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Estudo da dispersão de gases odorantes ao redor de obstáculos através do modelo de pluma flutuanteDOURADO, H. O. 28 August 2007 (has links)
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Previous issue date: 2007-08-28 / A emissão atmosférica de compostos odorantes pode causar impactos ambientais, causando incômodo e trazendo prejuízos à saúde. Uma das ferramentas empregadas nos estudos desses impactos são os modelos matemáticos, baseados na solução das equações de transporte do poluente. Um aspecto importante é a capacidade dos modelos em incluir o efeito da presença de obstáculos no escoamento. Devido à facilidade e rapidez em sua aplicação, os modelos gaussianos são muitas vezes empregados, mas sua formulação original não leva em conta a presença de obstáculos. A presença de obstáculos aumenta a geração de turbulência, causando uma maior diluição do poluente emitido. A possibilidade de incluir estes efeitos na modelagem gaussiana foi objeto de estudo de vários autores. O presente trabalho estuda a modelagem matemática da dispersão atmosférica de compostos odorantes empregando a modelagem gaussiana de pluma flutuante empregada com seis diferentes abordagens para considerar os efeitos da presença do obstáculo. O modelo de pluma flutuante estabelece que a dispersão atmosférica de um poluente é o resultado da turbulência e do movimento oscilatório devido à variação da direção do vento, sendo que a concentração do poluente, bem como a variação da posição da pluma obedecem à distribuições gaussianas. A metodologia empregada permite a previsão do impacto causado fornecendo, além dos resultados de concentração média durante um determinado tempo de amostragem, informações quanto à intermitência tempo em que a concentração do composto ultrapassa um limiar definido. São fornecidos também informações quanto à relação entre o valor de pico e o valor médio da concentração no receptor. Os resultados da modelagem são comparados a dados obtidos em experimentos realizados em túnel de vento e mostram que o modelo não é completamente adequado ao emprego para estudo da dispersão atmosférica, apesar de mostrar concordância relativamente boa com os dados experimentais quanto à concentração média. Os resultados mostram que a influência do obstáculo é bem modelada qualitativamente. Os resultados da intermitência apresentaram magnitude subestimada pelo modelo em regiões próximas do obstáculo e superestimada em pontos mais afastados deste. Este resultado pode ser devido à maneira de modelar o efeito do formato do obstáculo ou à forma de determinação dos parâmetros de dispersão relativos à pluma flutuante. Uma modificação desses parâmetros manteve o resultado obtido para a concentração média e relação pico/média, porém alterou os resultados da intermitência, tornando-os de comportamento mais próximos ao observado em túnel de vento.
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Implementação em FPGA de uma biblioteca parametrizável para inversão de matrizes baseada no algoritmo Gauss-Jordan, usando representação em ponto flutuanteArias García, Janier 24 September 2010 (has links)
Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2010. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2011-04-12T16:33:59Z
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2010_JanierAriasGarcia.pdf: 1477625 bytes, checksum: 49f129291f7b6557c3d4729d552f872f (MD5) / Made available in DSpace on 2011-05-20T15:41:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1
2010_JanierAriasGarcia.pdf: 1477625 bytes, checksum: 49f129291f7b6557c3d4729d552f872f (MD5) / As operações computacionais em que se desenvolvem cálculos matriciais são à base, ou melhor, o coração de muitos algoritmos computacionais científicos, por exemplo: processamento de sinais,visão computacional, robótica, entre outros. Esse tipo de algoritmos em que desenvolvem-se cálculos matriciais terminam sendo tarefas computacionalmente custosas, e suas implementações em hardware exigem grandes esforços e tempo. Existe então uma crescente demanda por arquiteturas que permitam cálculos matriciais, proporcionando soluções rápidas e eficientes para este tipo de problema. Este trabalho apresenta diferentes arquiteturas computacionais para inverter matrizes em hardware reconfigurável, FPGA: (a) sequencial, (b) pipeline e (c) Paralelo. Estas arquiteturas usam uma representação de ponto flutuante tanto em precisão simples (32 bits) quanto precisão dupla (64 bits), visando o uso em implementações de baixo consumo de recursos lógicos, na qual
