In the current dissertation an implementation of shared memory abstraction on top of contemporary multi-core and many-core clusters has taken place. The results of the presented research effort are mainly depicted in the implementation of the cluster middleware platform Pleiad. Pleiad is a Java-based prototype that incorporates best practices from the field of distributed shared memory systems and also includes some prototype characteristics. Next we review briefly the main results and contributions of the current dissertation: • e presented middleware, Pleiad, is characterized by a highly modular design. Moreover, contrast to most other related efforts, which are usually bound to a specific implementation of consistency, Pleiad has the infrastructure to incorporate many implementations for a certain mechanism and can even interchange such implementations during runtime. • Reference implementations are offered for the relaxed consistency models of Lazy Release Consistency (LRC) and Scope Consistency (ScC). Pleiad is the first Javabased middleware to incorporate implementations for both protocols. • In the current dissertation is taking place one of the few evaluations on a cluster that is supplied with low-power processors (Intel Atom) and thus can be thought as a characteristic case of embedded oriented multi-core clusters. • In the current dissertation one of the first implementations of shared memory abstraction on top of GPU clusters is presented. Shared memory abstraction is evaluated under two schemes. On the first scheme shared memory programming with GPU clusters is achieved under a hybrid combination of the first commercial implementation of OpenMP for clusters, the Intel Cluster OpenMP, and the CUDA platform. e evaluated scheme is the first evaluation of OpenMP and CUDA in the context of GPU clusters. e second scheme involves the enhancement of Pleiad in order to support utilization of GPU clusters. Such implementation is one of the few unified implementation of a shared memory abstraction programming environment that • For the moment there is no establishment of available and widely used benchmarks or application codes that utilize multiple GPUs, either on a cluster or a single node. us, among the thesis contributions is considered the evaluation of shared memory abstraction with real application codes, since the few related systems either have used simple kernels or have been evaluated on a single node. • Specifically, in the current thesis applications from two characteristic domains, computational fluid dynamics (CFD) and data clustering, have been implemented and evaluated using GPU clusters and single GPUs. In the first case, a computationally intensive CDF code that operates on structured grids has been accelerated on a GPU cluster, while a simulation that manipulates unstructured grid has been accelerated in the context of a single GPU and demonstrates its potential for GPU cluster acceleration. Accordingly, a partitional data clustering algorithm is accelerated using shared memory abstraction on GPU clusters and a preliminary implementation of a hierarchical data clustering algorithm on GPUs is described. / -

- / -

