Thesis (M.S.)--State University of New York at Binghamton, Watson School of Engineering and Applied Science (Computer Science), 2007. / Includes bibliographical references.

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Com o crescimento exponencial do volume de dados estruturados e não estruturados (Big Data) em sistemas de armazenamento corporativos, aliado à também crescente demanda por preservação de tais dados devido a regulamentações e auditorias, surge o problema da preservação a longo prazo de Big Data, e mais especificamente o de como estender sistemas existentes ao longo do tempo. Pesquisas recentes contemplam arquiteturas de preservação de dados estruturados ou de arquivamento a curto prazo de Big Data, porém carecem de um modelo para arquiteturas que suportem a preservação a longo prazo de Big Data com elasticidade. Na presente tese, propõe-se uma arquitetura para o arquivamento, preservação a longo prazo e recuperação de Big Data com elasticidade. Um método de criação de arquiteturas de referência foi seguido e obteve-se como resultado uma arquitetura de preservação a longo prazo que é reprodutível e capaz de adaptar-se a uma demanda crescente, recebendo Big Data de fontes heterogêneas continuamente. A arquitetura é compatível com computação em nuvem e foi testada com diversas mídias de armazenamento, como mídias magnéticas, nuvem e de estado sólido. É feito também um comparativo entre a arquitetura desenvolvida e outras arquiteturas disponíveis. / With the exponential growth in the volume of structured and unstructured data (Big Data) in enterprise storage systems, along with the also increasing demand for preservation of such data due to regulations and audits, there arises the problem of long-term preservation of Big Data, and more specifically of how to extend existing systems with time. Recent research projects encompass architectures for the preservation of structured data or short term archiving of Big Data, however they lack a model for architectures that support long-term preservation of Big Data with elasticity. In the present thesis, we propose an architecture for the archiving, longterm preservation and retrieval of Big Data with elasticity. A method for creating reference architectures was followed and as a result a reproducible long-term preservation architecture was obtained, which is capable of adapting to a growing demand receiving Big Data continuously. The architecture is compatible with cloud computing and was tested against several storage media, such as magnetic media, cloud and solid state. A comparison between the architecture and other available architectures is also provided. g Data. Unstructured data. Elasticity.

A evolução constante dos processadores está aumentando cada vez o overhead dos acessos à memória. Tentando evitar este problema, os desenvolvedores de processadores utilizam diversas técnicas, entre elas, o emprego de memórias cache na hierarquia de memórias dos computadores. As memórias cache, por outro lado, não conseguem suprir totalmente as suas necessidades, sendo interessante alguma técnica que tornasse possível aproveitar melhor a memória cache. Para resolver este problema, autores propõem a utilização de técnicas de computação reconfigurável. Este trabalho analisa um trabalho na área de reconfiguração na associatividade de memórias cache, e propõe melhorias nele para uma melhor utilização de seus recursos, apresentando resultados práticos de simulações realizadas com diversas organizações de cache. / With the constant evolution of processors architecture, its getting even bigger the overhead generated with memory access. Trying to avoid this problem, some processors developers are using several techniques to improve the performance, as the use of cache memories. By the otherside, cache memories cannot supply all their needs, thats why its important some new technique that could use better the cache memory. Working on this problem, some authors are using reconfigurable computing to improve the cache memorys performance. This work analyses the reconfiguration of the cache memory associativity algorithm, and propose some improvements on this algorithm to better use its resources, showing some practical results from simulations with several cache organizations.

Com o crescimento exponencial do volume de dados estruturados e não estruturados (Big Data) em sistemas de armazenamento corporativos, aliado à também crescente demanda por preservação de tais dados devido a regulamentações e auditorias, surge o problema da preservação a longo prazo de Big Data, e mais especificamente o de como estender sistemas existentes ao longo do tempo. Pesquisas recentes contemplam arquiteturas de preservação de dados estruturados ou de arquivamento a curto prazo de Big Data, porém carecem de um modelo para arquiteturas que suportem a preservação a longo prazo de Big Data com elasticidade. Na presente tese, propõe-se uma arquitetura para o arquivamento, preservação a longo prazo e recuperação de Big Data com elasticidade. Um método de criação de arquiteturas de referência foi seguido e obteve-se como resultado uma arquitetura de preservação a longo prazo que é reprodutível e capaz de adaptar-se a uma demanda crescente, recebendo Big Data de fontes heterogêneas continuamente. A arquitetura é compatível com computação em nuvem e foi testada com diversas mídias de armazenamento, como mídias magnéticas, nuvem e de estado sólido. É feito também um comparativo entre a arquitetura desenvolvida e outras arquiteturas disponíveis. / With the exponential growth in the volume of structured and unstructured data (Big Data) in enterprise storage systems, along with the also increasing demand for preservation of such data due to regulations and audits, there arises the problem of long-term preservation of Big Data, and more specifically of how to extend existing systems with time. Recent research projects encompass architectures for the preservation of structured data or short term archiving of Big Data, however they lack a model for architectures that support long-term preservation of Big Data with elasticity. In the present thesis, we propose an architecture for the archiving, longterm preservation and retrieval of Big Data with elasticity. A method for creating reference architectures was followed and as a result a reproducible long-term preservation architecture was obtained, which is capable of adapting to a growing demand receiving Big Data continuously. The architecture is compatible with cloud computing and was tested against several storage media, such as magnetic media, cloud and solid state. A comparison between the architecture and other available architectures is also provided. g Data. Unstructured data. Elasticity.

