A popularidade da linguagem Java no mercado de sistemas embarcados está aumentando como uma alternativa à necessidade de compatibilidade de software e ao crescimento da complexidade das aplicações, notadamente em eletrônica de consumo e automação industrial, mercado que também está se expandindo. Apesar de um melhor gerenciamento da complexidade do software permitido pela linguagem Java, as restrições de necessidade de economia de energia, baixo consumo de potência e necessidade de desempenho impostas aos sistemas embarcados, com especial ênfase aos sistemas portáteis, são potencializadas. Entretanto, as características da Java Virtual Machine, baseada em uma máquina de pilha, abrem possibilidades de otimização do processamento de aplicações embarcadas inerentes às máquinas de pilha e ainda não devidamente exploradas pelos processadores Java atuais. Com a aplicação de tradução binária ao código Java e utilização de técnicas de reconfiguração, consegue-se obter aumento de performance com simultânea economia de energia, permitindo-se uma melhor adequação da execução das aplicações Java para o domínio dos sistemas embarcados. Este trabalho apresenta uma unidade reconfigurável de granularidade grossa, o Javarray, a ser acoplada a um processador de execução Java nativa, destinada à execução otimizada dos blocos básicos mais representativos das aplicações embarcadas Java. Dessa forma, conseguimos explorar ILP de uma maneira simples e com a reconfiguração de poucos blocos básicos obtivemos uma redução no número de instruções executadas em até 42%, aumentamos o desempenho das aplicações em até 2,6 vezes e obtivemos economias de energia de até 64%, ao mesmo tempo em que mantivemos compatibilidade de software com as aplicações Java, e em muitos casos obtivemos simultânea redução na potência consumida. Esses dados referem-se a um conjunto de 3 aplicações específicas utilizadas por nosso grupo. A topologia básica do Javarray é desenvolvida a partir da análise de profiles de aplicações embarcadas, a partir da qual algumas variações organizacionais são exploradas. Em especial, desenvolveu-se uma arquitetura seqüencial, que habilita a utilização de técnicas de pipeline no Javarray, permitindo a exploração de paralelismo de mais alto nível. Como produto secundário dos esforços pela busca de economia de energia através do aumento de desempenho – foco deste trabalho – apresenta-se então os primeiros estudos acerca da possibilidade de execução de processamento do tipo stream em um pipeline de instruções reconfiguráveis no Javarray, aumentando dessa forma o IPC e reduzindo o impacto do consumo estático de energia. / Althought with a better management of the softwares’ complexity, allowed by the Java language, the restrictions of energy saving, low power consumption and the need of performance imposed to the embedded systems, with special emphasis to the mobile systems, are potentialized The popularity of the Java language in the embedded systems market is increasing as an alternative to the software compatibility necessity and the applications’ complexity growth, notably at consumption electronic and industrial automation, market which is also expanding. However, the characteristics of Java Virtual Machine, based upon a stack machine, open new possibilities to the optimization of embedded systems processing inherent to the stack machines and not yet properly explored by the actual Java processors. With the exploitation of binary translation to the Java code and the use of reconfiguration techniques, we can improve the performance with simultaneous energy savings, achieving achieving a better fit of Java applications execution to the embedded systems domain. This work presents a coarse grain reconfigurable unit, the Javarray, to be coupled to a native execution Java microcontroller, designed to the optimized execution of the embedded systems applications more representative basic blocks. With this, we can explore ILP in a simple way and reduce the number of the executed instructions up to 42%, improving the performance up to 2.6 times and saving energy up to 64%, at the same time in which allowing for Java compatibility and, in many cases, still having less power consumption. This data refer to a set of 3 specific applications used by our research group. The basic Javarray topology is developed from the analysis of the embedded application profiles, form which some organizational variations are explored. In special, it was designed a sequential architecture, which enables the use of pipeline techniques on the Javarray, allowing for the exploitation of coarser grains parallelism. As a secondary product of the search for the energy savings through the performance speedup – focus of this work – it is presented the first studies about the possibility of stream-based processing execution in a pipeline of reconfigurable instructions on the Javarray, this way increasing the IPC and reducing the static energy consumption impact.

