Implementing a Prolog Runtime System in a language like Java which provides its own automatic memory management and safety features such as built--in index checking and array initialization requires a consistent approach to memory management based on a simple ultimate goal: minimizing total memory management time and extra space involved. The total memory management time for Jinni is made up of garbage collection time both for Java and Jinni itself. Extra space is usually requested at Jinni's garbage collection. This goal motivates us to find a simple and practical garbage collection algorithm and implementation for our Prolog engine. In this thesis we survey various algorithms already proposed and offer our own contribution to the study of garbage collection by improvements and optimizations for some classic algorithms. We implemented these algorithms based on the dynamic array algorithm for an all--dynamic Prolog engine (JINNI 2000). The comparisons of our implementations versus the originally proposed algorithm allow us to draw informative conclusions on their theoretical complexity model and their empirical effectiveness.

Este trabalho e dedicado ao estudo da exploração de paralelismo na Programação em Lógica. O aspecto declarativo das linguagens de Programação em Lógica permite uma exploração eficiente do paralelismo implícito no código, de forma mais simples que as linguagens imperativas. Ao mesmo tempo, o paralelismo tem-se mostrado uma forte opção para procura de aumentos significativos do desempenho dos computadores. Como conseqüência, nos últimos anos, diversas maquinas paralelas tem surgido no mercado. No entanto, a sua efetiva utilização ainda ressente-se de uma dificuldade de programação maior que a das maquinas sequênciais. Por outro lado, o alto nível das linguagens de Programação em Lógica permite o desenvolvimento de programas de forma mais rápida e concisa do que as linguagens tradicionais (imperativas). Porem, apesar dos importantes progressos nas técnicas de compilação destas linguagens, elas permanecem menos eficientes que as linguagens imperativas. 0 aumento na eficiência de execução da Programação em Lógica, com o use do paralelismo, certamente estenderá o seu emprego. Em função disto, a unido da Programação em Lógica e maquinas paralelas tem sido proposta como uma alternativa para facilitar a programação das maquinas paralelas, bem como para aumentar o desempenho na Programação em Lógica. O ponto central do trabalho e a concepção de um modelo para exploração do paralelismo E Restrito na execução de Prolog, voltado para arquiteturas multiprocessadoras sem memória comum. Como ponto de partida foi utilizado o modelo já definido para exploração do paralelismo OU do projeto OPERA, do Instituto de Informática da UFRGS, de maneira que o modelo de paralelismo E proposto possa vir a compor, com aquele, uma plataforma que integre a exploração simultânea dos paralelismos E e OU. O modelo concebido compreende uma proposta de compilação e um ambiente de execução. A detecção e o controle do paralelismo é iniciado na compilação. Nesta fase, a gerada uma Expressão Condicional de Execução para cada clausula do programa Prolog, cuja avaliação em tempo de processamento determina a execução, em paralelo ou não, dos literais que compõem a clausula. A Maquina Abstrata Prolog, projetada para o emulador paralelo, é baseada na WAM (Warren Abstract Machine), uma das mais eficientes e difundidas técnicas para compilação Prolog. Isto, dentre outros aspectos, confere uma boa portabilidade ao modelo. O ambiente de execução compreende a concepção de uma arquitetura de processos formada por trabalhadores OPERA, uma filosofia de escalonamento de serviço entre estes trabalhadores, uma política para gerencia de sua memória e uma estratégia para as comunicações. Para validar o modelo proposto para exploração do paralelismo E, o mesmo foi implementado em rede local de estações Unix, obtendo bons resultados. / This work is devoted to the study of the exploration of parallelism in Logic Programming. The declarative aspect of the Logic Programming languages allows an efficient exploration of the implicit parallelism in the code, in a simpler form than the imperative languages. At the same time, parallelism has been shown as a strong option to the search for significant increases in the performance of the computers. As a consequence, in the last years, several parallel machines have been sprung up into the market. Nevertheless, their effective usefulness still undergoes some difficulties in programming which are greater than