a unidade principal é o componente de processamento para redução Gauss-Jordan. Esse componente consiste de outras pequenas unidades organizadas de tal forma que mantêm a precisão dos resultados sem a necessidade de internamente normalizar e de-normalizar os dados em ponto flutuante. No intuito de gerar arquiteturas de baixo custo, este trabalho propõe o estudo de diferentes formas de abordar o problema, descrevendo em código VHDL estas arquiteturas em que os tamanhos de matrizes são definidos pelos usuários. Os resultados de erro e de tempo
de execução das arquiteturas desenvolvidas foram comparados contra o MatLab, que faz uma
simulação comportamental do código VHDL gerado através do ambiente de simulação ModelSim. A implementação das operações e da própria unidade procura explorar os recursos disponíveis na FPGA Virtex-5. O desempenho e o consumo de recursos são apresentados, comparando as diferentes arquiteturas desenvolvidas entre si e entre outras arquiteturas propostas encontradas
em publicações anteriores. Além disso, é mostrado o decremento no desempenho a medida que o tamanho da matriz aumenta. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / Computer operations demanding matrix calculations are at the heart of many scientific computing algorithms such as: signal processing, computer vision, robotics, among others. Because these algorithms perform matrix calculations, they are often computationally expensive, and
their hardware implementations require much effort and time. So there is a growing demand for architectures that perform matrix calculations, fast and efficiently.
This work presents different computer architectures for matrix inversion in FPGA reconfigurable hardware: (a) sequential, (b) pipeline and (c) Parallel. These architectures use a floating point representation in both single-precision (32 bit) and double precision (64 bits), suitable for use in low cost implementations, and where main component is Gauss-Jordan reduction. This component consists of other small units arranged in such a way that maintains the accuracy of
results without the need of internally normalizing and de-normalizing the floating point data. In order to generate low-cost architectures, this work proposes to study different ways of approaching the problem in VHDL code, and allowing that sizes of matrices be defined by users. All architectures were simulated using MatLab, with a behavioral simulation of VHDL code generated by ModelSim simulation environment. As a result of comparing the error obtained by the architecture, with the inversion performed using MatLab as static estimator. The implementation of operations and the unit seeks to explore the resources available in Virtex-5 FPGA. The performance and resource consumption are presented, comparing the different architectures developed between themselves and with others proposed in previous publications. In addition, it is shown the influence of the array size in the performance.
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Projeto de um circuito integrado dedicado a simulação de circuitos ULSIFrança, Eliane 16 December 1999 (has links)
Orientador: Furio Damiani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-25T23:03:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1
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Previous issue date: 1999 / Resumo: O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de um microprocessador dedicado para a simulação de circuitos ULSI ¿ Ultra Large Scale Integration, ou seja, circuitos integrados de larga escala de integração. Ele faz parte de um arranjo de processadores proposto para um sistema de simulação por hardware, denominado ABACUS, desenvolvido no DSIF/FEEC/UNICAMP. Dentro do ABACUS este microprocessador, denominado MPH ¿ Model Processing Hardware (processador de modelos) é a célula unitária de um arranjo de microprocessadores. A arquitetura do MPH é formada pelos seguintes blocos: registros de entrada e saída, memória para armazenamento do programa de descrição do modelo ¿ UMA; memória para dados e resultados da simulação ¿ MEL; controle microprogramado e Unidade Aritmética e Lógica em ponto flutuante para 32 bits. Por apresentar uma arquitetura microprogramada, encontra aplicabilidade em outros sistemas