Οι σύγχρονες τάσεις της Επιστήμης Σχεδιασμού των Υπολογιστικών Συστημάτων έχουν υιοθετήσει την χρήση των Κρυφών Μνημών ή Μνημών Cache, αποβλέποντας στην απόκρυψη της Καθυστέρησης της Κύριας Μνήμης των Συστημάτων (Memory Latency) και την γεφύρωση του χάσματος της απόδοσης του Επεξεργαστή και της Κύριας Μνήμης (Processor – Memory Performance Gap). Οι Μνήμες Cache έτσι έχουν αποκτήσει αδιαμφισβήτητα πρωτεύοντα ρόλο στην Ιεραρχία Μνήμης των Ηλεκτρονικών Υπολογιστών. Οι νέες τάσεις Σχεδιασμού ανέδειξαν την Έννοια του Παραλληλισμού σε πρωτεύοντα ρόλο. Αρχικά διερευνήθηκε ο Παραλληλισμός Επιπέδου Εντολών, ωστόσο η αύξηση της Απόδοσης των Υπολογιστών σύντομα έφτασε ένα μέγιστο. Την τελευταία δεκαετία το κέντρο του ενδιαφέροντος των σχεδιαστών έχει και πάλι μετατοπιστεί, καθώς ένας νέος τύπος Επεξεργαστών έχει εισέλθει στο προσκήνιο, οι Πολυπύρηνοι Επεξεργαστές, ή όπως είναι αλλιώς γνωστοί on-chip Multiprocessors (CMP). Αυτές οι εξελίξεις, σε συνδυασμό με την ολοένα αυξανόμενη πολυπλοκότητα της “συμπεριφοράς” των εκτελούμενων Εφαρμογών, ώθησαν το σχεδιαστικό ενδιαφέρον προς την εκμετάλλευση ενός νεοσύστατου τύπου Παραλληλισμού. Ο Παραλληλισμός Επιπέδου Μνήμης ή Memory Level Parallelism (MLP) αποτελεί τα τελευταία χρόνια, το πλέον ισχυρό μέσο αύξησης της απόδοσης των Υπολογιστικών Συστημάτων και μαζί με τους Πολυπύρηνους Επεξεργαστές θα κυριαρχήσει στο προσκήνιο των εξελίξεων τα επόμενα χρόνια. Σκοπός της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός Στατιστικού – Πιθανοτικού Μοντέλου για μελέτη και πρόβλεψη των φαινομένων που αναπτύσσονται σε Μνήμες Cache, στις οποίες αποθηκεύονται δεδομένα από εκτελούμενες Εφαρμογές, με έντονο Παραλληλισμό Επιπέδου Μνήμης. Θα οριστεί ένας Εκτιμητής του Φόρτου που επιβάλλεται στο Σύστημα, από φαινόμενα Παραλληλισμού Επιπέδου Μνήμης (MLP). Στην συνέχεια, με βάση το Μοντέλο που αναπτύσσουμε, θα διερευνηθεί ένα ικανοποιητικό σύνολο Εφαρμογών, και θα εξαχθεί μια Εκτίμηση – Πρόβλεψη για τον Φόρτο (MLP) του Συστήματος. Εφόσον οι Προβλέψεις μας κριθούν επιτυχής, το Μοντέλο Πρόβλεψης Φόρτου MLP που αναπτύξαμε, μπορεί να αποτελέσει χρήσιμο Εργαλείο στα χέρια των Σχεδιαστών που ασχολούνται με την αύξηση της Απόδοσης των Σύγχρονων Υπολογιστικών Συστημάτων. / -

- / -

Η παρούσα διπλωματική εργασία αναφέρεται στην ασφάλεια ενός συστήματος που χρησιμοποιεί κάποιο είδος μνήμης για αποθήκευση πληροφορίας. Πιο συγκεκριμένα αναφέρονται τρεις μέθοδοι προστασίας των αποθηκευμένων πληροφοριών της μνήμη. Όμως επειδή το ενδιαφέρον στρέφεται στην απόλυτη προστασία απόρρητων δεδομένων, με βάση αυτό αξιολογούνται οι παραπάνω μέθοδοι. Καταλήγουμε λοιπόν στην χρήση μιας εξ αυτών , όπου κάνουμε χρήση της αναξιοπιστίας και της αστάθειας της μνήμης υπό συγκεκριμένες συνθήκες τροφοδοσίας. Προσδιορίζουμε μέσω προσομοίωσης τα σημεία εκείνα στα οποία η μνήμη μετά την εφαρμογή ενός συγκεκριμένου εύρους τάσης τροφοδοσίας παύει στη συνέχεια να έχει την μέχρι πρότινος αποθηκευμένη απόρρητη πληροφορία. Τα αποτελέσματα αυτά μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανάπτυξη ενός συστήματος ασφαλείας βασισμένο στην εφαρμοζόμενη τάση τροφοδοσίας της μνήμης για προστασία των αποθηκευμένων δεδομένων. / The present diplomatic work is reported in the safety of system that uses some type of memory for storage of information. They are more concretely reported three methods of protection the stored information in memory. However because the interest is turned in the absolute protection of confidential data, with base this are evaluated these three methods. We lead therefore to the use one from these, where we make use of unreliability and instability of memory under concrete conditions of catering. We determine via simulation that points in which the memory afterwards the application of concrete breadth of tendency of catering ceases then it has up the stored confidential information. These results can be used for the growth of system of safety based on the applied tendency of catering in memory cell for protection of stored data.

