Orientador: Adolfo Maia Jr / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-25T03:40:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 EspichanCarrillo_JorgeAbel_D.pdf: 1237829 bytes, checksum: c154f7047d6e9761a26a165c386db715 (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: No presente trabalho, apresentamos primeiramente um breve resumo histórico sobre ondas solitárias (solitary waves) assim como definições do kink (Soliton) e estabilidade clássica. Também apresentamos o modelo de Dashen-Hasslacher-Neveu (DHN) [1], mostrando as contribuições para as correções radiativas da massa do kink. Começamos então com o cálculo da solução geral estática para o potencial V (f ) = -1/2M 2f 2 + l/4 f 4, determinando duas famílias de soluções as quais denominamos Soluções Elípticas tipo sn e cn. Mostramos que a condição de fronteira Vácuo - Vácuo não pode ser satisfeita por nenhuma das Soluções Elípticas tipo sn num domínio limitado. No entanto as Soluções Elípticas tipo cn podem satisfazer esta condição. Além disso, impondo condições de fronteira tipo Dirichlet mostramos a existência de uma única solução clássica para as Soluções Elípticas tipo sn dentro do domínio. Definimos então grandezas físicas, as quais denominamos respectivamente de "carga topológica", "energia total" (massa clássica) e "densidade de energia", em domínios finitos para as Soluções Elípticas tipo sn e cn. Em seguida, calculamos os níveis de energia dos estados ligados de um campo escalar c , o qual interage com outro campo escalar f num domínio finito (caixa) em dimensão (1 + 1). Estes cálculos são feitos para duas configurações clássicas do campo f : primeiramente, para um caso particular das Soluções Elípticas tipo sn, a saber, o kink, e depois consideramos um caso mais geral com o campo f dado pelas Soluções Elípticas tipo sn. No primeiro caso, mostra-se que quando a caixa é comprimida o nível de energia do estado fundamental do campo c se divide, o que pode ser interpretado como uma instabilidade levando à produção de pares partícula-antipartícula sob pequenas pertubações num regime semi-clássico. Para o segundo caso, mostramos que existem comprimentos críticos da caixa unidimensional em que os autovalores de energia tornam-se complexos levando a instabilidades para as soluções do campo c / Abstract: In this work, we present firstly a brief historical summary of solitary waves, as well as definitions of the kink and classical stability. We present the model of Dashen-Hasslacher-Neveu (DHN) [1], showing the contributions for radiative corrections of the kink's mass. We start with the calculation of the general static solutions for the potential V (f ) = - 1/2 M2 f2 + l /4 f4 , by finding two families of solutions named Elliptic Solutions of type sn and cn. We show that the vacuum-vacuum boundary conditions can not be satisfied by any Elliptic sn-type Solution in afinite domain. On the other hand the Elliptic cn-type Solutions can satisfy this condition. We prove the uniqueness for Elliptic sn-type Solutions satisfying Dirichlet boundary conditions in a finite domain. Also we define expressions for the "topological charge", "total energy" (or classical mass) and "energy density" for Elliptic sn and cn-type Solutions in a finite domain. Next we calculate the energy levels of bound states of a scalar field c interacting with another scalar field f in a finite domain (box) in (1 +1) dimensions. We make these calculations for two classical configurations of the field f : Firstly a particular case of the Elliptic sn-type Solutions is considered, namely, the kink solution and later we consider as classical configuration of the field f , the Elliptic sn-type Solutions. For the first case, we show that when the box is squeezed the ground state level splits, which can be interpreted as an instability leading to a particle-antiparticle pair production under small perturbations in a semi-classical regime. For the second case, we show that there exist critical sizes of the box (one-dimensional) for which the energy eigenvalues become complex leading to instabilities for the solutions of the field c / Doutorado / Física / Doutor em Ciências