A popularidade da linguagem Java no mercado de sistemas embarcados está aumentando como uma alternativa à necessidade de compatibilidade de software e ao crescimento da complexidade das aplicações, notadamente em eletrônica de consumo e automação industrial, mercado que também está se expandindo. Apesar de um melhor gerenciamento da complexidade do software permitido pela linguagem Java, as restrições de necessidade de economia de energia, baixo consumo de potência e necessidade de desempenho impostas aos sistemas embarcados, com especial ênfase aos sistemas portáteis, são potencializadas. Entretanto, as características da Java Virtual Machine, baseada em uma máquina de pilha, abrem possibilidades de otimização do processamento de aplicações embarcadas inerentes às máquinas de pilha e ainda não devidamente exploradas pelos processadores Java atuais. Com a aplicação de tradução binária ao código Java e utilização de técnicas de reconfiguração, consegue-se obter aumento de performance com simultânea economia de energia, permitindo-se uma melhor adequação da execução das aplicações Java para o domínio dos sistemas embarcados. Este trabalho apresenta uma unidade reconfigurável de granularidade grossa, o Javarray, a ser acoplada a um processador de execução Java nativa, destinada à execução otimizada dos blocos básicos mais representativos das aplicações embarcadas Java. Dessa forma, conseguimos explorar ILP de uma maneira simples e com a reconfiguração de poucos blocos básicos obtivemos uma redução no número de instruções executadas em até 42%, aumentamos o desempenho das aplicações em até 2,6 vezes e obtivemos economias de energia de até 64%, ao mesmo tempo em que mantivemos compatibilidade de software com as aplicações Java, e em muitos casos obtivemos simultânea redução na potência consumida. Esses dados referem-se a um conjunto de 3 aplicações específicas utilizadas por nosso grupo. A topologia básica do Javarray é desenvolvida a partir da análise de profiles de aplicações embarcadas, a partir da qual algumas variações organizacionais são exploradas. Em especial, desenvolveu-se uma arquitetura seqüencial, que habilita a utilização de técnicas de pipeline no Javarray, permitindo a exploração de paralelismo de mais alto nível. Como produto secundário dos esforços pela busca de economia de energia através do aumento de desempenho – foco deste trabalho – apresenta-se então os primeiros estudos acerca da possibilidade de execução de processamento do tipo stream em um pipeline de instruções reconfiguráveis no Javarray, aumentando dessa forma o IPC e reduzindo o impacto do consumo estático de energia. / Althought with a better management of the softwares’ complexity, allowed by the Java language, the restrictions of energy saving, low power consumption and the need of performance imposed to the embedded systems, with special emphasis to the mobile systems, are potentialized The popularity of the Java language in the embedded systems market is increasing as an alternative to the software compatibility necessity and the applications’ complexity growth, notably at consumption electronic and industrial automation, market which is also expanding. However, the characteristics of Java Virtual Machine, based upon a stack machine, open new possibilities to the optimization of embedded systems processing inherent to the stack machines and not yet properly explored by the actual Java processors. With the exploitation of binary translation to the Java code and the use of reconfiguration techniques, we can improve the performance with simultaneous energy savings, achieving achieving a better fit of Java applications execution to the embedded systems domain. This work presents a coarse grain reconfigurable unit, the Javarray, to be coupled to a native execution Java microcontroller, designed to the optimized execution of the embedded systems applications more representative basic blocks. With this, we can explore ILP in a simple way and reduce the number of the executed instructions up to 42%, improving the performance up to 2.6 times and saving energy up to 64%, at the same time in which allowing for Java compatibility and, in many cases, still having less power consumption. This data refer to a set of 3 specific applications used by our research group. The basic Javarray topology is developed from the analysis of the embedded application profiles, form which some organizational variations are explored. In special, it was designed a sequential architecture, which enables the use of pipeline techniques on the Javarray, allowing for the exploitation of coarser grains parallelism. As a secondary product of the search for the energy savings through the performance speedup – focus of this work – it is presented the first studies about the possibility of stream-based processing execution in a pipeline of reconfigurable instructions on the Javarray, this way increasing the IPC and reducing the static energy consumption impact.