dedicados tais como: satélite para previsão do tempo, robótica, redes neurais, hardware evolutivo, etc. O projeto foi descrito em linguagem VHSIC ¿ (Very High Speed Integrated Circuits) Hardware Description Language e simulado em ambiente Mentor Graphics / Abstract: The aim of this work is the development of a custom microprocessor to simulate ULSI ¿ Ultra Large Scale Integration circuits. It is part of an array of processors proposed as a system for circuit simulation by Hardware, named ABACUS. Inside the ABACUS, the microprocessor, named MPH ¿ Model Processing Hardware (model processor), is the basic cell of the microprocessor array. The architecture of the MPH is composed by: input and output registers, memory to store the program of description model ¿ UMA; a memory for the storage of simulation data and results ¿ MEL; microprogramed control and Arithmethic and Logic Unit in 32 bits floating point. As its architecture is microprogrammed it can be employed in other custom systems like: time prevision satellite, robotics, neural networks, evolvable hardware and so on. The design has been descibed in VHDL language ¿ VHSIC Hardware Description Language and simulated in Mentor Graphics enviroment / Doutorado / Eletronica e Comunicações / Doutor em Engenharia Elétrica
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[en] FLOATING PRINT PROCESSOR: ANALYSIS AND DEVELOPMENT OF A BINARY FLOATING PRINT UNIT / [pt] PROCESSADOR DE PONTO FLUTUANTE: ANÁLISE DA ARITMÉTICA BINÁRIA FLUTUANTE E DESENVOLVIMENTO DE UMA UNIDADELUIZ FERNANDO GOMES SOARES 08 September 2009 (has links)
[pt] O processador de Ponto Flutuante se constitui em uma unidade aritmética projetada para se adaptar a qualquer processador de 8.16 ou 32 bits, fornecendo um conjunto de instruções suplementar para a realização de operações aritméticas em ponto flutuante de precisão simples ou dupla.
Projetado de forma a executar corretamente com o processador central, seu uso proporciona uma alternativa à utilização de rotinas em ponto flutuante realizados por software, implicando em uma economia de tempo e custo. Sua utilização pode resultar em uma melhora de algumas ordens de grandeza na velocidade de execucuão de operações aritméticas.
Este trabalho além do projeto de uma unidade de ponto flutuante, apresenta um estudo profundo e minucioso de vários algoritmos aritméticos, dando também uma contribuição sobre a comparação do uso destes algoritmos em vários tipos de arquitetura. / [en] The Floating Point Processor is an arithmetic unit designed to be connected to any 8, 16, or 32 bits central processor, providing a suplementar instructio set for the realization of double or simple precision floating point arithmetic operations.
Implemented in order to execute concurrely with the central processor, its use is an alternative to the utilization of sftwere routines, with a cost and time saving. Its uitlizat can result a better performance of some orders of magnitude in the speed of execution of arithmetics operations.
This thesis presents the implementation of a floating point unit, and a thorough study of several arithimetic of these algorithms on several possible architectures.
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Cidade flutuante: uma Manaus sobre as águas (1920-1967)Souza, Leno José Barata 14 May 2010 (has links)
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Previous issue date: 2010-05-14 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work search expects to understand the city of Manaus enters the years of 1920 and 1967 from a specific subject: " The Floating City of Manaus" that, inside of this period, it was gradual if forming for the vast coast of the city, if becoming, in middle of the decade of fifty, a social and urban phenomenon produced by a proper culture of the place in which the relation with fluvial waters was always a strong characteristic in the life of the inhabitants of a certain region of amazonian hinterlândia.
Talking with old inhabitants of the city of Manaus, over all with the former inhabitants of the floating city , the research looks for to rediscuss the Manaus of the period, just exit of gomífera its belle époque, traditionally clipped times, from a hegemonic memory, as maximum example of civilization and amazonense progress in contraposition to the historical time of this work, officially retaken for the lode of the lethargic and declining economic crisis.
