Programming has advanced a great deal since the appearance of the stored-program architecture. Through the successive generations of machine codes, assembly languages, high-level languages, and object-oriented languages, the drive has been toward program descriptions that express more meaning in a shorter space. This trend continues today with domain-specific languages. However, conventional languages rely on a textual formalism (commands, statements, lines of code) to capture the programmer's intent, which, regardless of its level of abstraction, imposes inevitable overheads. Before successful programming activities can take place, the syntax has to be mastered, names and keywords memorized, the library routines mastered, etc. Existing visual programming languages avoid some of these overheads, but do not release the programmer from the task of specifying the program logic, which consumes the main portion of programming time and also is the major source of difficult bugs. Our work aims to minimize the demands a formalism imposes on the programmer of geometric subroutines other than what is inherent in the problem itself. Our approach frees the programmer from syntactic constraints and generates logically correct programs automatically from program descriptions in the form of diagrams. To write a program, the programmer simply draws a few diagrams to depict the problem context and specifies all the necessary parameters through menu operations. Diagrams are succinct, easy to learn, and intuitive to use. They are much easier to modify than code, and they help the user visualize and analyze the problem, in addition to providing information to the computer. Furthermore, diagrams describe a situation rather than a task and thus are reusable for different tasks—in general, a single diagram can generate many programs. For these reasons, we have chosen diagrams as the main specification mechanism. In addition, we leverage the power of automatic inference to reason about diagrams and generic components—the building blocks of our programs—and discover the logic for assembling these components into correct programs. To facilitate inference, symbolic facts encode entities present in the diagrams, their spatial relationships, and the preconditions and effects of reusable components. We have developed a reference implementation and tested it on a number of real-world examples to demonstrate the feasibility and efficacy of our approach. / text

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Orientador: Paulo Cesar Centoducatte / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T09:40:46Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Auler_Rafael_M.pdf: 1695289 bytes, checksum: e7a4a8add24fe834544d29e932451d61 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O processo de automatização da criação de backends de compiladores, isto é, do componente responsável pela tradução final para código de máquina, é perseguido desde o surgimento dos primeiros compiladores. A separação entre os algoritmos empregados no backend e a descrição formal da máquina, que requer conhecimento sobre a arquitetura alvo, é uma característica bastante desejada, uma vez que propicia a criação de novos backends sem a necessidade de conhecer o projeto do compilador, mas apenas do processador. Por esse motivo, um esforço natural para manter o desenvolvimento simples e intuitivo é a concentração do conhecimento sobre a máquina alvo em uma forma concisa de descrição, a partir da qual seja possível especializar algoritmos genéricos de compilação para este alvo específico. Uma linguagem de descrição de arquiteturas (ADL) permite a especificação das características arquiteturais de processadores, incluindo o seu conjunto de instruções (ISA). Neste trabalho, um estudo de mecanismos para gerar backend de compiladores através de descrições arquiteturais de processadores é apresentado, com ênfase no estudo de caso da ADL ArchC com o compilador LLVM. Um protótipo de um gerador de backends para LLVM a partir de uma descrição em ArchC foi desenvolvido, e backends para as arquiteturas ARM, MIPS, SPARC e PowerPC foram gerados com sucesso. Para alcançar este objetivo, foi usado um algoritmo de busca para resolver o problema da programação automática e inferir como implementar fragmentos pré-selecionados da linguagem intermediária LLVM utilizando instruções de uma arquitetura alvo arbitrária. Quatro técnicas para aumentar a velocidade deste algoritmo são apresentadas, de forma a não somente viabilizar uma solução para a geração automática de backends, mas também concluir o processo em menos de 20 segundos para três das quatro arquiteturas testadas. Programas do benchmark Mibench foram compilados com os compiladores gerados, executados com simuladores ArchC e os resultados comparados com aqueles gerados a partir dos mesmos programas compilados com os compiladores gcc e LLVM original, validando os novos backends. A qualidade do código gerado pode ser comparada com a de compiladores consagrados, caso seja utilizado um otimizador peephole para realizar substituições simples de algumas sequências ineficientes / Abstract: Researchers pursue the automation of compiler backend generation, the component responsible for final translation from intermediate language to machine code, since the begining of compilers theory creation. The separation between the algorithms used in the backend and formal machine description, which encompasses knowledge about the target architecture, is an important feature, since it facilitates the creation of new backends without the need for deep understanding of the compiler project. For this reason, an effort to maintain the development natural, simple and intuitive must concentrate the knowledge of the target machine in a concise description in a way it is possible to specialize generic algorithms to this target. An architecture description language (ADL) allows the specification of architectural features of processors, comprising the instruction set architecture available. This work presents a study of mechanisms for generating compiler backend through architectural descriptions of processors, with emphasis on a case study of the ArchC ADL with the LLVM compiler. We developed an automatic backend generator prototype for LLVM backends based on ArchC and successfully generated backends for the architectures ARM, MIPS, PowerPC and SPARC. To achieve this, we used a search algorithm to solve the problem of automatic programming and to infer how to implement pre-selected fragments of LLVM intermediate language using instructions of an arbitrary target architecture. We present four techniques to increase the speed of this algorithm which not only enables a solution for the automatic generation of backends, but also completes the process in less than 20 seconds for three of four architectures tested. Test compilation of Mibench benchmark programs attested the proper functioning of the backend and revealed that the quality of the generated code can compare with that of existing compilers, if a peephole optimizer were used to perform some simple substitutions of inefficient sequences / Mestrado / Ciência da Computação / Mestre em Ciência da Computação