A popularidade da linguagem Java no mercado de sistemas embarcados está aumentando como uma alternativa à necessidade de compatibilidade de software e ao crescimento da complexidade das aplicações, notadamente em eletrônica de consumo e automação industrial, mercado que também está se expandindo. Apesar de um melhor gerenciamento da complexidade do software permitido pela linguagem Java, as restrições de necessidade de economia de energia, baixo consumo de potência e necessidade de desempenho impostas aos sistemas embarcados, com especial ênfase aos sistemas portáteis, são potencializadas. Entretanto, as características da Java Virtual Machine, baseada em uma máquina de pilha, abrem possibilidades de otimização do processamento de aplicações embarcadas inerentes às máquinas de pilha e ainda não devidamente exploradas pelos processadores Java atuais. Com a aplicação de tradução binária ao código Java e utilização de técnicas de reconfiguração, consegue-se obter aumento de performance com simultânea economia de energia, permitindo-se uma melhor adequação da execução das aplicações Java para o domínio dos sistemas embarcados. Este trabalho apresenta uma unidade reconfigurável de granularidade grossa, o Javarray, a ser acoplada a um processador de execução Java nativa, destinada à execução otimizada dos blocos básicos mais representativos das aplicações embarcadas Java. Dessa forma, conseguimos explorar ILP de uma maneira simples e com a reconfiguração de poucos blocos básicos obtivemos uma redução no número de instruções executadas em até 42%, aumentamos o desempenho das aplicações em até 2,6 vezes e obtivemos economias de energia de até 64%, ao mesmo tempo em que mantivemos compatibilidade de software com as aplicações Java, e em muitos casos obtivemos simultânea redução na potência consumida. Esses dados referem-se a um conjunto de 3 aplicações específicas utilizadas por nosso grupo. A topologia básica do Javarray é desenvolvida a partir da análise de profiles de aplicações embarcadas, a partir da qual algumas variações organizacionais são exploradas. Em especial, desenvolveu-se uma arquitetura seqüencial, que habilita a utilização de técnicas de pipeline no Javarray, permitindo a exploração de paralelismo de mais alto nível. Como produto secundário dos esforços pela busca de economia de energia através do aumento de desempenho – foco deste trabalho – apresenta-se então os primeiros estudos acerca da possibilidade de execução de processamento do tipo stream em um pipeline de instruções reconfiguráveis no Javarray, aumentando dessa forma o IPC e reduzindo o impacto do consumo estático de energia. / Althought with a better management of the softwares’ complexity, allowed by the Java language, the restrictions of energy saving, low power consumption and the need of performance imposed to the embedded systems, with special emphasis to the mobile systems, are potentialized The popularity of the Java language in the embedded systems market is increasing as an alternative to the software compatibility necessity and the applications’ complexity growth, notably at consumption electronic and industrial automation, market which is also expanding. However, the characteristics of Java Virtual Machine, based upon a stack machine, open new possibilities to the optimization of embedded systems processing inherent to the stack machines and not yet properly explored by the actual Java processors. With the exploitation of binary translation to the Java code and the use of reconfiguration techniques, we can improve the performance with simultaneous energy savings, achieving achieving a better fit of Java applications execution to the embedded systems domain. This work presents a coarse grain reconfigurable unit, the Javarray, to be coupled to a native execution Java microcontroller, designed to the optimized execution of the embedded systems applications more representative basic blocks. With this, we can explore ILP in a simple way and reduce the number of the executed instructions up to 42%, improving the performance up to 2.6 times and saving energy up to 64%, at the same time in which allowing for Java compatibility and, in many cases, still having less power consumption. This data refer to a set of 3 specific applications used by our research group. The basic Javarray topology is developed from the analysis of the embedded application profiles, form which some organizational variations are explored. In special, it was designed a sequential architecture, which enables the use of pipeline techniques on the Javarray, allowing for the exploitation of coarser grains parallelism. As a secondary product of the search for the energy savings through the performance speedup – focus of this work – it is presented the first studies about the possibility of stream-based processing execution in a pipeline of reconfigurable instructions on the Javarray, this way increasing the IPC and reducing the static energy consumption impact.