those of the sequential machines. On the other hand, the high level of Logic Programming languages allows programs development to be faster and concise than in the traditional languages (imperatives). However, despite the important progress in compiling techniques for these languages, they remain less efficient than the imperatives languages. The increase in execution efficiency of logic programs, with the use of parallelism, will probabily extend their use. Having this in mind, the union of the Logic Programming and parallel machines has been proposed as an alternative to make programming of the parallel machines easier, as well as to increase the performance of Logic Programming. The central aspect of the work is the conception of a model to explore the Restricted AND Parallelism in the execution of Prolog, turned to multiprocessing architectures without a common memory. As a starting point, the already defined model for exploring OR parallelism of the OPERA project, from the Instituto de Informatica da UFRGS was used. This happened so that the proposed model of AND parallelism can make up a plataform with that one to integrate the simultaneous exploration of the AND and OR parallelisms. The conceived model holds a proposal of compilation and execution environment. The detection and the control of the parallelism is started in the compilation. A Conditional Expression of Execution to each clause of the Prolog program is generated on this phase. Its evaluation, during the time of processing, determines the execution, whether or not in parallel, of the literals that constitute the clause. The Abstract Prolog Machine, projected for the parallel emulator, is based on the WAM (Warren Abstract Machine) which is one of the most efficient and spread techniques for Prolog compilation. This aspects, among others, gives a good portability to the model. The environmente of execution comprises the conception of an architecture of processes formed by OPERA workers and a philosophy of scheduling service among these workers; it also comprise a policy to manage its memory and a strategy for the communications. So that the proposed model for the exploitation of AND parallelism got validated, it was implemented on a local net of Unix workstations, obtaining good results.

Este trabalho e dedicado ao estudo da exploração de paralelismo na Programação em Lógica. O aspecto declarativo das linguagens de Programação em Lógica permite uma exploração eficiente do paralelismo implícito no código, de forma mais simples que as linguagens imperativas. Ao mesmo tempo, o paralelismo tem-se mostrado uma forte opção para procura de aumentos significativos do desempenho dos computadores. Como conseqüência, nos últimos anos, diversas maquinas paralelas tem surgido no mercado. No entanto, a sua efetiva utilização ainda ressente-se de uma dificuldade de programação maior que a das maquinas sequênciais. Por outro lado, o alto nível das linguagens de Programação em Lógica permite o desenvolvimento de programas de forma mais rápida e concisa do que as linguagens tradicionais (imperativas). Porem, apesar dos importantes progressos nas técnicas de compilação destas linguagens, elas permanecem menos eficientes que as linguagens imperativas. 0 aumento na eficiência de execução da Programação em Lógica, com o use do paralelismo, certamente estenderá o seu emprego. Em função disto, a unido da Programação em Lógica e maquinas paralelas tem sido proposta como uma alternativa para facilitar a programação das maquinas paralelas, bem como para aumentar o desempenho na Programação em Lógica. O ponto central do trabalho e a concepção de um modelo para exploração do paralelismo E Restrito na execução de Prolog, voltado para arquiteturas multiprocessadoras sem memória comum. Como ponto de partida foi utilizado o modelo já definido para exploração do paralelismo OU do projeto OPERA, do Instituto de Informática da UFRGS, de maneira que o modelo de paralelismo E proposto possa vir a compor, com aquele, uma plataforma que integre a exploração simultânea dos paralelismos E e OU. O modelo concebido compreende uma proposta de compilação e um ambiente de execução. A detecção e o controle do paralelismo é iniciado na compilação. Nesta fase, a gerada uma Expressão Condicional de Execução para cada clausula do programa Prolog, cuja avaliação em tempo de processamento determina a execução, em paralelo ou não, dos literais que compõem a clausula. A Maquina Abstrata Prolog, projetada para o emulador paralelo, é baseada na WAM (Warren Abstract Machine), uma das mais eficientes