As the number of embedded applications is increasing, the current strategy of several companies is to launch a new platform within short periods, to execute the application set more efficiently, with low energy consumption. However, for each new platform deployment, new tool chains must come along, with additional libraries, debuggers and compilers. This strategy implies in high hardware redesign costs, breaks binary compatibility and results in a high overhead in the software development process. Therefore, focusing on area savings, low energy consumption, binary compatibility maintenance and mainly software productivity improvement, we propose the exploitation of Custom Reconfigurable Arrays for Multiprocessor System (CReAMS). CReAMS is composed of multiple adaptive reconfigurable systems to efficiently explore Instruction and Thread Level Parallelism (ILP and TLP) at hardware level, in a totally transparent fashion. Conceived as homogeneous organization, CReAMS shows a reduction of 37% in energy-delay product (EDP) compared to an ordinary multiprocessing platform when assuming the same chip area. When a variety of processor with different capabilities on exploiting ILP are coupled in a single die, conceiving CReAMS as a heterogeneous organization, performance improvements of up to 57% and energy savings of up to 36% are showed in comparison with the homogenous platform. In addition, the efficiency of the adaptability provided by CReAMS is demonstrated in a comparison to a multiprocessing system composed of 4- issue Out-of-Order SparcV8 processors, 28% of performance improvements are shown considering a power budget scenario.

Atualmente, adaptabilidade é uma característica desejada em aplicações paralelas. Por exemplo, o crescente número de usuários competindo por recursos em arquiteturas paralelas gera mudanças constantes no conjunto de processadores disponíveis. Aplicações adaptativas são capazes de executar usando um conjunto volátil de processadores, oferecendo urna melhor utilização dos recursos. Este comportamento adaptativo é conhecido corno maleabilidade. Outro exemplo vem da constante evolução das arquiteturas multi-core, as quais aumentam o número de cores em seus chips a cada nova geração. Adaptabilidade é a chave para permitir que os programas paralelos sejam portáveis de uma máquina a outra. Assim. os programas paralelos são capazes de adaptar a extração do paralelismo de acordo com o grau de paralelismo específico da arquitetura alvo. Este comportamento pode ser visto como um caso particular de evolutividade. Nesse sentido, esta tese está focada em: (i) maleabilidade para adaptar a execução das aplicações paralelas às mudanças na disponibilidade dos processadores; e (ii) evolutividade para adaptar a extração do paralelismo de acordo com propriedades da arquitetura e dos dados de entrada. Portanto, a questão remanescente é "Como prover e suportar aplicações adaptativas?". Esta tese visa responder tal questão com base no MPI (Message-Passing Interface), o qual é a API paralela padrão para HPC em ambientes distribuídos. Nosso trabalho baseia-se nas características do MPI-2 que permitem criar processos em tempo de execução, dando alguma flexibilidade às aplicações MPI. Aplicações MPI maleáveis usam a criação dinâmica de processos para expandir-se nas ações de crescimento (para usar processadores extras). As ações de diminuição (para liberar processadores) finalizam os processos MPI que executam nos processadores requeridos, preservando os dados da aplicação. Note que as aplicações maleáveis requerem suporte do ambiente de execução, uma vez que precisam ser notificadas sobre a disponibilidade dos processadores. Aplicações MPI evolutivas seguem o paradigma do paralelismo de tarefas explícitas para permitir adaptação em tempo de execução. Assim, a criação dinâmica de processos é usada para extrair o paralelismo, ou seja, para criar novas tarefas MPI sob demanda. Para prover tais aplicações nós definimos tarefas MPI abstratas, implementamos a sincronização entre elas através da troca de mensagens, e propusemos uma abordagem para ajustar a granularidade das tarefas MPI, visando eficiência em ambientes distribuídos. Os resultados experimentais validaram nossa hipótese de que aplicações adaptativas