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-10-18T19:17:48Z No. of bitstreams: 1 MARIA APARECIDA DOS SANTOS – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 628300 bytes, checksum: be5188c733755263bec183578258ca27 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-10-18T19:17:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MARIA APARECIDA DOS SANTOS – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 628300 bytes, checksum: be5188c733755263bec183578258ca27 (MD5) Previous issue date: 2014-02 / Capes / Considerando as diferentes abordagens possíveis referentes ao Universo, este trabalho está voltado para o estudo da Cosmologia Padrão e Inflacionária utilizando campos escalares para descrever a fase de expansão acelerada do Universo. Assim, através da Teoria da Gravitação proposta pela Relatividade Geral é possível determinar as equações de Friedmann e utilizando a Teoria de Campos em Cosmologia podemos obter uma equação de movimento que descreve a evolução temporal de um campo escalar chamado ínflaton, responsável pela inflação. Nesse sentido, propomos como alternativa a utilização de alguns modelos de potenciais já existentes, dentre os quais: V ( ) =12m2 2 (quadr atico), V ( ) = C cos2 (tipo cosseno), V ( ) = C sin2 (tipo seno), V ( ) = (t) 4 e o potencial constante V = V0. Buscando dessa forma descrever a evolução temporal do fator de escala a(t) e o comportamento do parâmetro de desaceleração q(t) com o objetivo de analisar a fase inflacionária, identi cando regiões de aceleração e desaceleração do Universo nos cenários dos espaços plano e curvo. / Taking into consideration the set of di erent approaches to the Universe existent today this work focuses on standard cosmology and in ationary expansion of the said using scalar elds to describe the expansion acceleration rate. Therefore, through a gravitation theory proposed by General Relativity is possible to set Friedmann`s equations and using Field Theory applied to Cosmology to obtain an equation of motion which describes the temporal evolution of a scalar eld called in action, which is responsible for the in ationary process. In this sense, we propose as alternative some models whose potentials are already established, among them: V ( ) = 12m2 2 (quadratic), V ( ) = C cos2 (cosinelike) , V ( ) = C sin2 (sinelike), V ( ) = (t) 4 and the constant potential V = V0 . We seek with this to describe the temporal evolution of the scale factor a(t) and how the decelerating parameter behaves and then analyze the in ationary faze, indentifying periods when the Universe was accelerating or decelerating given curve or plane space scenarios.

Esta tese apresenta DCE, ou Execução Dinâmica Condicional, como uma alternativa para reduzir o custo da previsão incorreta de desvios. A idéia básica do modelo apresentado é buscar e executar todos os caminhos de desvios que obedecem à certas restrições no que diz respeito a complexidade e tamanho. Como resultado, tem-se um número menor de desvios sendo previstos e consequentemente um número menor de desvios previstos incorretamente. DCE busca todos os caminhos dos desvios selecionados evitando quebras no fluxo de busca quando estes desvios são buscados. Os caminhos buscados dos desvios selecionados são então executados mas somente o caminho correto é completado. Nesta tese nós propomos uma arquitetura para executar múltiplos caminhos dos desvios selecionados. A seleção dos desvios ocorre baseada no tamanho do desvio e em outras condições. A seleção de desvios simples e complexos permite a predicação dinâmica destes desvios sem a necessidade da existência de um conjunto específico de instruções nem otimizações especiais por parte do compilador. Além disso, é proposta também uma técnica para reduzir a sobrecarga gerada pela execução dos múltiplos caminhos dos desvios selecionados. O desempenho alcançado atinge níveis de até 12% quando um previsor de desvios Local é usado no DCE e um previsor Global é usado na máquina de referência. Quando ambas as máquinas empregam previsão Local, há um aumento de desempenho da ordem de 3-3.5%. / This thesis presents DCE, or Dynamic Conditional Execution, as an alternative to reduce the cost of mispredicted branches. The basic idea is to fetch all paths produced by a branch that obey certain restrictions regarding complexity and size. As a result, a smaller number of predictions is performed, and therefore, a lesser number of branches are mispredicted. DCE fetches through selected branches avoiding disruptions in the fetch flow when these branches are fetched. Both paths of selected branches are executed but only the correct path commits. In this thesis we propose an architecture to execute multiple paths of selected branches. Branches are selected based on the size and other conditions. Simple and complex branches can be dynamically predicated without requiring a special instruction set nor special compiler optimizations. Furthermore, a technique to reduce part of the overhead generated by the execution of multiple paths is proposed. The performance achieved reaches levels of up to 12% when comparing a Local predictor used in DCE against a Global predictor used in the reference machine. When both machines use a Local predictor, the speedup is increased by an average of 3-3.5%.