e difundidas técnicas para compilação Prolog. Isto, dentre outros aspectos, confere uma boa portabilidade ao modelo. O ambiente de execução compreende a concepção de uma arquitetura de processos formada por trabalhadores OPERA, uma filosofia de escalonamento de serviço entre estes trabalhadores, uma política para gerencia de sua memória e uma estratégia para as comunicações. Para validar o modelo proposto para exploração do paralelismo E, o mesmo foi implementado em rede local de estações Unix, obtendo bons resultados. / This work is devoted to the study of the exploration of parallelism in Logic Programming. The declarative aspect of the Logic Programming languages allows an efficient exploration of the implicit parallelism in the code, in a simpler form than the imperative languages. At the same time, parallelism has been shown as a strong option to the search for significant increases in the performance of the computers. As a consequence, in the last years, several parallel machines have been sprung up into the market. Nevertheless, their effective usefulness still undergoes some difficulties in programming which are greater than those of the sequential machines. On the other hand, the high level of Logic Programming languages allows programs development to be faster and concise than in the traditional languages (imperatives). However, despite the important progress in compiling techniques for these languages, they remain less efficient than the imperatives languages. The increase in execution efficiency of logic programs, with the use of parallelism, will probabily extend their use. Having this in mind, the union of the Logic Programming and parallel machines has been proposed as an alternative to make programming of the parallel machines easier, as well as to increase the performance of Logic Programming. The central aspect of the work is the conception of a model to explore the Restricted AND Parallelism in the execution of Prolog, turned to multiprocessing architectures without a common memory. As a starting point, the already defined model for exploring OR parallelism of the OPERA project, from the Instituto de Informatica da UFRGS was used. This happened so that the proposed model of AND parallelism can make up a plataform with that one to integrate the simultaneous exploration of the AND and OR parallelisms. The conceived model holds a proposal of compilation and execution environment. The detection and the control of the parallelism is started in the compilation. A Conditional Expression of Execution to each clause of the Prolog program is generated on this phase. Its evaluation, during the time of processing, determines the execution, whether or not in parallel, of the literals that constitute the clause. The Abstract Prolog Machine, projected for the parallel emulator, is based on the WAM (Warren Abstract Machine) which is one of the most efficient and spread techniques for Prolog compilation. This aspects, among others, gives a good portability to the model. The environmente of execution comprises the conception of an architecture of processes formed by OPERA workers and a philosophy of scheduling service among these workers; it also comprise a policy to manage its memory and a strategy for the communications. So that the proposed model for the exploitation of AND parallelism got validated, it was implemented on a local net of Unix workstations, obtaining good results.

Este trabalho e dedicado ao estudo da exploração de paralelismo na Programação em Lógica. O aspecto declarativo das linguagens de Programação em Lógica permite uma exploração eficiente do paralelismo implícito no código, de forma mais simples que as linguagens imperativas. Ao mesmo tempo, o paralelismo tem-se mostrado uma forte opção para procura de aumentos significativos do desempenho dos computadores. Como conseqüência, nos últimos anos, diversas maquinas paralelas tem surgido no mercado. No entanto, a sua efetiva utilização ainda ressente-se de uma dificuldade de programação maior que a das maquinas sequênciais. Por outro lado, o alto nível das linguagens de Programação em Lógica permite o desenvolvimento de programas de forma mais rápida e concisa do que as linguagens tradicionais (imperativas). Porem, apesar dos importantes progressos nas técnicas de compilação destas linguagens, elas permanecem menos eficientes que as linguagens imperativas. 