podem ser providas usando características do MPI-2. Adicionalmente, esta tese identificou os requisitos rio nível do ambiente de execução para suportá-las em clusters. Portanto, as aplicações MPI maleáveis melhoraram a utilização de recursos de clusters; e as aplicações de tarefas explícitas adaptaram a extração do paralelismo de acordo com a arquitetura alvo. mostrando que este paradigma também é eficiente em ambientes distribuídos. / Currently, adaptability is a desired feature in parallel applications. For instante, the increasingly number of user competing for resources of the parallel architectures causes dynamic changes in the set of available processors. Adaptive applications are able to execute using a set of volatile processors, providing better resource utilization. This adaptive behavior is known as malleability. Another example comes from the constant evolution of the multi-core architectures, which increases the number of cores to each new generation of chips. Adaptability is the key to allow parallel programs portability from one multi-core machine to another. Thus, parallel programs can adapt the unfolding of the parallelism to the specific degree of parallelism of the target architecture. This adaptive behavior can be seen as a particular case of evolutivity. In this sense, this thesis is focused on: (i) malleability to adapt the execution of parallel applications as changes in processors availability; and (ii) evolutivity to adapt the unfolding of the parallelism at runtime as the architecture and input data properties. Thus, the open issue is "How to provide and support adaptive applications?". This thesis aims to answer this question taking into account the MPI (Message-Passing Interface), which is the standard parallel API for HPC in distributed-memory environments. Our work is based on MPI-2 features that allow spawning processes at runtime. adding some fiexibility to the MPI applications. Malleable MPI applications use dynamic process creation to expand themselves in growth action (to use further processors). The shrinkage actions (to release processors) end the execution of the MPI processes on the required processors in such a way that the application's data are preserved. Notice that malleable applications require a runtime environment support to execute, once they must be notified about the processors availability. Evolving MPI applications follow the explicit task parallelism paradigm to allow their runtime adaptation. Thus, dynamic process creation is used to unfold the parallelism, i.e., to create new MPI tasks on demand. To provide these applications we defined the abstract MPI tasks, implemented the synchronization among these tasks through message exchanges, and proposed an approach to adjust MPI tasks granularity aiming at efficiency in distributed-memory environments. Experimental results validated our hypothesis that adaptive applications can be provided using the MPI-2 features. Additionally, this thesis identifies the requirements to support these applications in cluster environments. Thus, malleable MPI applications were able to improve the cluster utilization; and the explicit task ones were able to adapt the unfolding of the parallelism to the target architecture, showing that this programming paradigm can be efficient also in distributed-memory contexts.

NestStep is a collection of parallel extensions to existing programming languages. These extensions supports a shared memory model and nested parallelism. NestStep is based the Bulk-Synchronous Programming model. Most of the communication of data in NestStep takes place in a combine/commit phase, which is essentially a reduction followed by a broadcast. The primary aim of the project that this thesis is based on was to develop a runtime system for NestStep-C, the extensions for the C programming language. The secondary aim was to find which tree structure among a selected few is the best for communicating data in the combine/commit phase. This thesis includes information about NestStep, how to interface with the NestStep runtime system, some example applications and benchmarks for determining the best tree structure. A binomial tree structure and trees similar to it was empirically found to yield the best performance.