Sistemas Ciberfísicos (SCF) são sistemas onde existe uma união entre computação e física. Os SCF serão utilizados nas mais diversas áreas, formando uma nova era de produtos e estarão em qualquer lugar, sendo utilizados por qualquer um e para qualquer tarefa. Aplicações para SCF incluem sistemas e dispositivos médicos altamente confiáveis, controle de tráfego e segurança, sistemas automotivos avançados, controle de processos, conservação de energia, controle ambiental, aviação, instrumentação, controle de infra estrutura crítica, sistemas de defesa, fabricação e estruturas inteligentes. O cenário de sistemas ciberfísicos (SCF) exigirá dos processadores de sistemas embarcados melhorias em características além de processamento de I/O, consumo de energia e comunicação, ou seja, as futuras arquiteturas de processadores deverão possuir também características de segurança, tolerância à falhas e flexibilidade arquitetural para adequação aos diversos cenários alvo de SCF. Neste contexto, nesta tese de doutorado, idealizou-se uma arquitetura modular multicore (AMM), voltada à SCF, composta por processadores multicore, hardware dedicado ou ambos. Dessa maneira, propõe-se um processador para a arquitetura AMM e avalia-se seu correto funcionamento por meio de simulações no software Modelsim e ferramentas de simulação de circuitos integrados. Apresenta-se um protótipo para uma primeira versão da arquitetura AMM e detalham-se alguns programas especificamente escritos para comprovar as principais características da arquitetura. Na tese, apresentam-se testes funcionais em FPGA para o processador base do protótipo AMM, dados de utilização do protótipo do processador da arquitetura AMM em FPGA e um protótipo do processador da AMM em silício. Analisa-se o protótipo da arquitetura AMM com aplicações criticas e de uso em SCF, tais como: segurança, redundância, e tolerância a falhas; as quais permitem concluir que os processadores futuros de SCF devem ter essas características. A tese mostra que esses quesitos podem ser incluídos em sistemas embarcados com características multicore dedicados a aplicações e necessidades de sistemas SCF. / Cyber-physical Systems (CPS) are systems where there is an union between computing and physics. The CPS will be used in several areas, forming a new era of systems or devices and could be anywhere, being used by anyone and anything. Applications for CPS include highly reliable medical systems and devices, traffic control and security, advanced automotive, process control, energy conservation, environmental control, aviation, instrumentation, control of critical infrastructure, defense systems, manufacturing, and smart structures. So, CPS scenario needs requirements design of embedded systems, composed by processors with new features in addition to I/O processing, power consumption, and communication. Then, the future of processor architectures should also have security, fault tolerance, architectural adaptation and flexibility to various and different scenarios. In this context, in this thesis, it is proposed a modular architecture to multicore processor (AMM) to use in the CPS. It is composed by multicore processors, dedicated hardware or both. Thus, in this thesis, we have proposed one processor architecture and we have done verification based on simulations using Modelsim software and simulation tools for integrated circuits, and we have running applications programs to demonstrate the main features of the AMM architecture. We also show a prototype of AMM using FPGA as well as implementation data such as FPGA usage and resources in silicon area. It is also presented an ASIC prototype of AMM core. The prototype architecture of the AMM was analyzed with critical applications which are used in CPS, such as security, redundancy and fault tolerance, and these tests suggest that the future CPS processors must have those characteristics. Thus, the thesis shows that these aspects can be included in embedded systems with dedicated features to multicore applications and systems used in CPS.