Ο θερμομηχανικός χαρακτηρισμός του κράματος NiTi και η ενσωμάτωση του σε πολυμερική μήτρα με στόχο τη γέννηση εσωτερικών μηχανικών τάσεων όταν υπάρξει θερμική διέγερση, είναι επιγραμματικά ο σκοπός της παρούσας εργασίας. Το ‘ευφυές’ σύστημα που μελετάται στην εργασία αυτή αποτελείται από εποξειδική ρητίνη, ενισχυμένη με ίνες Kevlar 29 και ενσωματωμένα σύρματα Νικελίου-Τιτανίου. Στο πρώτο πειραματικό μέρος, περιλαμβάνεται η μελέτη και ο θερμομηχανικός χαρακτηρισμός του υλικού. Χρησιμοποιήθηκαν σύρματα NiTi διαμέτρου 0.3mm, αλλά και ράβδοι για τη διεξαγωγή κάποιων συγκεκριμένων πειραμάτων. Οι πειραματικές τεχνικές περιλαμβάνουν μηχανικά πειράματα εφελκυσμού σε σερβοϋδραυλικό πλαίσιο δοκιμών, ηλεκτρονιακή μικροσκοπία σάρωσης (SEM), οπτική μικροσκοπία, χρήση θερμοκάμερας υπερύθρου ακτινοβολίας, διαφορική θερμιδομετρία σάρωσης (DSC), δυναμική μηχανική ανάλυση (DMA), μέτρηση ηλεκτρικών ιδιοτήτων καθώς και ένα πρωτοποριακό σύστημα χαρακτηρισμού υλικών (σύστημα THERMIS), που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο. Το δεύτερο τμήμα, περιλαμβάνει τη μελέτη του υβριδικού σύνθετου υλικού. Η παρασκευή του πραγματοποιείται σε αυτόκλειστο φούρνο (autoclave) και για την ενεργοποίηση του και την καταγραφή των παραμέτρων κατά τη λειτουργία του, χρησιμοποιείται το σύστημα THERMIS. Για να επιτευχθεί η σύγκριση μεταξύ της συμπεριφοράς του κράματος όταν αυτό ενεργοποιείται με και χωρίς την πολυμερική μήτρα να το περιβάλει, έχουν επιλεγεί δύο τύποι πειραμάτων: συνεχής ενεργοποίηση για μεγάλο χρονικό διάστημα (χαλάρωση τάσης ενεργοποίησης - activation stress relaxation) και κυκλική ενεργοποίηση-απενεργοποίηση για μεγάλο αριθμό επαναλήψεων (λειτουργική κόπωση – transformation fatigue). Τα πειράματα της λειτουργικής κόπωσης στα σύρματα, έδειξαν ότι η αρχική αναπτυσσόμενη τάση, μειώνεται εκθετικά, συναρτήσει των κύκλων ενεργοποίησης. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η κοπωτική συμπεριφορά του σύρματος, δεν εξαρτάται από τη διάρκεια του χρόνου θέρμανσης ανά κύκλο, αλλά από τον αριθμό των κρυσταλλογραφικών μετασχηματισμών μεταξύ οστενιτικής - μαρτενσιτικής φάσης και αντίστροφα. Ο ρυθμός υποβάθμισης της ικανότητας του κράματος να ασκεί μηχανική τάση, είναι πολύ έντονος κατά τη διάρκεια των πρώτων εκατοντάδων κύκλων και μειώνεται όσο το φαινόμενο εξελίσσεται. Στα σύνθετα υλικά, όπως και στην περίπτωση των συρμάτων SMA, η υποβάθμιση της λειτουργικής ικανότητας των υβριδικών συνθέτων, φαίνεται ότι δεν εξαρτάται από το χρόνο της θέρμανσης ανά κύκλο, αλλά μόνο από το πλήθος των κρυσταλλογραφικών εναλλαγών. Στα πειράματα χαλάρωσης τάσης, η αρχική τάση των συρμάτων ήταν γύρω στα 500MPa και σύμφωνα με τα πειραματικά αποτελέσματα, με την πάροδο του χρόνου και υπό την επίδραση της θερμοκρασίας, λαμβάνει χώρα εκθετική μείωση του μεγέθους της. Το επίπεδο της θερμοκρασίας λειτουργίας, επηρεάζει δραματικά την υποβάθμιση της μηχανικής αναπτυσσόμενης τάσης, της οποίας ο ρυθμός είναι ιδιαίτερα αυξημένος κατά τις πρώτες ώρες λειτουργιάς του υλικού. Ποιοτικά, το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει και στην περίπτωση της χαλάρωσης τάσης ενεργοποίησης των υβριδικών συνθέτων, με τη διαφορά ότι η υποβάθμιση είναι σαφώς πιο έντονη. Προτείνεται τέλος, η μελέτη της υποβάθμισης της ικανότητας των ενεργοποιητών, με βάση στατιστικά εργαλεία