O objetivo deste estudo foi avaliar a estabilidade do fechamento dos diastemas interincisivos superiores, verificando sua correlacao com a largura inicial desses espacos, a sobressaliencia, a sobremordida e o paralelismo de raizes. A amostra foi composta por 30 pacientes com pelo menos um diastema, com largura minima de 0,77mm e media do somatorio dos tres diastemas interincisivos de 2,64mm (DP = 1,46; minimo= 0,77; maximo= 8,04). Todos os pacientes apresentavam os caninos superiores permanentes com, no minimo, a metade da coroa intrabucal. As mensuracoes foram realizadas em modelos de estudo (largura dos diastemas, sobressaliencia e sobremordida) e radiografias panorâmicas (paralelismo de raizes), obtidos nos estagios pre-tratamento, final de tratamento e, pelo menos, 2,4 anos pos-tratamento. Os resultados da analise de variancia para medidas repetidas demonstraram que a recidiva do diastema mediano foi significante (media= 0,45mm, DP= 0,66), mas foi estatisticamente menor do que sua largura inicial, e os diastemas entre os incisivos centrais e laterais permaneceram fechados, na maioria dos casos. Ocorreu recidiva do diastema mediano em 18 pacientes (60% da amostra) e 19 pacientes apresentaram reabertura de pelo menos um dos diastemas interincisivos. De acordo com a analise de regressao multipla, os unicos fatores associados a recidiva do diastema mediano foram a largura pretratamento deste espaco (p=0,000) e a alteracao da sobressaliencia durante o periodo pos-tratamento (p=0,046). Nao foi encontrada associacao entre o paralelismo de raizes e a recidiva dos diastemas interincisivos. / This study evaluated the stability of maxillary anterior diastemas closure and its association with relapse and dental casts variables (interincisor width, overjet and overbite) and also with root parallelism. Sample comprised 30 patients with at least one pretreatment anterior diastema of 0.77mm or greater after eruption of maxillary permanent canines. Data were obtained from dental casts and panoramic radiographs taken pretreatment, posttreatment and at least 2 years postretention. The sum of initial mean width of the diastemas was 2.64mm (SD=1.46, minimum=0.77). Repeated measures analysis of variance demonstrated significant relapse of median diastema (mean=0.45mm, SD=0.66) but this value was statistically slighter than its initial width, and closure of diastemas located between central incisors and lateral incisors showed great stability. Relapse of median diastema occurred in 18 cases, and 19 patients showed at least one space recurrence. Only initial diastema severity width and relapse of overjet showed association with the relapse of median diastema. There was no association between interincisor diastemas relapse and root parallelism.

Este trabalho descreve técnicas de análise estática de compilação baseadas na álgebra e programação linear que buscam otimizar a distribuição de loops forall e array em programas escritos na linguagem S/SAL visando à execução em máquinas paralelas de memória distribuídas. Na fase de alinhamento, nós trabalhamos com o alinhamento de hiperplanos onde objetivo é tentar encontrar as porções dos diferentes arrays que necessitam ser distribuídas juntas. Na fase de divisão, que tenta quebrar em partes independente dados e computações, nós usamos duas funções afins, a função de decomposição de dados e a função de decomposição de computação. A última fase, o mapeamento, distribui os elementos de computação nos elementos de processamento usando um conjunto de inequações. As técnicas foram implementadas num compilador SISAL, mas pode ser usada sem mudanças em outras linguagens de associação simples e com a adição de análise de dependências pode ser usada em linguagens imperativas. / This work describes static compiler analysis techniques based on linear algebra and linear programming for optimizing the distribution of forall loops and of array elements in programs written in the SISAL programming language for distributed memory parallel machines. In the alignment phase, attempt is made in the identification of portions of different arrays that need to be distributed jointly by means of alignment of hyperplanes. In the partitioning phase, effort is made in breaking as even possible the computation and pertinent data in independent parts, by means of using related functions: the data decomposition function and the computation decomposition function. The last phase is dedicated to the mapping, which comprises the distribution of the elements of computation into the existing processing elements by means of a set of inequations. These techniques are being implemented in a SISAL compiler, but can be also used without changes by means of other single assignment languages or, with the addition of dependency analysis when using other set of languages, as well.