0 aumento na eficiência de execução da Programação em Lógica, com o use do paralelismo, certamente estenderá o seu emprego. Em função disto, a unido da Programação em Lógica e maquinas paralelas tem sido proposta como uma alternativa para facilitar a programação das maquinas paralelas, bem como para aumentar o desempenho na Programação em Lógica. O ponto central do trabalho e a concepção de um modelo para exploração do paralelismo E Restrito na execução de Prolog, voltado para arquiteturas multiprocessadoras sem memória comum. Como ponto de partida foi utilizado o modelo já definido para exploração do paralelismo OU do projeto OPERA, do Instituto de Informática da UFRGS, de maneira que o modelo de paralelismo E proposto possa vir a compor, com aquele, uma plataforma que integre a exploração simultânea dos paralelismos E e OU. O modelo concebido compreende uma proposta de compilação e um ambiente de execução. A detecção e o controle do paralelismo é iniciado na compilação. Nesta fase, a gerada uma Expressão Condicional de Execução para cada clausula do programa Prolog, cuja avaliação em tempo de processamento determina a execução, em paralelo ou não, dos literais que compõem a clausula. A Maquina Abstrata Prolog, projetada para o emulador paralelo, é baseada na WAM (Warren Abstract Machine), uma das mais eficientes e difundidas técnicas para compilação Prolog. Isto, dentre outros aspectos, confere uma boa portabilidade ao modelo. O ambiente de execução compreende a concepção de uma arquitetura de processos formada por trabalhadores OPERA, uma filosofia de escalonamento de serviço entre estes trabalhadores, uma política para gerencia de sua memória e uma estratégia para as comunicações. Para validar o modelo proposto para exploração do paralelismo E, o mesmo foi implementado em rede local de estações Unix, obtendo bons resultados. / This work is devoted to the study of the exploration of parallelism in Logic Programming. The declarative aspect of the Logic Programming languages allows an efficient exploration of the implicit parallelism in the code, in a simpler form than the imperative languages. At the same time, parallelism has been shown as a strong option to the search for significant increases in the performance of the computers. As a consequence, in the last years, several parallel machines have been sprung up into the market. Nevertheless, their effective usefulness still undergoes some difficulties in programming which are greater than those of the sequential machines. On the other hand, the high level of Logic Programming languages allows programs development to be faster and concise than in the traditional languages (imperatives). However, despite the important progress in compiling techniques for these languages, they remain less efficient than the imperatives languages. The increase in execution efficiency of logic programs, with the use of parallelism, will probabily extend their use. Having this in mind, the union of the Logic Programming and parallel machines has been proposed as an alternative to make programming of the parallel machines easier, as well as to increase the performance of Logic Programming. The central aspect of the work is the conception of a model to explore the Restricted AND Parallelism in the execution of Prolog, turned to multiprocessing architectures without a common memory. As a starting point, the already defined model for exploring OR parallelism of the OPERA project, from the Instituto de Informatica da UFRGS was used. This happened so that the proposed model of AND parallelism can make up a plataform with that one to integrate the simultaneous exploration of the AND and OR parallelisms. The conceived model holds a proposal of compilation and execution environment. The detection and the control of the parallelism is started in the compilation. A Conditional Expression of Execution to each clause of the Prolog program is generated on this phase. Its evaluation, during the time of processing, determines the execution, whether or not in parallel, of the literals that constitute the clause. The Abstract Prolog Machine, projected for the parallel emulator, is based on the WAM (Warren Abstract Machine) which is one of the most efficient and spread techniques for Prolog compilation. This aspects, among others, gives a good portability to the model. The environmente of execution comprises the conception of an architecture of processes formed by OPERA workers and a philosophy of scheduling service among these workers; it also comprise a policy to manage its memory and a strategy for the communications. So that the proposed model for the exploitation of AND parallelism got validated, it was implemented on a local net of Unix workstations, obtaining good results.