και μεθόδους, κατά αναλογία με άλλα κοπωτικά φαινόμενα στη φύση (κυρίως στη μηχανική), εφόσον ουσιαστικά πρόκειται για ακολουθία δράσεων που τελικά οδηγούν στην απώλεια της ικανότητας των υλικών μας να ασκούν τάση. Συνηγορεί εξάλλου σε αυτό και η μορφή των πειραματικών καμπυλών, που παρουσιάζουν μεγάλη ομοιότητα με τις αντίστοιχες καμπύλες S/N, στη μηχανική κόπωση των υλικών. / The present work, aims to the thermo-mechanical characterization of the NiTi Shape Memory Alloy and the characterization of ‘smart’ hybrid composites with embedded SMAs, under thermal activation. The composite structure that is being investigated consists of an epoxy resin matrix, Kevlar 29 fibers and NiTi SMA wires. The first experimental section deals with the thermo mechanical characterization of the Shape Memory Alloy. 0.3 mm in diameter wires were used. The experimental techniques, include mechanical tests using a servo-hydraulic testing apparatus, scanning electron microscopy (SEM), optical microscopy, thermal IR camera imaging, differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), electrical measurements and a novel thermo mechanical characterization system (Thermis), which was tailor made according to the needs of this project. The second experimental section deals with the characterization of the composite material, which was developed using a special purpose furnace (autoclave) and was tested on the Thermis system. In order to compare the functionality of the SMA either in free condition or embedded in a polymer matrix, two experiments were chosen: continuous activation for a long time (activation stress relaxation) and recurrent thermal activation (transformation fatigue). The transformation fatigue experiments showed that the initially developed mechanical stress, reduces exponentially, according to the number of the crystalline transformations. The functional fatigue life of the alloy, does not depend on the heating time per cycle, but is strongly correlated to the number of the recurrent transformation between martensite and austenite. The stress reduction rate is increased during the first cycles and reduces as the phenomenon develops. As it concerns the composite materials, like the SMA wire case, the reduction of the stress generation capability, is not affected by the heating time per cycle, and is only related to the number of the crystalline transformations. During the stress relaxation experiments, the initial developed stress of the wires was about 500 MPa and according to the experimental results, as time passes and under the influence of the thermal field, the stress reduces exponentially. The temperature level strongly affects the reduction phenomenon and the reduction rate is very high during the first hours of the experiment. The same behavior is observed not only at the SMA wires but also at the composites, as well, noting that reduction in the later case is much more intense. At the end, the study of the fatigue and relaxation phenomena, using a statistical approach, is suggested, like many other fatigue cases in nature (especially in mechanics). The fatigue curves presented here resemble to the S/N curves that can derived from the case of mechanical fatigue of other structural materials, like steel or CFR composites.

