόσβεσης δονήσεων και άλλα) με δεδομένο και ελεγχόμενο τρόπο, εξ’ αιτίας μιας διέγερσης. Τα συστήματα αυτά ενσωματώνουν αισθητήρες και ενεργοποιητές, οι οποίοι συνδέονται μεταξύ τους με έναν κατάλληλο βρόχο ελέγχου. Στο ίδιο κεφάλαιο αναφέρονται τα υλικά που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αισθητήρες και ενεργοποιητές και οι τύποι τους, τα είδη ελέγχου που έχουν επιτευχθεί, καθώς και εφαρμογές των ευφυών συστημάτων. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στα σύνθετα υλικά. Ως σύνθετο υλικό χαρακτηρίζεται ένα σύστημα δύο ή περισσότερων, διαφορετικών σε σύσταση και χημική δομή, υλικών τα οποία είναι φυσικά συνδεδεμένα μεταξύ τους. Τα σύνθετα υλικά αποτελούνται από μια συνεχή φάση, που λέγεται «μήτρα», ενισχυμένη με κάποιο υλικό που συνήθως αποκαλείται «ενισχυτικό ή πληρωτικό μέσο» και μια τρίτη φάση τη «διεπιφάνεια». Στο κεφάλαιο αυτό αναφέρονται οι κατηγορίες των σύνθετων υλικών, τα είδη μήτρας και εγκλεισμάτων, καθώς και τα χαρακτηριστικά της διεπιφάνειας. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα ευφυή σύνθετα υλικά με ενσωματωμένα σύρματα με μνήμη σχήματος. Τα κράματα με μνήμη σχήματος εμφανίζουν την ικανότητα να μεταβάλλουν αντιστρεπτά ορισμένες φυσικές ιδιότητες του υλικού καθώς και το σχήμα τους. Εδώ αναλύεται ο ευθύς και αντίστροφος μαρτενσιτικός μετασχηματισμός, το φαινόμενο μνήμης σχήματος, τα κυριότερα κράματα μνήμης σχήματος που χρησιμοποιούνται και οι μηχανικές τους ιδιότητες, ενώ γίνεται αναφορά στις δυνατότητες και στους περιορισμούς των κραμάτων στις διάφορες εφαρμογές. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναφέρονται τα υλικά που χρησιμοποιήθηκαν για την παρασκευή των ευφυών συστημάτων στην παρούσα εργασία. Αρχικά γίνεται λόγος για τη χημική δομή, τη θερμική κατεργασία και τις εφαρμογές εποξειδικών ρητινών. Στη συνέχεια αναφέρονται οι ίνες Kevlar® και αναλύεται η χημική δομή τους, τα είδη των ινών Kevlar® που υπάρχουν και οι εφαρμογές τους. Στο κεφάλαιο αυτό παρουσιάζονται και τα σύρματα με μνήμη σχήματος. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίο παρασκευάστηκαν τα σύνθετα με ενσωματωμένα σύρματα με μνήμη σχήματος. Στο έκτο κεφάλαιο αναφέρονται οι πειραματικές τεχνικές που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη των δοκιμίων. Εδώ αναφέρονται σε συντομία γενικά στοιχεία για τη μέθοδο της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC) και για τη μέθοδο της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA). Επίσης, περιγράφονται οι συσκευές της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης και της δυναμικής μηχανικής ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της θερμικής και μηχανικής απόκρισης των δοκιμίων. Στο έβδομο κεφάλαιο παρατίθενται τα πειραματικά αποτελέσματα για δοκίμια Ni-Ti, Ni-Ti-Cu με 6% σε Cu, Ni-Ti-Cu με 12% σε Cu και για σύνθετα δοκίμια NiTi με προτάνυση 3%, NiTiCu (6% Cu) με προτάνυση 2%, NiTiCu (12% Cu) με προτάνυση 3%, που μελετήθηκαν με τη διάταξη της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης (DSC). Επιπλέον, παρουσιάζονται τα πειραματικά αποτελέσματα για σύρματα Ni-Ti-Cu με 12% σε Cu και Ni-Ti, καθώς και για σύνθετα Ni-Ti-Cu (12% Cu) με 3% προτάνυση και για ρητίνη με ίνες Kevlar 29®, που μελετήθηκαν με διάταξη δυναμικής μηχανικής ανάλυσης (DMA). Στο επόμενο κεφάλαιο σχολιάζονται τα αποτελέσματα αυτά, ενώ στο τελευταίο κεφάλαιο αναφέρονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τη μελέτη των αποτελεσμάτων. / Exploiting the functional properties of materials such as shape memory alloys, electrorheological suspensions and piezo/ferroelectric elements results in the development of smart materials or systems. In the scientific and technological field of smart materials the major achievement is not related to the values of specific physical properties but to the “adopted” ability to control their own behaviour. The subject of the present work concerns the crystallographic transformations of Shape Memory Alloys (SMA) under constrained conditions. The occurring transitions are studied experimentally by means of Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Dynamic Mechanical Analysis (DMA). The first part of this work is a bibliographical review of the field, while the second one is the experimental study of the same subject. In the following lines, a short description, of the present thesis is given. The first chapter gives an introduction to smart materials. Composite systems, which under the influence of an external cause, can vary their behaviour or some characteristics (shape, natural vibration frequency, damping coefficient etc) in a specific and controllable way, are referred as smart materials. These systems incorporate sensors and actuators, which in turn are connected by a suitable control loop. Suitable materials for being employed as sensors and actuators, as well as the types of the, up to now, achieved control are also discussed. Chapter two covers briefly, fundamental aspects of composite materials. A system of two or more different, in composition and chemical structure, materials physically bonded between of them is characterised as a composite material. Composite materials are consisted from a continuous phase, often called “matrix”, and a discrete phase, called “reinforcing or filling phase”. Composite materials exhibit always a third phase, namely interface, between matrix and reinforcement. In this chapter the types of composites, matrices, fillers and the characteristics of interface are referred. Chapter three presents smart composite systems with embedded shape memory alloys (SMA). Shape memory alloys have the ability to change, reversibly, a number of characteristics, including their own shape. In this chapter direct and reverse martensitic transformation, shape memory effect, important shape memory alloys and their mechanical properties, as well as a short description of the manufacturing procedure of smart systems with embedded shape memory alloys, is presented. In the fourth chapter the employed materials for the production of the smart systems are discussed. The chemical structure, the curing procedure and the applications of epoxy resins are referred. Aramid fibres, such as Kevlar® fibres are also discussed, connecting their reinforcing role with their microstructure. Chapter five describes analytically the preparation procedure of the specimens. Next chapter describes the main characteristics of differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, as well and the devices used to study the thermal and mechanical response of the specimens. Chapters seven and eight present the experimental results of all the examined specimens and the resulting discussion respectively. Finally, concluding remarks and possible future work are included in chapter nine.