Numerous advancements and benefits of the digital age have been made possible by the advent of quantum computers, which is the result of a countless effort of researchers. The rate at which tasks are completed has significantly picked up, while at the same time, the size of these devices is continuing shrinking. When it became clear that even the silicon industry would soon reach its point of saturation, those in the research community became aware of the need to look for an alternative solution. And if we are talking about boosting the speed of computers and reducing the amount of storage space they occupy, there is yet another significant obstacle to overcome in terms of the conservation of energy. Researchers should be working on a solution right now because we are in the midst of a significant energy crisis, and this would be the best time for them to do so. It would be in their best interest to look into ways to reduce their energy consumption, given that we are already aware of how vital it is to pursue such avenues of inquiry. We are certain that the investigation of topological materials can make a contribution to the solution of a good deal of these issues, and we are very optimistic about this prospect (Figure 1.1). It is anticipated that perhaps up to 24 % of all materials will have some topological features [2]. As a consequence of this, the range of possible applications can be increased due to the wide variety of materials that are available. Over the course of the last decade, the expansion of the field of research that focuses on condensed matter physics has directly caused a sea change in the field as a direct result of the growth of materials [3]. These topological materials have the potential to bring scientists one step closer to discovering practical applications for unusual phases. Some of these applications include having the potential to revolutionize electronics and catalysis. These topological materials provide researchers with additional hope to find a solution for the energy crisis. Additionally, prior to the development of applications, it is necessary to identify materials that are suitable for these applications and to study the physical phenomena that are associated with these materials. There are a variety of topological materials that are currently being reexamined for use in improved thermoelectric devices, improved catalytic processes, and various spintronic devices. At the same time, researchers are also looking into new materials which can be used for technical applications in these fields. With this motivation of PhD thesis, several topological semimetals were synthesized to investigate their electronic and magnetic response, and the search for new topological materials with intriguing physical properties were also sought.

Submitted by Maicon Juliano Schmidt (maicons) on 2015-05-05T14:17:01Z No. of bitstreams: 1 Leila Maria Tamanini Roman.pdf: 1478472 bytes, checksum: 52db0d09c275b5afd54c35d29758e75d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-05-05T14:17:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leila Maria Tamanini Roman.pdf: 1478472 bytes, checksum: 52db0d09c275b5afd54c35d29758e75d (MD5) Previous issue date: 2013-01-01 / Nenhuma / Este trabalho apresenta uma avaliação energética, através do software EnergyPlus, de uma sala externa com climatização e um prédio de sete andares com ventilação natural. Para tanto, monitoram-se o consumo de energia mensal, os dados climáticos, características arquitetônicas, número de funcionários, localização e demais características que possam interferir direta ou indiretamente no consumo de energia do ambiente de estudo. Os dados obtidos através de levantamento in loco, memoriais da área de infraestrutura e recursos humanos, juntamente com a análise das faturas de energia elétrica mensais, servem de parâmetro para a simulação, bem como validam os resultados, permitindo a busca de novas alternativas que visem eficiência e redução no consumo. As avaliações são realizadas tendo como base duas edificações pertencentes ao Centro Administrativo de Lojas Colombo, localizadas em Farroupilha, Rio Grande do Sul. A análise visa minimizar o consumo de energia elétrica buscando garantir o máximo de horas em conforto. Para tanto avalia os índices de conforto térmico, as temperaturas internas, os ganhos internos de calor, as condições de operação do ar condicionado na sala externa e a potência necessária de ar condicionado para instalação nas quinze zonas térmicas pertencentes ao prédio, verificando o consumo energético das alternativas utilizadas e a relação custo-benefício. Através das simulações na sala externa constatou-se