Η παρούσα εργασία αποτελεί μια προσπάθεια διερεύνησης των γλωσσικών κι επικοινωνιακών δεξιοτήτων των ατόμων με αυτιστικές διαταραχές. Στόχος της είναι η περιγραφική προσέγγιση των διαταραχών του αυτιστικού φάσματος κι η αναζήτηση των γλωσσικών περιοχών που εμφανίζονται προβληματικές στα αυτιστικά άτομα. Στο πρώτο μέρος γίνεται μια εισαγωγή στο φάσμα του αυτισμού και μια περιγραφή του θεωρητικού κι ιστορικού πλαισίου του. Κατόπιν της εισαγωγής, γίνεται παρουσίαση της σύγχρονης κατηγοριοποίησης των αυτιστικών διαταραχών, εξετάζοντας κάθε μία ξεχωριστά ως προς τα περιγραφικά τους στοιχεία κι επιδημιολογικά τους δεδομένα. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το κύριο μέρος της εργασίας που αποτελείται από το θέμα της γλωσσικής ικανότητας των ενηλίκων και παιδιών με αυτισμό. Συγκεκριμένα, γίνεται ανάλυση της γλωσσικής ανάπτυξης αυτών μέσα από μια σύγκριση τους με τα φυσιολογικά αναπτυσσόμενα παιδιά και τα παιδιά με σύνδρομο Άσπεργκερ, αλλά και άλλων πτυχών της γλωσσικής κι επικοινωνιακής ικανότητας όπως το επίπεδο παραγωγής, χρήσης και κατανόησης και επεξεργασίας. Σε αυτό το σημείο της εργασίας παρατίθενται κι αναλύονται δύο έρευνες από Έλληνες επιστήμονες που εξετάζουν τις γραμματικές δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι αυτιστικοί πληθυσμοί. Η πρώτη έρευνα αφορά στη χρήση των προσωπικών αντωνυμιών στην ελληνική γλώσσα από αυτιστικά παιδιά, συγκρίνοντας τα με άτομα με τυπική ανάπτυξη και με σύνδρομο Άσπεργκερ (Βογινδρούκας, 2005), ενώ η δεύτερη εξετάζει την κατανόηση και την ερμηνεία των αντωνυμιών (προσωπικές κι αυτοπαθείς) και της αναφοράς τους, αλλά και των ρημάτων με μη ενεργητική μορφολογία (παθητικά και αυτοπαθή) από παιδιά με αυτισμό υψηλής λειτουργικότητας καθώς και με υψηλού επιπέδου λεκτικές και μη λεκτικές ικανότητες. Τα αποτελέσματα των ερευνών συζητούνται σε σχέση με ευρήματα άλλων ερευνητών από τη διεθνή κι ελληνική βιβλιογραφία. Σε επόμενο στάδιο γίνεται περιγραφή της γλωσσικής συμπεριφοράς των αυτιστικών ατόμων στο πραγματολογικό επίπεδο βασισμένη σε σύγχρονες επιστημονικές μελέτες, αλλά κι επιπρόσθετες δυσκολίες στη φωνολογία και το φαινόμενο της ηχολαλίας, το οποίο κάνει πολύ συχνά την εμφάνισή του κατά την ανάπτυξη των παιδιών με αυτιστικές διαταραχές. Στο τέλος αυτού του μέρους, παρουσιάζονται νευρογλωσσολογικές 5 μελέτες κι έρευνες για τα συστήματα της δηλωτικής και διαδικαστικής μνήμης, τα οποία σχετίζονται με τη γλωσσική ικανότητα του ανθρώπου και παρουσιάζουν διαφορετική συμπεριφορά στους αυτιστικούς. Στο επόμενο μέρος ασχολούμαστε με εναλλακτικά συστήματα επικοινωνίας ή επικοινωνιακούς τρόπους που μπορούν να συμβάλλουν στην ανάπτυξη του προφορικού λόγου και της γλωσσικής ικανότητας των αυτιστικών ατόμων, όπως το Makaton και το Pecs. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη νοηματική γλώσσα και στη χρήση της από αυτιστικούς πληθυσμούς ως υποβοήθηση της γλωσσικής ανάπτυξης ή κι ως μοναδικό εναλλακτικό τρόπο επικοινωνίας. Στο τελευταίο μέρος της παρούσας εργασίας συζητούνται τα αποτελέσματα και τα συμπεράσματα από τις μελέτες κι έρευνες που παρατέθηκαν αλλά αναφέρονται και σημεία στα οποία θα πρέπει να σταθούν και να λάβουν υπ’ όψιν τους τυχόν μελλοντικές έρευνες πάνω στο ζήτημα της γλωσσικής ικανότητας σε άτομα που εμπίπτουν στο φάσμα του αυτισμού. / --

Ένας από τους πιο ευρέως γνωστούς αλγορίθμους κρυπτογράφησης είναι ο AES (Advanced Encryption Standard). Το πρότυπο κρυπτογράφησης AES περιγράφει μια διαδικασία κρυπτογράφησης ηλεκτρονικής πληροφορίας βασισμένη στην λογική της κωδικοποίησης ομάδων δεδομένων με κάποιο μυστικό κλειδί. Μέχρι τον Μάιο του 2009, οι μόνες επιτυχημένες δημοσιευμένες επιθέσεις ενάντια στο πρότυπο AES ήταν επιθέσεις πλάγιου-καναλιού σε συγκεκριμένες εφαρμογές. Η βασική ιδέα των επιθέσεων πλαγίου καναλιού είναι ότι κάποιος μπορεί να παρατηρήσει έναν αλγόριθμο ο οποίος εκτελείται σε ένα σύστημα επεξεργασίας και να εξάγει μερικές ή πλήρεις πληροφορίες για την κατάσταση του αλγορίθμου ή το κλειδί. Ένας συγκεκριμένος τύπος επιθέσεων πλάγιου καναλιού, cache επιθέσεις, βασίζεται στην παρακολούθηση της συμπεριφοράς της μνήμης cache των συστημάτων (την μετακίνηση των δεδομένων μέσα και έξω από την μνήμη cache). Σε αυτή την διπλωματική αναπτύχθηκε ένα πρόγραμμα κρυπτογράφησης/αποκρυπτογράφησης AES και μελετήθηκε η συμπεριφορά διάφορων μνημών cache μέσω ενός προσομοιωτή επεξεργαστή (Simplescalar) κατά την διάρκεια εκτέλεσής του. Σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν να δείξουμε ότι το κρυπτοσύστημα AES είναι ευάλωτο σε επιθέσεις πλαγίου καναλιού κρυφής μνήμης. / AES (Advanced Encryption Standard) is one of the most popular cryptographic algorithms. AES describes a process of electronic data encryption based on encrypting data using a secret key. Up to May 2009, the only successful published attacks against AES were side-channel attacks. The main concept of side-channel attacks is that someone can observe an algorithm that is being implemented in a system and gain information about the state of the algorithm or the secret key. One particular type of side-channel attacks, cache-based attacks, is based on observing the behavior of the system’s cache memory (tha data that moves in and out of the cache memory). In this thesis an algorithm AES (encryption/decryption) was developed and we examined the behavior of different cache memories using a simulator (Simplescalar) while this algorithm was processing trying to figure out if AES is vulnerable to cache-based side channel attacks. This thesis shows if AES is vulnerable against cache-based side channel attacks.