However, this exactly projected period, for example, to the light of the culture of the floating, while territories of the most varied sociabilities, can be surprised a vibrant and intriguing city that, through the most different experiences of housings, works and recreation was daily complained for its inhabitants.
In this direction, the floating city , was without a doubt, the impactante social experience of this city in transformation. Almost unknown experiences for the Brazilian society, exactly the amazonense, little touched by a local official speech and/or rare contemplated by intellectual works, are classic or current they.
Historiográfics gaps and silence that this work, throughout our reflections, tries to minimize e, especially for intermediary of the verbal narratives, look for to construct new histories and to project other times, always having as reference the culture of the floating housings that if it showed alive and present in the current days of the Manaus / Este trabalho busca compreender a cidade de Manaus entre os anos de 1920 e 1967 a partir de um tema específico: "A Cidade Flutuante de Manaus" que, dentro deste período, foi gradativamente se formando pelo vasto litoral da cidade, se tornando, em meados da década de cinqüenta, um fenômeno social e urbano produzido por uma cultura própria do lugar na qual a relação com as águas fluviais foi sempre uma característica marcante na vida dos ribeirinhos da hinterlândia amazônica.
Conversando com antigos moradores da cidade de Manaus, sobretudo com os ex- moradores da cidade flutuante , a pesquisa procura rediscutir a Manaus do período, recém saída de sua belle époque gomífera, tempos tradicionalmente pinçados, a partir de uma memória hegemônica, como exemplo máximo de civilização e progresso amazonense em contraposição ao tempo histórico deste trabalho, oficialmente retomados pelo veio da crise econômica paralisante e decadente.
No entanto, este mesmo período projetado, por exemplo, à luz da cultura dos flutuantes, enquanto territórios das mais variadas sociabilidades, pode-se surpreender uma cidade pulsante e intrigante que, através das mais diferentes experiências de moradias, trabalhos e lazeres era cotidianamente reclamada pelos seus moradores.
Neste sentido, a cidade flutuante , foi sem dúvida, a mais impactante experiência social desta cidade em transformação. Experiências quase desconhecidas pela sociedade brasileira, mesmo a amazonense, pouco tocada por um discurso oficial local e/ou raramente contemplada por trabalhos intelectuais, sejam eles clássicos ou atuais.
Lacunas e silêncios historiográficos que este trabalho, ao longo de nossas reflexões, tenta minimizar e, especialmente por intermédio das narrativas orais, procura construir novas histórias e projetar outros tempos, sempre tendo como referência a cultura das moradias flutuantes que se mostrou viva e presente nos dias atuais de Manaus
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Projeto de operadores aritmeticos de ponto flutuante em tecnologia cmosCleto, Laerte Davi January 1990 (has links)
Este trabalho aborda algumas etapas do projeto de operadores aritméticos de ponto flutuante visando sua IMPLENENTAÇÃ0 lntegrada. Inicialmente são estudados os algoritmos das operações de adição, subtração e multiplicação envolvendo operandos representados nos formatos estabelecidos pelo Padrão IEEE para aritmética binária de ponto flutuante [IEE 87]. A partir dos algoritmos são propostas arquiteturas para aqueles operadores, procurando aproveitar características de paralelismo para acelerar a execução. Detalha-se a proposta arquitetural do operador de multiplicação em ponto flutuante considerando algumas questões de caráter pratico. Estabelece-se uma estrutura pipeline, o controle e a temporização para o circuito. A implementação, neste nível, e validada por simulação. / This work deals with some design steps of integrated floating-point arithmetic operators. Firstly, the algorithms of floating-point addition, subtraction and multiplication are studied, based on the IEEE Standard for binary floating-point arithmetic CIEE 87]. After, some architectural solutions are proposed for the above operators, taking in account the parallel caracteristics of the algorithms for gain execution speed. The architectural level of the floating-point multiplier operator is detailed, emphasizing some practical matters; including a pipeline structure, control and timing of the circuit. Simulation is used to confirm the design proposed.