Com o crescente número de usuários de computadores, novas ferramentas têm sido apresentadas com a finalidade de aumentar a eficiência dos computadores, meio para que seus usuários disponham de recursos automatizados. Mais recentemente, máquinas ligadas em rede de computadores e o fenômeno Internet tornaram necessárias ferramentas específicas para este tipo particular de uso. Entre as principais respostas a essas necessidades surgiu a linguagem Java, que tem ganhado adeptos tanto na comunidade científica como no mercado. Surge daí a necessidade de buscar formas alternativas para o uso de computadores em rede. Entre as soluções propostas encontra-se a de arquiteturas e linguagens paralelas. Estas ferramentas, ainda em fase experimental, apresentam soluções que podem a médio e longo prazo serem viáveis, desde que estudos e pesquisas mostrem sua viabilidade. Neste trabalho investiga-se a aplicação do conceito de paralelismo em linguagens para rede, mais especificamente a linguagem Java. A proposta é estudar as possíveis formas para se explorar o paradigma de linguagens paralelas em ambientes Java. Para isto, apresenta-se uma pesquisa relativa as principais linguagens paralelas disponíveis na literatura, de forma a conhecer as melhores soluções apresentadas por essas linguagens. O trabalho apresenta também um estudo realizado em um conjunto de ferramentas Java disponíveis no mercado. Finalmente, propõe-se um novo ambiente que possa disponibilizar ao usuário os melhores recursos da linguagem Java, explorando as melhores soluções encontradas na literatura. / With the increasing number of computer users, new tools have been presented to improve the computers efficiency and to make automated resources available for those users. Nowadays, the use of computers in a network and the Internet phenomenon requires specific tools. Among them, the Java language appears as an important tool, which has been attracting users in both the scientific and commercial communities. At the same time the computer networks are becoming more popular and some problems have emergent concerned to the networks assessment and connections. It is necessary to look for alternative ways of handling the network computer systems. The parallel architectures and languages appear among the proposed solutions. These tools are still in an experimental phase, studies and researches being necessary additional to confirm their feasibility. In this work we investigate the application of parallelism concepts in languages for networks, and particular we deal with the Java language. The aim is to study the possible approaches for exploring the parallel languages paradigm in Java environments. Research about the main parallel languages available in the literature is presented, in order to check the best solutions proposed by those languages. The work also presents an investigation about the Java tools available in the commercial market. Finally a new environment is proposed that makes some of the best resources of language Java available to the users by exploring the best solutions found in the literature.

Submitted by Liliane Ferreira (ljuvencia30@gmail.com) on 2018-05-21T15:48:27Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vinícius de Sousa Coelho - 2018.pdf: 1071318 bytes, checksum: fba98fd6feb916f0400af915d4d92a2b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2018-05-22T12:14:46Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vinícius de Sousa Coelho - 2018.pdf: 1071318 bytes, checksum: fba98fd6feb916f0400af915d4d92a2b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-22T12:14:46Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Vinícius de Sousa Coelho - 2018.pdf: 1071318 bytes, checksum: fba98fd6feb916f0400af915d4d92a2b (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2018-04-27 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The Maximum Weight Planar Subgraph Problem (MWPSP) consists of identifying a planar subgraph of maximum weight of a given edge-weighted graph. This work proposes new heuristic solutions, mainly using Graphic Processing Units, based on local transformations on the graph topology, consisting of vertex and edge insertion/relocation moves. Sequential and parallel implementations were built and applied to various numerical instances with promising results. One of the approaches requires only 25 seconds of execution, being more than 200 times faster than its corresponding sequential version, for a 100-vertex instance. In terms of quality, the proposed solutions obtained better results than state of the art proposals. / O problema do subgrafo planar de peso máximo (MWPSP) consiste em extrair um subgrafo planar maximal, a partir de um grafo completo com pesos atribuídos às arestas, cuja soma dos pesos das arestas seja máxima. Este trabalho propõe soluções heurísticas, construídas por meio de Unidades de Processamento Gráfico (GPUs), baseadas em transformações locais na topologia do grafo através da inserção/realocação de vértices e arestas. Implementações sequencias e paralelas foram propostas, apresentando resultados satisfatórios. Em uma das propostas, a versão paralela requer cerca de 25 segundos de execução em uma instância de 100 vértices, sendo cerca de 200 vezes mais rápida que a versão sequencial correspondente. Em termos de qualidade da solução, as propostas superaram os resultados obtidos por algoritmos no estado da arte.