Sistemas Ciberfísicos (SCF) são sistemas onde existe uma união entre computação e física. Os SCF serão utilizados nas mais diversas áreas, formando uma nova era de produtos e estarão em qualquer lugar, sendo utilizados por qualquer um e para qualquer tarefa. Aplicações para SCF incluem sistemas e dispositivos médicos altamente confiáveis, controle de tráfego e segurança, sistemas automotivos avançados, controle de processos, conservação de energia, controle ambiental, aviação, instrumentação, controle de infra estrutura crítica, sistemas de defesa, fabricação e estruturas inteligentes. O cenário de sistemas ciberfísicos (SCF) exigirá dos processadores de sistemas embarcados melhorias em características além de processamento de I/O, consumo de energia e comunicação, ou seja, as futuras arquiteturas de processadores deverão possuir também características de segurança, tolerância à falhas e flexibilidade arquitetural para adequação aos diversos cenários alvo de SCF. Neste contexto, nesta tese de doutorado, idealizou-se uma arquitetura modular multicore (AMM), voltada à SCF, composta por processadores multicore, hardware dedicado ou ambos. Dessa maneira, propõe-se um processador para a arquitetura AMM e avalia-se seu correto funcionamento por meio de simulações no software Modelsim e ferramentas de simulação de circuitos integrados. Apresenta-se um protótipo para uma primeira versão da arquitetura AMM e detalham-se alguns programas especificamente escritos para comprovar as principais características da arquitetura. Na tese, apresentam-se testes funcionais em FPGA para o processador base do protótipo AMM, dados de utilização do protótipo do processador da arquitetura AMM em FPGA e um protótipo do processador da AMM em silício. Analisa-se o protótipo da arquitetura AMM com aplicações criticas e de uso em SCF, tais como: segurança, redundância, e tolerância a falhas; as quais permitem concluir que os processadores futuros de SCF devem ter essas características. A tese mostra que esses quesitos podem ser incluídos em sistemas embarcados com características multicore dedicados a aplicações e necessidades de sistemas SCF. / Cyber-physical Systems (CPS) are systems where there is an union between computing and physics. The CPS will be used in several areas, forming a new era of systems or devices and could be anywhere, being used by anyone and anything. Applications for CPS include highly reliable medical systems and devices, traffic control and security, advanced automotive, process control, energy conservation, environmental control, aviation, instrumentation, control of critical infrastructure, defense systems, manufacturing, and smart structures. So, CPS scenario needs requirements design of embedded systems, composed by processors with new features in addition to I/O processing, power consumption, and communication. Then, the future of processor architectures should also have security, fault tolerance, architectural adaptation and flexibility to various and different scenarios. In this context, in this thesis, it is proposed a modular architecture to multicore processor (AMM) to use in the CPS. It is composed by multicore processors, dedicated hardware or both. Thus, in this thesis, we have proposed one processor architecture and we have done verification based on simulations using Modelsim software and simulation tools for integrated circuits, and we have running applications programs to demonstrate the main features of the AMM architecture. We also show a prototype of AMM using FPGA as well as implementation data such as FPGA usage and resources in silicon area. It is also presented an ASIC prototype of AMM core. The prototype architecture of the AMM was analyzed with critical applications which are used in CPS, such as security, redundancy and fault tolerance, and these tests suggest that the future CPS processors must have those characteristics. Thus, the thesis shows that these aspects can be included in embedded systems with dedicated features to multicore applications and systems used in CPS.

A evolução constante dos processadores está aumentando cada vez o overhead dos acessos à memória. Tentando evitar este problema, os desenvolvedores de processadores utilizam diversas técnicas, entre elas, o emprego de memórias cache na hierarquia de memórias dos computadores. As memórias cache, por outro lado, não conseguem suprir totalmente as suas necessidades, sendo interessante alguma técnica que tornasse possível aproveitar melhor a memória cache. Para resolver este problema, autores propõem a utilização de técnicas de computação reconfigurável. Este trabalho analisa um trabalho na área de reconfiguração na associatividade de memórias cache, e propõe melhorias nele para uma melhor utilização de seus recursos, apresentando resultados práticos de simulações realizadas com diversas organizações de cache. / With the constant evolution of processors architecture, its getting even bigger the overhead generated with memory access. Trying to avoid this problem, some processors developers are using several techniques to improve the performance, as the use of cache memories. By the otherside, cache memories cannot supply all their needs, thats why its important some new technique that could use better the cache memory. Working on this problem, some authors are using reconfigurable computing to improve the cache memorys performance. This work analyses the reconfiguration of the cache memory associativity algorithm, and propose some improvements on this algorithm to better use its resources, showing some practical results from simulations with several cache organizations.