Cette thèse est consacrée à l'implémentation de PEPSys (Parallel ECRC Prolog System) sur un multiprocesseur à mémoire partagée et à l'évaluation de cette implémentation. Le projet PEPSys vise à exploiter le parallélisme en programmation logique pour obtenir, sur les multiprocesseurs existants actuellement, des gains de performances relativement aux systèmes Prolog les plus efficaces. Un langage, extension de Prolog, un modèle de calcul et une machine abstraite basée sur la WAM ont été définis et validés par une implémentation sur multiprocesseur et une simulation d'architecture parallèle extensible. Le modèle de calcul supporte les parallélismes OU et ET indépendant ainsi que leur combinaison avec l'exécution séquentielle et le retour-arrière. L'implémentat,ion de PEPSys qui fait l'objet de cette thèse constitue l'un des premiers systèmes logiquesO.U-parallèles à procurer des gains de performances, relativement aux systèmes Prolog séquentiels efficaces. Les nombreuses mesures présentées dans la thèse permettent de valider cette implémentation ainsi que les principaux mécanismes du modèle de calcul, tout en suggérant des optimisations

Esse trabalho propõe a implementação de um sistema Prolog eficiente no espaço, o mesmo é baseado nos trabalhos de David H. D. Warren e Hassan Aït-Kaci. A Common Lisp é a estrutura usada para a construção do sistema Prolog, ela foi escolhida tanto por fornecer um ambiente eficiente no espaço quando por ser uma linguagem de programação rica no sentido de que fornece ao usuário abstrações e novas maneiras de pensar. O sistema resultante consiste em uma nova sintaxe aplicada à linguagem inicial que funciona sobre a implementanção Common Lisp chamada SBCL e é capaz de abstrair ou explorar o sistema subjacente. / This thesis proposes the implementation of a space efficient Prolog implementation based on the work of David H. D. Warren and Hassan Aït-Kaci. The Common Lisp is the framework used to the construction of the Prolog system, it was chosen both to provide a space efficient environment and a rich programming language in the sense that it supply the user with abstractions and new ways of thinking. The resulting system is a new syntax to the initial language that runs on top of the SBCL Common Lisp implementation and can abstract away or exploit the underlying system. / Tese (Doutorado)

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-25T11:55:26Z No. of bitstreams: 1 wolmararaujoneto.pdf: 9045744 bytes, checksum: 685167b5aabc68d680681643c44b7a4e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-25T12:12:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 wolmararaujoneto.pdf: 9045744 bytes, checksum: 685167b5aabc68d680681643c44b7a4e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-25T12:12:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 wolmararaujoneto.pdf: 9045744 bytes, checksum: 685167b5aabc68d680681643c44b7a4e (MD5) Previous issue date: 2014-08-25 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / A presente dissertação tem como objetivo principal desenvolver uma metodologia capaz de auxiliar no projeto e implementação de controles para sistemas a eventos discretos (SED) de forma a otimizar a modelagem, documentação e implantação da planta estudada. Para tanto a definição tradicional de autômato foi alterado para incluir um novo subconjunto de estados obrigatórios, isto é, estados que o sistema deve passar antes de chegar a um estado marcado. Seguindo a modelagem tradicional, cada subsistema é modelado através desta nova abordagem. Em uma segunda etapa, uma nova iteração de análise de cada subsistema é realizada para restringir situações indesejadas do sistema. Com esta fase finalizada os subsistemas são mesclados através de uma técnica tradicional de autômatos em paralelo. O sistema final resultante é apresentado a um otimizador, baseado em PROLOG, que busca a melhor sequência de eventos obedecendo a todas as restrições modeladas e termine no estado marcado informado pelo projeto. Este resultado fornece a Rede de Petri ideal do sistema e sua programação em GRAFCET. Tais métodos serão testados em componentes de um sistema de manufatura flexível real. / The present master thesis has as its main goal to develop a methodology able to assist in design and implementation of discrete event system (DES) controllers in order to optimize the modeling, documentation and deployment of plant in study. To do so the automaton traditional concept was changed to include a new subset of mandatory states, i.e. states that the system should pass before reach a marked state. Following the traditional modeling, each subsystem is modeled using this new approach. In a second step, a new iteration of analysis of each subsystem is performed to restrain system’s unwanted situations. At the end of this step the subsystems are composed by a traditional parallel automatons technique. The resulting system is presented to an optimizer, based in PROLOG, which searches the best event sequence obeying to all modeled restrictions and ends in the marked state defined in design. This result provides the ideal Petri Net of the system and its GRAFCET programming. Such methods will be tested in a flexible real manufacturing system.