Atualmente, adaptabilidade é uma característica desejada em aplicações paralelas. Por exemplo, o crescente número de usuários competindo por recursos em arquiteturas paralelas gera mudanças constantes no conjunto de processadores disponíveis. Aplicações adaptativas são capazes de executar usando um conjunto volátil de processadores, oferecendo urna melhor utilização dos recursos. Este comportamento adaptativo é conhecido corno maleabilidade. Outro exemplo vem da constante evolução das arquiteturas multi-core, as quais aumentam o número de cores em seus chips a cada nova geração. Adaptabilidade é a chave para permitir que os programas paralelos sejam portáveis de uma máquina a outra. Assim. os programas paralelos são capazes de adaptar a extração do paralelismo de acordo com o grau de paralelismo específico da arquitetura alvo. Este comportamento pode ser visto como um caso particular de evolutividade. Nesse sentido, esta tese está focada em: (i) maleabilidade para adaptar a execução das aplicações paralelas às mudanças na disponibilidade dos processadores; e (ii) evolutividade para adaptar a extração do paralelismo de acordo com propriedades da arquitetura e dos dados de entrada. Portanto, a questão remanescente é "Como prover e suportar aplicações adaptativas?". Esta tese visa responder tal questão com base no MPI (Message-Passing Interface), o qual é a API paralela padrão para HPC em ambientes distribuídos. Nosso trabalho baseia-se nas características do MPI-2 que permitem criar processos em tempo de execução, dando alguma flexibilidade às aplicações MPI. Aplicações MPI maleáveis usam a criação dinâmica de processos para expandir-se nas ações de crescimento (para usar processadores extras). As ações de diminuição (para liberar processadores) finalizam os processos MPI que executam nos processadores requeridos, preservando os dados da aplicação. Note que as aplicações maleáveis requerem suporte do ambiente de execução, uma vez que precisam ser notificadas sobre a disponibilidade dos processadores. Aplicações MPI evolutivas seguem o paradigma do paralelismo de tarefas explícitas para permitir adaptação em tempo de execução. Assim, a criação dinâmica de processos é usada para extrair o paralelismo, ou seja, para criar novas tarefas MPI sob demanda. Para prover tais aplicações nós definimos tarefas MPI abstratas, implementamos a sincronização entre elas através da troca de mensagens, e propusemos uma abordagem para ajustar a granularidade das tarefas MPI, visando eficiência em ambientes distribuídos. Os resultados experimentais validaram nossa hipótese de que aplicações adaptativas podem ser providas usando características do MPI-2. Adicionalmente, esta tese identificou os requisitos rio nível do ambiente de execução para suportá-las em clusters. Portanto, as aplicações MPI maleáveis melhoraram a utilização de recursos de clusters; e as aplicações de tarefas explícitas adaptaram a extração do paralelismo de acordo com a arquitetura alvo. mostrando que este paradigma também é eficiente em ambientes distribuídos. / Currently, adaptability is a desired feature in parallel applications. For instante, the increasingly number of user competing for resources of the parallel architectures causes dynamic changes in the set of available processors. Adaptive applications are able to execute using a set of volatile processors, providing better resource utilization. This adaptive behavior is known as malleability. Another example comes from the constant evolution of the multi-core architectures, which increases the number of cores to each new generation of chips. Adaptability is the key to allow parallel programs portability from one multi-core machine to another. Thus, parallel programs can adapt the unfolding of the parallelism to the specific degree of parallelism of the target architecture. This adaptive behavior can be seen as a particular case of evolutivity. In this sense, this thesis is focused on: (i) malleability to adapt the execution of parallel applications as changes in processors availability; and (ii) evolutivity to adapt the unfolding of the parallelism at runtime as the architecture and input data properties. Thus, the open issue is "How to provide and support adaptive applications?". This thesis aims to answer this question taking into account the MPI (Message-Passing Interface), which is the standard parallel API for HPC in distributed-memory environments. Our work is based on MPI-2 features that allow spawning processes at runtime. adding some fiexibility to the MPI applications. Malleable MPI applications use dynamic process creation to expand themselves in growth action (to use further processors). The shrinkage actions (to release processors) end the execution of the MPI processes on the required processors in such a way that the application's data are preserved. Notice that malleable applications require a runtime environment support to execute, once they must be notified about the processors availability. Evolving MPI applications follow the explicit task parallelism paradigm to allow their runtime adaptation. Thus, dynamic process creation is used to unfold the parallelism, i.e., to create new MPI tasks on demand. To provide these applications we defined the abstract MPI tasks, implemented the synchronization among these tasks through message exchanges, and proposed an approach to adjust MPI tasks granularity aiming at efficiency in distributed-memory environments. Experimental results validated our hypothesis that adaptive applications can be provided using the MPI-2 features. Additionally, this thesis identifies the requirements to support these applications in cluster environments. Thus, malleable MPI applications were able to improve the cluster utilization; and the explicit task ones were able to adapt the unfolding of the parallelism to the target architecture, showing that this programming paradigm can be efficient also in distributed-memory contexts.