que, com a utilização de materiais eficientes termicamente, as trocas térmicas do interior com o exterior são minimizadas, o mesmo ocorrendo com a substituição de equipamentos antigos, a exemplo de monitores de tubo. Nas quinze zonas térmicas do prédio, a instalação de um sistema de ar condicionado se apresenta como alternativa para melhorar os índices de conforto térmico em dias com temperaturas mais elevadas ou mais baixas, situações estas em que a ventilação natural não é suficiente para garantir um ambiente confortável. Esta adequação de climatização dos ambientes elevou o consumo com energia elétrica total do prédio em 17%, contudo ocorreu melhora significativa nos índices de conforto térmico. Na sala externa foi obtida uma redução no consumo de energia elétrica de 14% sobre o consumo total e a garantia de 86% de horas ocupadas em conforto. / This study presents the energetic evaluation, through the software EnergyPlus, of an external room with acclimatization and of a seven-story building with natural ventilation. For this, the monthly energy consumed, the climatic data, the architectonic characteristics, the number of people, the location and other characteristics which can interfere directly or indirectly the room’s energy consumption were monitored. The data obtained through in loco survey, memorials of the infrastructure area and human resources, as well as the analysis of the monthly electrical energy bills, are considered as parameters for the simulation and they validate the results, allowing the search for new alternatives that aim at consumption efficiency and reduction. The evaluations are performed based on two buildings which are part of Centro Administrativo de Lojas Colombo, located in Farroupilha, Rio Grande do Sul, Brazil. The analysis aims at minimizing the electric energy consumption with the purpose of ensuring the maximum of comfort hours, so it evaluates the indexes of thermal comfort, the inside temperatures, the inside heat gains, the operation conditions of the air-conditioning in the outside room, and the necessary air-conditioning power for the installation in the fifteen thermal zones which belong to the building, verifying the energetic consumption of the used alternatives and the cost-benefit ratio. Through the simulations in the outside room, it was detected that with the use of thermally efficient material, the thermal exchanges between inside and outside are minimized, the same occurs with the substitution of old equipment, such as tube monitors. In the fifteen thermal zones of the building, the installation of an air-conditioning system is an alternative to improve the thermal comfort indexes in days with higher or lower temperatures. These are situations in which the natural ventilation is not enough to ensure that the environment is comfortable. The air conditioning simulated increased the building energy consumption in 17%, although a significative increase in thermal comfort was achieved. At the external room a 14% reduction in electricity consumption, over the total consumption, and the guarantee of 86% of occupied hours in comfort was obtained.

Master's Thesis is focused on production of CO2 from fossil fuels combustion and the methods of CO2 emission from fossil fuels combustion reduction, resp. pre-combustion and post-combustion separation of CO2. Recapitulation of world consumption of primary energetic resources and carbon dioxide production as a result of theirs combustion in years 1971 - 2006 was made using a number of information sources. Whilst combustion o fossil fuel is related with production of CO2, calculation of emission rate of CO2 from fossil fuels (natural gas, crude oil and coal) was demonstrated. The Case Study of energy and material balances of gas turbine cycle with synthesis of methane from CO2 and from hydrogen which is produced in water splitting was made, using CHEMCAD software.

The goal of the thesis is firstly to get all the information about the initial state of solved block of flats, which is located on the street Merhautova 76/954 in Brno – Černá pole, in terms of constructions, energy consumption and initial state of heating system. In the second part of the thesis, where are discussed the possibilities of reduction of energy consumption, variant drafts of reduction of energy consumption and their financial costs and the choice of optimal variant. Third part deals with assement of solved block of flats in terms of sustainable built environment by using tool to rate buildings in terms of sustainable built environment - SBToolCZ, evaluation of possibility to use renewables. In the end are written summaries and recommendations.