Na presente tese, apresentamos uma nova abordagem para combinar reuso e prvisão de seqüências dinâmicas de instruções, chamada Reuso por Especulação em traces (RST). Esta técnica permite a identificação dinâmica de traces de instruções redundantes ou previsíveis e o reuso (especulativo ou não) desses traces. RST procura resolver a questão de traces que não são reusados por seus valores de entradas de Traces (DTM). Em estudo anteriores, esses traces foram contabilizados como sendo cerca de 69% de todos os traces reusáveis. Uma das maiores vantagens de RST sobre a combinação de um mecanismo de previsão com uma técnica de reuso de valores em que mecanismos não são relacionados é que RST não necessita de tabelas adicionais para o armazenamento dos valores a serem previstos. A aplciação de reuso e previsão de valores pela simples combinação de mecanismos pode necessitar de uma quantidade proibitiva de espaço de armazenamento. No mecanismo RST, os valores já estão presentes na Tabela de Memorização de Traces, não incorrendo em custos adicionais para lê-los se comparado com uma técnica não-especulativa de reuso de traces. O contexto de entrada de cada trace (os valores de entrada de todas as instruções contidas no trace) já armazenam os valores para o teste de reuso, os quais podem ser também utilizados para previsão de valores para o teste de reuso, os quais podem ser também utilizados para previsão de valores. As principais contribuições de nosso trabalho incluem: (i) um framework de reuso especulativo de traces que pode ser modificado para diferentes arquiteturas de processadores; (ii) definição das modificações necessárias em um processador superescalar e superpipeline para implementar nosso mecanismo; (iii) estudo de questões de implementação relacionadas à essa arquitetura; (iv) estudo dos limites de desempenho da nossa técnica; (v) estudo de uma implementação RST limitada por fatores realísticos; e (vi) ferramentas de simulação que podem ser utilizadas em outros estudos, representando um processador superescalar e superpipeline em detalhes. Salientamos que, em uma arquitetura utilizando mecanismos realistas de estimativa de confiança das previsões, nossa técnica RST consegue atingir speedups médios (médias harmônicas) de 1.29 sobre uma arquitetura sem reuso e 1.09 sobre uma técnica não-especulativa de reuso de traces (DTM). / In this thesis, we present a novel approach to combine both reuse and prediction of dynamic sequences of instructions called Reuse through Speculation on Traces (RST). Our technique allows the dynamic identification of instruction traces that are redundant or predictable, and the reuse (speculative or not) of these traces. RST addresses the issue, present on Dynamic Trace Memoization (DTM), of traces not being reused because some of their inputs are not ready for the reuse test. These traces were measured to be 69% of all reusable traces in previous studies. One of the main advantages of RST over just combining a value prediction technique with an unrelated reuse technique is that RST does not require extra tables to store the values to be predicted. Applying reuse and value prediction in unrelated mechanisms but at the same time may require a prohibitive amount of storage in tables. In RST, the values are already stored in the Trace Memoization Table, and there is no extra cost in reading them if compared with a non-speculative trace reuse technique. . The input context of each trace (the input values of all instructions in the trace) already stores the values for the reuse test, which may also be used for prediction. Our main contributions include: (i) a speculative trace reuse framework that can be adapted to different processor architectures; (ii) specification of the modifications in a superscalar, superpipelined processor in order to implement our mechanism; (iii) study of implementation issues related to this architecture; (iv) study of the performance limits of our technique; (v) a performance study of a realistic, constrained implementation of RST; and (vi) simulation tools that can be used in other studies which represent a superscalar, superpipelined processor in detail. In a constrained architecture with realistic confidence, our RST technique is able to achieve average speedups (harmonic means) of 1.29 over the baseline architecture without reuse and 1.09 over a non-speculative trace reuse technique (DTM).