Este trabalho apresenta um novo modelo de busca especulativa de múltiplos fluxos de instruções em arquiteturas superescalares. A avaliação de desempenho de uma arquitetura superescalar com esta característica é também apresentada como forma de validar o modelo proposto e comparar seu desempenho frente a uma arquitetura superescalar real. O modelo em questão pretende eliminar a latência de busca de instruções introduzida pela ocorrência de comandos de desvio em pipelines superescalares. O desempenho de uma arquitetura superescalar dotada de escalonamento dinâmico de instruções, previsão de desvios e execução especulatva é bastante inferior ao desempenho máximo teórico esperado. Como demonstrado em outros trabalhos, isto ocorre devido às constantes quebras de fluxo, derivadas de instruções de desvio, e do conseqüente esvaziamento da fila de instruções. O emprego desta técnica permite encadear instruções pertencentes a diferentes fluxos lógicos, logo após a identificação de uma instrução de desvio, disponibilizando um maior número de instruções ao mecanismo de escalonamento dinâmico e diminuindo o número de ciclos com despacho nulo devido as quebras de fluxo. Algumas considerações sobre a implementação do modelo descrito são apresentadas ao final do trabalho assim como sugestões para trabalhos futuros. / This work presents a new model to fetch instructions along multiple streams in superscalar pipelines. Also, the performance evaluation of a superscalar architecture including this feature is presented in order to validate the model and to compare its performance with a real superscalar architecture. The proposed technique intents to eliminate the instruction fetch latency introduced by branch instructions in superscalar pipelines. The performance delivered by a superscalar architecture which incorporate dynamic instruction scheduling, branch prediction and speculative execution is not the expected one which should be at least proportional to the number of functional units. Related works have shown that constant stream breaks caused by disruptions in the sequential flow of control reduce the amount of instructions into the instruction queue. This technique allows instruction fetch through different logic streams, as soon as the branch instruction has been detected during the fetch. The scheduler needs a large instruction window to be able to schedule efficiently consequently the instructions window should hold as many instructions as possible to allow an efficient schedule. The improvement realized by the proposed scheme is to increase the size of the instruction window by putting there more instructions avoiding interruptions on the event of branch occurrence. Some considerations about the implementation of this model are presented at final as well as suggestions to future works.

FundaÃÃo de Amparo à Pesquisa do Estado do Cearà / Em programaÃÃo orientadas a objetos (POO) , a habilidade de encapsular interesses de software da dominante decomposiÃÃo em objetos à a chave para alcanÃar alto nÃvel de modularidade e diminuiÃÃo de complexidade em projetos de larga escala. Entretanto, o paralelismo de memÃria distribuÃda tende a quebrar modularidade, encapsulamento e a independÃncia de objetos, uma vez que as computaÃÃes paralelas nÃo podem ser encapsuladas em objetos individuais, os quais residem em um espaÃo de endereÃamento Ãnico. Para reconciliar orientaÃÃo a objetos e paralelismo em memÃria distribuÃda, esse trabalho introduz a PPOO (ProgramaÃÃo Paralela Orientada a Objetos), um estilo de POO onde objetos sÃo distribuÃdos por padrÃo. Como uma estensÃo do C++, uma linguagem consolidada em CAD, a linguagem PObC++ foi projetada e prototipada, incorporando as ideias da PPOO. / In object-oriented programming (OOP) languages, the ability to encapsulate software concerns of the dominant decomposition in objects is the key to reaching high modularity and loss of complexity in large scale designs. However, distributed-memory parallelism tends to break modularity, encapsulation, and functional independence of objects, since parallel computations cannot be encapsulated in individual objects, which reside in a single address space. For reconciling object-orientation and distributed-memory parallelism, this work introduces OOPP (Object-Oriented Parallel Programming), a style of OOP where objects are distributed by default. As an extension of C++, a widespread language in HPC, the PObC++ language has been designed and protoyped, incorporating the ideas of OOPP