Ce mémoire présente la conception, la réalisation et les tests effectués pour une architecture générique permettant à une machine de reconnaitre le sens d'un message en utilisant le modèle de la cognition linguistique de l'humain et un environnement commun à celui des humains. À ce jour, les machines reconnaissent des mots clés et répondent en suivant un modèle préfabriqué, tous deux préprogrammés par des humains. Donc, chaque agent informatique muni d'une forme d'interaction avec le public se voit attribuer un certain nombre de questions potentielles avec les réponses associées, parfois préconstruite. C'est-à-dire que la machine possède une base de mots avec un ordre prédéfini de ceux-ci qu'elle peut utiliser, parfois une phrase déjà entièrement construite, que la machine utilise telle qu'elle. L'objectif principal de ce projet est de démontrer qu'il est possible pour la machine de s'approcher du modèle proposé par les linguistes, principalement un modèle proposé par Kleiber, adjoint à un modèle de cognition, celui du STI, et d'extraire le sens d'un message dans le but de l'interpréter Ainsi, il est possible d'établir une forme de dialogue entre un être humain et une machine. Cet objectif est atteint en proposant une nouvelle architecture générique pour le traitement du langage naturel. Contrairement à ce qui est fait habituellement dans ce genre de problématique, les réponses obtenues ne doivent pas être des réponses préconçues, mais bien des phrases générées par la machine à partir de la grammaire de la langue. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de donner un sens aux mots composant un message de manière à ce qu'une machine soit en mesure de l'interpréter dans un langage qui lui est propre. Cela est fait de manière à ce que cette même machine puisse répondre à son interlocuteur, voire éventuellement prendre une décision en rapport avec la conversation.

The first Part of the thesis explains from first principles the concept of "logic programming" and its practical application in the programming language Prolog. Prolog is a simple but powerful language which encourages rapid, error-free programming and clear, readable, concise programs. The basic computational mechanism is a pattern matching process ("unification") operating on general record structures ("terms" of logic). IThe ideas are illustrated by describing in detail one sizable Prolog program which implements a simple compiler. The advantages and practicability of using Prolog for "real" compiler implementation are discussed. The second Part of the thesis describes techniques for implementing Prolog efficiently. In particular it is shown how to compile the patterns involved in the matching process into instructions of a low-level language. This idea has actually been implemented in a compiler (written in Prolog) from Prolog to DECsystem-10 assembly language. However the principles involved are explained more abstractly in terms of a "Prolog Machine". The code generated is comparable in speed with that produced by existing DEC10 Lisp compilers. Comparison is possible since pure Lisp can be viewed as a (rather restricted) subset of Prolog. It is argued that structured data objects, such as lists and trees, can be manipulated by pattern matching using a "structure 'sharing" representation as efficiently as by conventional selector and constructor functions operating on linked records in "heap" storage. Moreover the pattern matching formulation actually helps the implementor to produce a better implementation.

É apresentada a implementação de um sistema de prova automática de teoremas baseado no Método de Eliminação de Modelos Fraca com participação dinâmica de problemas a fim de permitir o processamento em paralelo. O sistema, em sua versão seqüencial, pode ser executado em qualquer equipamento compatível com IBM-PC XT/AT. A versão paralela foi implementada para ser executada no processador preferencial de Telebrás, onde a comunicação entre os processos é efetuada por troca de mensagens. O sistema permite a execução de uma dedução com um número qualquer de processadores sem que seja necessária uma hierarquização rígida dos processos, ou seja, não existe o conceito de "produtor"e "consumidor".A troca de mensagens é efetuada através da utilização de procedimentos de comunicação especialmente desenvolvidas para máquina a ser utilizada.