<p>Program synthesis aims to generate programs automatically from user-provided specifications and has the potential to aid users in real-world programming tasks from different domains. Although there have been great achievements of synthesis techniques in specific domains such as spreadsheet programming, computer-aided education and software engineering, there still exist huge barriers that keep us from achieving scalable and practical synthesis tools.</p> <p><br></p> <p>This dissertation presents several techniques towards more scalable and practical program synthesis from three perspectives: 1) intention: Writing formal specification for synthesis is a major barrier for average programmers. In particular, in some quantitative synthesis scenarios (such as network design), the first challenge faced by users is expressing their optimization targets. To address this problem, we present comparative synthesis, an interactive synthesis framework that learns near optimal programs through comparative queries, without explicitly specified optimization targets. 2) invention: Synthesis algorithms are key to pushing the performance limit of program synthesis. Aiming to solve syntax-guided synthesis problems efficiently, we introduce a cooperative synthesis technique that combines the merits of enumerative and deductive synthesis. 3) adaptation: Besides functional correctness, quality of generated code is another important aspect. Towards automated provably-correct optimization over tree traversals, we propose a stack-based representation for iterations in tree traversals and an encoding to Monadic Second-Order logic over trees, which enables reasoning about tree traversal transformations which were not possible before.</p>

Esta tese de doutorado apresenta um modelo de especificação, textual e grafico, para sistemas transacionais em banco de dados (ER/T+) e, também, um modelo de implementação desta especificação. Sugere uma técnica de proceduralização de especificações declarativas, usando um grafo de dependencia de fluxos de dados para estabelecer a relação de precedecia entre os fluxos do diagrama da linguagem gráfica de especificação. Apresenta, também, os mecanismos de execução da linguagem de especificação proposta e as regras de mapeamento da linguagem de especificação, em seus aspectos estruturais (dados) e comportamentais (transações), para correspondentes construções na linguagem de implementação (C e SQL). Adicionalmente, são discutidos aspectos de otimização de consultas no âmbito da linguagem de especificação de transações e, também, aspectos de aninhamento de consultas para combinar diversos fluxos do diagrama ER/T+ em expressões complexas de consultas SQL. / This Ph.D thesis presents a graphic and textual specification model for database transactions systems (ER/T+) and, also, an implementation model for this specification. Suggest a proceduralization technique for declarative specifications using a data flow dependency graph to establish a precedence relation between the diagram flows of the graphics specification language. Furthermore it presents the execution mechanism of the proposal specification language and the behavioral and structural rules for mapping the specification language into corresponding implementation language (C and SQL) constructions. Additionaly, are discussed query optimization aspects for transaction specification language and aspects of nested queries to combine various ER/T+ diagram flows into complex SQL query expressions