A Execução Condicional Dinâmica (DCE) é uma alternativa para redução dos custos relacionados a desvios previstos incorretamente. A idéia básica é buscar todos os fluxos produzidos por um desvio que obedecem algumas restrições relativas à complexidade e tamanho. Como conseqüência, um número menor de previsões é executado, e assim, um número mais baixo de desvios é incorretamente previsto. Contudo, tal como outras soluções multi-fluxo, o DCE requer uma estrutura de controle mais complexa. Na arquitetura DCE, é observado que várias réplicas da mesma instrução são despachadas para as unidades funcionais, bloqueando recursos que poderiam ser utilizados por outras instruções. Essas réplicas são geradas após o ponto de convergência dos diversos fluxos em execução e são necessárias para garantir a semântica correta entre instruções dependentes de dados. Além disso, o DCE continua produzindo réplicas até que o desvio que gerou os fluxos seja resolvido. Assim, uma seção completa do código pode ser replicado, reduzindo o desempenho. Uma alternativa natural para esse problema é reusar essas seções (ou traços) que são replicadas. O objetivo desse trabalho é analisar e avaliar a efetividade do reuso de valores na arquitetura DCE. Como será apresentado, o princípio do reuso, em diferentes granularidades, pode reduzir efetivamente o problema das réplicas e levar a aumentos de desempenho. / The Dynamic Conditional Execution (DCE) is an alternative to reduce the cost of mispredicted branches. The basic idea is to fetch all paths produced by a branch that obey certain restrictions regarding complexity and size. As a consequence, a smaller number of predictions is performed, and therefore, a lower number branches is mispredicted. Nevertheless, as other multipath solutions, DCE requires a more complex control engine. In a DCE architecture, one may observe that several replicas of the same instruction are dispatched to the functional units, blocking resources that might be used by other instructions. Those replicas are produced after the join point of the paths and are required to guarantee the correct semantic among data dependent instructions. Moreover, DCE continues producing replicas until the branch that generated the paths is resolved. Thus, a whole section of code may be replicated, harming performance. A natural alternative to this problem is the attempt to reuse those replicated sections, namely the replicated traces. The goal of this work is to analyze and evaluate the effectiveness of value reuse in DCE architecture. As it will be presented, the principIe of reuse, in different granularities, can reduce effectively the replica problem and lead to performance improvements.

Mesmo com o crescente esforço para a detecção e tratamento de instruções redundantes, as dependências verdadeiras ainda causam um grande atraso na execução dos programas. Mecanismos que utilizam técnicas de reuso e previsão de valores têm sido constantemente estudados como alternativa para estes problemas. Dentro desse contexto destaca-se a arquitetura RST (Reuse through Speculation on Traces), aliando essas duas técnicas e atingindo um aumento significativo no desempenho de microprocessadores superescalares. A arquitetura RST original, no entanto, não considera instruções de acesso à memória como candidatas ao reuso. Desse modo, esse trabalho introduz um novo mecanismo de reuso e previsão de valores chamado RSTm (Reuse through Speculation on Traces with Memory), que estende as funcionalidades do mecanismo original, com a adição de instruções de acesso à memória ao domínio de reuso da arquitetura. Dentre as soluções analisadas, optou-se pela utilização de uma tabela dedicada (Memo_Table_L) para o armazenamento das instruções de carga/escrita. Esta solução garante boa economia de hardware, não limita o número de instruções de acesso à memória por traço e, também, armazena tanto o endereço como seu respectivo valor. Os experimentos, realizados com benchmarks do SPEC2000 integer e floating-point, mostram um crescimento de 2,97% (média harmônica) no desempenho do RSTm sobre o mecanismo original e de17,42% sobre a arquitetura base. O ganho é resultado de uma combinação de diversos fatores: traços maiores (em média, 7,75 instruções por traço; o RST original apresenta 3,17 em média), embora com taxa de reuso de aproximadamente 10,88% (inferior ao RST, que apresenta taxa de 15,23%); entretanto, a latência das instruções presentes nos traços do RSTm é maior e compensa a taxa de reuso inferior. / Even with the growing efforts to detect and handle redundant instructions, the true dependencies are still one of the bottlenecks of the computations. Value reuse and value prediction techniques have been studied in order to become an alternative to these issues. Following this approach, RST (Reuse through Speculation on Traces) combines both reuse mechanisms and has achieved some good performance improvements for superscalar processors. However, the original RST mechanism does not consider load/store instructions as reuse candidates. Because of this, our work presents a new value reuse and value prediction technique named RSTm (Reuse through Speculation on Traces with Memory), that extends RST and adds memory-access instructions to the reuse domain of the architecture. Among all studied solutions, we chose the approach of using a dedicated table (Memo_Table_L) to take care of the load/store instructions. This solution guarantees low hardware overhead, does not limit the number of memory-access instructions that could be stored for each trace and stores both the address and its value. From our experiments, performed with SPEC2000 integer and floating-point benchmarks, RSTm can achieve average performance improvements (harmonic means) of 2,97% over the original RST and 17,42% over the baseline architecture. These performance improvements are due to several reasons: bigger traces (in average, 7,75 per trace; the original RST has 3,17 in average), with a reuse rate of around 10,88% (less than RST, that presents reuse rate of 15,23%) because the latency of the instructions in the RSTm traces is bigger and compensates the smaller reuse rate.

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.

Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-11-07T19:11:33Z No. of bitstreams: 1 ELISAMA ERALDENE MARQUES LIMA – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 760068 bytes, checksum: 6115401533b8caeb632c4666b961caa1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-11-07T19:11:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ELISAMA ERALDENE MARQUES LIMA – DISSERTAÇÃO (PPGFísica) 2014.pdf: 760068 bytes, checksum: 6115401533b8caeb632c4666b961caa1 (MD5) Previous issue date: 2014-09-26 / CNPq / Neste trabalho, estudamos as propriedades termodinâmicas da condensação de Bose-Einstein (CBE) para um gás de bósons relativísticos no contexto da teoria quântica de campos não-comutativa. Tais teorias foram introduzidas como uma generalização da mecânica quântica em um espaço-tempo não-comutativo. Nosso principal objetivo é investigar em que regimes de temperatura e/ou energia a não-comutatividade pode caracterizar algum comportamento distinto nas propriedades de um condensado de Bose-Einsteindes-crito por um gás bosônico relativístico. Usamos uma teoria baseada no conceito de campos não-comutativos, são introduzidos os parâmetros θ e σ que atuam como reguladores para a teoria, ambos desempenham um papel fundamental na modificação das relações de dispersão do campo bosônico não-comutativo em estudo, o que leva a possíveis consequências fenomenológicas. Expressões analíticas para a fração de partículas no condensado, energia interna, pressão e calor específico do sistema são obtidas através de aproximações baseadas em expansões nos parâmetros não-comutativos, cujos resultados são comparados com os obtidos através de cálculos numéricos. Os efeitos da não comutatividade nas propriedades do sistema são discutidos, então é encontrado que as modificações introduzidas nessa teorias e tornam mais relevantes no regime de altas temperaturas. / In this work, we study the thermo dynamic properties of the Bose-Einstein condensation (BEC) for a relativistic Bose gas in the context of the non commutative quantum field theory. Such theories was introduced as a generalization of quantum mechanics on a non commutative space time. Our main goal is to investigate in which temperature and/or energy regimes the non commutativity can characterize some influence in the properties of Bose-Einstein condensation described by a relativistic bosonic gas. We use a non com- mutative bosonic field theory introducing the non commutative parameters θ and σ. Both parameters play a key role in the modified dispersion relations of the non commutative bosonic field, leading to possibles triking consequences for phenomenology. Analytical expressions for the condensate fraction, internal energy, pressure and specifiche at of the system are obtained by expanding in a power series of the non commutative parameters. These results are compared with that one get by numerical methods. The non commuta- tive effects in the thermo dynamic properties of the system are discussed, then is found that the non commutativity exhibit caracteristics important at high temperature.

Made available in DSpace on 2015-06-17T19:34:17Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-07-28. Added 1 bitstream(s) on 2015-06-18T12:49:09Z : No. of bitstreams: 1 000827446.pdf: 2433476 bytes, checksum: 21143e1877ce2199329e3a0432af0606 (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / Campos escalares, além de possibilitarem uma descrição efetiva de interações mais complexas, surgem como extensões interessantes da Relatividade Geral, candidatos para matéria escura ou como peças-chave em modelos cosmológicos. Sua fenomenologia é rica e pode, a princípio, ser acessada por meio de experimentos e observações. Em particular, configurações astrofísicas que seriam estáveis de acordo com a Relatividade Geral podem se tornar instáveis devido à presença, na Natureza, de certos campos escalares não minimamente acoplados com a gravitação. Recentemente, mostrou-se que essa instabilidade pode se manifestar quanticamente por meio da amplificação das flutuações quânticas do campo e da densidade de energia de vácuo. Esse efeito de dominância do vácuo induzida pela gravitação evidencia o importante papel que podem ter efeitos quânticos em espaços-tempos curvos. O trabalho apresentado nesta Tese tem como objetivo contribuir para um maior entendimento desse efeito, em duas frentes principais. Primeiramente, buscamos esclarecer a relação entre a descrição quântica da instabilidade e a análise clássica dos modos quasinormais do sistema. Em particular, mostramos como flutuações quânticas podem ser simuladas por perturbações clássicas com uma amplitude adequada. Em segundo lugar, estudamos a estabilidade de campos não minimamente acoplados no espaço-tempo de cascas finas esferoidais e com rotação. O objetivo principal desse estudo é caracterizar, em modelos simples, como o espaço de parâmetros da instabilidade se altera quando relaxamos hipóteses assumidas anteriormente, como estaticidade e simetria esférica do espaço-tempo de fundo. A consideração desses aspectos é motivada principalmente pela possibilidade de se colocar vínculos sobre os acoplamentos permitidos na Natureza com base em dados observacionais... / Besides