Με την ολοένα και αυξανόμενη τάση για ενσωματωμένα (embedded) και φορητά υπολογιστικά συστήματα της σύγχρονης εποχής, έχειδημιουργηθεί ένας ολόκληρος επιστημονικός κλάδος γύρω από τεχνικές βελτιστοποίησης μεταγλωττιστών για ειδικούς πυρήνες λογισμικού που εκτελούνται στα συστήματα αυτά. Κάνοντας χρήση τεχνικών βελτιστοποίησης τα κέρδη είναι πολλαπλά. Καταρχήν οι πυρήνες μπορούν να ολοκληρώσουν το χρόνο που απαιτείται για να ολοκληρωθεί η εκτέλεση τους σε πολύ μικρότερο διάστημα, έχοντας πολύ μικρότερες απαιτήσεις μνήμης. Επίσης μειώνονται οι ανάγκες τους σε επεξεργαστική ισχύ κάτι το οποίο άμεσα οδηγεί στη μείωση κατανάλωσης ενέργειας, στην αύξηση αυτονομίας τους σε περίπτωση που μιλάμε για φορητά συστήματα και στις ανάγκες για ψύξη των συστημάτων αυτών καθώς εκλύονται πολύ μικρότερα ποσά ενέργειας. Έτσι λοιπόν επιτυγχάνονται κέρδη σε πολλούς τομείς (χρόνος εκτέλεσης, ανάγκες μνήμης, αυτονομία, έκλυση θερμότητας) καθιστώντας τον κλάδο των βελτιστοποιήσεων ένα από τους πιο ταχέως αναπτυσσόμενους κλάδους. Εκτός όμως από την σκοπιά της αύξησης επιδόσεων, στην περίπτωση των ενσωματωμένων συστημάτων πραγματικού χρόνου (real time operations) που όταν ξεπερνιούνται οι διορίες χρόνου εκτέλεσης οδηγούνται σε υποβαθμισμένες επιδόσεις (soft real time) και ειδικότερα στην περίπτωση αυτών που οδηγούνται σε αποτυχία όταν ξεπερνιούνται οι διορίες αυτές (hard real time operations), οι τεχνικές αυτές αποτελούν ουσιαστικά μονόδρομο για την υλοποίηση των συστημάτων αυτών σε λογικά επίπεδα κόστους. Η διαδικασία όμως της ανάπτυξης βελτιστοποιήσεων δεν είναι αρκετή καθώς είναι εξίσου σημαντικό το κατά πόσο οι βελτιστοποιήσεις αυτές ταιριάζουν στην εκάστοτε αρχιτεκτονική του συστήματος. Εάν δε ληφθεί υπόψη η αρχιτεκτονική του συστήματος που θα εφαρμοστούν, τότε οι βελτιστοποιήσεις μπορούν να οδηγήσουν σε αντίθετα αποτελέσματα υποβαθμίζοντας την απόδοση του συστήματος. Στην παρούσα διπλωματική εργασία βελτιστοποιείται η διαδικασία πολλαπλασιασμού διανύσματος με πίνακα toeplitz. Κατά την εκπόνηση της αναπτύχθηκε πληθώρα χρονοπρογραμματισμών που στοχεύουν στην βελτιστοποίηση της διαδικασίας αυτής. Μετά από μια εις βάθους μελέτη της ιεραρχίας μνήμης και των τεχνικών βελτιστοποίησης που προσφέρονται για αποδοτικότερη εκμετάλλευσή της, αλλά και των κυριότερων τεχνικών βελτιστοποίησης μεταγλωττιστών, παρουσιάζονται οι κυριότεροι χρονοπρογραμματισμοί, από όσους αναπτύχθηκαν, με τον κάθε ένα να προσφέρει κέρδος σε διαφορετικές αρχιτεκτονικές συστημάτων. Κατά αυτό τον τρόπο αναπτύσσεται ένα εργαλείο που δέχεται σαν είσοδο την αρχιτεκτονική του συστήματος πάνω στο οποίο πρόκειται να γίνει βελτιστοποίηση του εν λόγω πυρήνα, αποκλείονται αρχικά οι χρονοπρογραμματισμοί που δεν είναι κατάλληλοι για την συγκεκριμένη αρχιτεκτονική, ενώ για τους υποψήφιους πιο αποδοτικούς γίνεται εξερεύνηση ούτως ώστε να επιλεγεί ο αποδοτικότερος. / --

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.