Esta tese de doutorado apresenta um modelo de especificação, textual e grafico, para sistemas transacionais em banco de dados (ER/T+) e, também, um modelo de implementação desta especificação. Sugere uma técnica de proceduralização de especificações declarativas, usando um grafo de dependencia de fluxos de dados para estabelecer a relação de precedecia entre os fluxos do diagrama da linguagem gráfica de especificação. Apresenta, também, os mecanismos de execução da linguagem de especificação proposta e as regras de mapeamento da linguagem de especificação, em seus aspectos estruturais (dados) e comportamentais (transações), para correspondentes construções na linguagem de implementação (C e SQL). Adicionalmente, são discutidos aspectos de otimização de consultas no âmbito da linguagem de especificação de transações e, também, aspectos de aninhamento de consultas para combinar diversos fluxos do diagrama ER/T+ em expressões complexas de consultas SQL. / This Ph.D thesis presents a graphic and textual specification model for database transactions systems (ER/T+) and, also, an implementation model for this specification. Suggest a proceduralization technique for declarative specifications using a data flow dependency graph to establish a precedence relation between the diagram flows of the graphics specification language. Furthermore it presents the execution mechanism of the proposal specification language and the behavioral and structural rules for mapping the specification language into corresponding implementation language (C and SQL) constructions. Additionaly, are discussed query optimization aspects for transaction specification language and aspects of nested queries to combine various ER/T+ diagram flows into complex SQL query expressions

Esta tese de doutorado apresenta um modelo de especificação, textual e grafico, para sistemas transacionais em banco de dados (ER/T+) e, também, um modelo de implementação desta especificação. Sugere uma técnica de proceduralização de especificações declarativas, usando um grafo de dependencia de fluxos de dados para estabelecer a relação de precedecia entre os fluxos do diagrama da linguagem gráfica de especificação. Apresenta, também, os mecanismos de execução da linguagem de especificação proposta e as regras de mapeamento da linguagem de especificação, em seus aspectos estruturais (dados) e comportamentais (transações), para correspondentes construções na linguagem de implementação (C e SQL). Adicionalmente, são discutidos aspectos de otimização de consultas no âmbito da linguagem de especificação de transações e, também, aspectos de aninhamento de consultas para combinar diversos fluxos do diagrama ER/T+ em expressões complexas de consultas SQL. / This Ph.D thesis presents a graphic and textual specification model for database transactions systems (ER/T+) and, also, an implementation model for this specification. Suggest a proceduralization technique for declarative specifications using a data flow dependency graph to establish a precedence relation between the diagram flows of the graphics specification language. Furthermore it presents the execution mechanism of the proposal specification language and the behavioral and structural rules for mapping the specification language into corresponding implementation language (C and SQL) constructions. Additionaly, are discussed query optimization aspects for transaction specification language and aspects of nested queries to combine various ER/T+ diagram flows into complex SQL query expressions

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The basic aim of this work is to improve existing model of rotational inverted pendulum by adding new mechanical features, implement the control algorithm to dsPIC microcontroller and develop related control electronics thus extending the functionality of current model while making it more compact. The work contains derivation of dynamic equations both by means of analytical methods and multi-body formalism of SimMechanics. These are used to design a state controller stabilizing the pendulum in inverse position. In addition, parameters of the system are being estimated experimentally. Swing-up controller is developed to drive the pendulum to unstable position. Various state estimators are added to controller to improve the control process while comparing their overall performance. The last point is devoted to development of superior state-automaton designed to switch between different regulating modes including fail-detection algorithms providing smooth operation of the model.