serving as effective models for more complex interactions, scalar fields also arise as interesting extensions of General Relativity, candidates for dark matter or key ingredients in cosmological models. Their phenomenology is rich and may, in principle, be tested by experiments and observations. In particular, generalrelativistic stable spacetimes can be made unstable under the presence of certain nonminimally coupled free scalar fields. It has been shown that this instability may express itself quantum-mechanically through the amplification of quantum fluctuations and of the vacuum energy density of those fields. This effect of vacuum dominance induced by gravity illustrates the important role that quantum effects in curved spacetimes may have. The work presented in this Thesis aims at contributing to a deeper understanding of this effect, along two main lines. First, we clarify the relationship between the quantum approach to instability and the classical analysis of quasinormal modes. In particular, we show how quantum fluctuations can be simulated by classical perturbations of a certain amplitude. Second, we study the stability of nonminimally coupled fields in the spacetime of spheroidal and rotating thin shells of matter, in order to characterize how the parameter space of the instability changes when we drop previously assumed assumptions such as staticity and spherical symmetry of the background spacetime. The consideration of these aspects is mainly motivated by the possibility of using observational data of relativistic stars to constrain the field couplings present in Nature. Possible observational implications of the instability and its relation to other results in the literature are also discussed / FAPESP: 2011/06429-3

Mesmo com o crescente esforço para a detecção e tratamento de instruções redundantes, as dependências verdadeiras ainda causam um grande atraso na execução dos programas. Mecanismos que utilizam técnicas de reuso e previsão de valores têm sido constantemente estudados como alternativa para estes problemas. Dentro desse contexto destaca-se a arquitetura RST (Reuse through Speculation on Traces), aliando essas duas técnicas e atingindo um aumento significativo no desempenho de microprocessadores superescalares. A arquitetura RST original, no entanto, não considera instruções de acesso à memória como candidatas ao reuso. Desse modo, esse trabalho introduz um novo mecanismo de reuso e previsão de valores chamado RSTm (Reuse through Speculation on Traces with Memory), que estende as funcionalidades do mecanismo original, com a adição de instruções de acesso à memória ao domínio de reuso da arquitetura. Dentre as soluções analisadas, optou-se pela utilização de uma tabela dedicada (Memo_Table_L) para o armazenamento das instruções de carga/escrita. Esta solução garante boa economia de hardware, não limita o número de instruções de acesso à memória por traço e, também, armazena tanto o endereço como seu respectivo valor. Os experimentos, realizados com benchmarks do SPEC2000 integer e floating-point, mostram um crescimento de 2,97% (média harmônica) no desempenho do RSTm sobre o mecanismo original e de17,42% sobre a arquitetura base. O ganho é resultado de uma combinação de diversos fatores: traços maiores (em média, 7,75 instruções por traço; o RST original apresenta 3,17 em média), embora com taxa de reuso de aproximadamente 10,88% (inferior ao RST, que apresenta taxa de 15,23%); entretanto, a latência das instruções presentes nos traços do RSTm é maior e compensa a taxa de reuso inferior. / Even with the growing efforts to detect and handle redundant instructions, the true dependencies are still one of the bottlenecks of the computations. Value reuse and value prediction techniques have been studied in order to become an alternative to these issues. Following this approach, RST (Reuse through Speculation on Traces) combines both reuse mechanisms and has achieved some good performance improvements for superscalar processors. However, the original RST mechanism does not consider load/store instructions as reuse candidates. Because of this, our work presents a new value reuse and value prediction technique named RSTm (Reuse through Speculation on Traces with Memory), that extends RST and adds memory-access instructions to the reuse domain of the architecture. Among all studied solutions, we chose the approach of using a dedicated table (Memo_Table_L) to take care of the load/store instructions. This solution guarantees low hardware overhead, does not limit the number of memory-access instructions that could be stored for each trace and stores both the address and its value. From our experiments, performed with SPEC2000 integer and floating-point benchmarks, RSTm can achieve average performance improvements (harmonic means) of 2,97% over the original RST and 17,42% over the baseline architecture. These performance improvements are due to several reasons: bigger traces (in average, 7,75 per trace; the original RST has 3,17 in average), with a reuse rate of around 10,88% (less than RST, that presents reuse rate of 15,23%) because the latency of the instructions in the RSTm traces is bigger and compensates the smaller reuse rate.