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Resposta da calcificação do coral montastraea cavernosa (linnaeus, 1767) à heterotrofia durante evento de branqueamentoSantos, Lourianne Mangueira Freitas 20 April 2012 (has links)
Submitted by Mendes Eduardo (dasilva@ufba.br) on 2013-07-15T15:56:13Z
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Dissertacao_lourianne2012rk.pdf: 1111882 bytes, checksum: 2f439178b441f45e48d3aeaec68f9ac5 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Valéria de Jesus Moura (anavaleria_131@hotmail.com) on 2016-06-21T18:15:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1
Dissertacao_lourianne2012rk.pdf: 1111882 bytes, checksum: 2f439178b441f45e48d3aeaec68f9ac5 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-21T18:15:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1
Dissertacao_lourianne2012rk.pdf: 1111882 bytes, checksum: 2f439178b441f45e48d3aeaec68f9ac5 (MD5) / Cnpq / Os corais escleractíneos mantém uma relação de simbiose com as zooxantelas do gênero
Symbiodinium. Esta simbiose, além de conferir a cor aos corais, garante elementos
essenciais para o crescimento de ambos. A calcificação é um processo de crescimento
considerado dependente da fotossíntese e central na fisiologia dos corais. Este processo contribui para a formação de uma estrutura rígida, um dos ecossistemas mais diversos e produtivos, os recifes coralíneos.
Eventos de anomalias térmicas da superfície do mar, como também sedimentação,
alteração na radiação solar, na salinidade e doenças, são condições que provocam a
ruptura da relação simbiótica entre os corais e as zooxantelas. Esta ruptura, leva à perda pelos corais de suas zooxantelas e/ou de seus pigmentos fotossintetizantes, conferindo ao tecido dos corais uma coloração pálida ou transparente, deixando evidente o branco do seu esqueleto.
Sob tais condições, ou seja, sem a autotrofia promovida pela fotossíntese, os corais alimentam-se através da via heterotrófica, capturando alimento do meio, sendo assim considerados animais politróficos. Considerando o atual cenário de alterações climáticas em torno do globo, que tem provocado o aumento da frequência de eventos mais severos de branqueamento, o conhecimento do papel desempenhado pela heterotrofia na calcificação dos corais durante os eventos de branqueamento torna-se prioritário. Para compreender tal processo, a espécie Montastraea cavernosa (Scleractinia, Faviidae) foi escolhida como modelo neste trabalho, cujo objetivo foi analisar o efeito da alimentação sobre a taxa de calcificação do coral durante o evento de branqueamento, avaliando se a
heterotrofia pode ser um mecanismo alternativo ao crescimento desta espécie de coral.
Para responder a esta questão, foi realizado um experimento manipulativo em laboratório, com período de alimentação de oito semanas. Vinte e quatro colônias entre 3-8cm de diâmetro foram coletadas, aclimatadas durante 60 dias, com sua base coberta
por massa epóxi, atóxica, para evitar o crescimento de algas. As colônias foram pesadas através da técnica do peso flutuante, separadas por classes de tamanho e através de sorteio, distribuídas em quatro aquários, dois sob condição controle a 26±0.2°C (“tratamento 26°C”), um com alimento e outro sem alimento e dois a 30±0.2°C (“tratamento 30°C”), um com alimento e outro sem alimento). O período dealimentação teve início com o branqueamento das colônias do “tratamento-30°C”. Naúplios de Artemia salina foram disponibilizados duas vezes por semana. A taxa de calcificação foi aferida uma vez por semana, através da técnica do peso flutuante,
durante todo o experimento.
O resultado deste experimento mostrou que a taxa de calcificação das colônias não
diferiu entre as colônias branqueadas e não branqueadas, mas foi diferente entre aquelas
que receberam alimento e as que não receberam alimento. Dessa maneira, na presença do alimento, independente da condição de branqueamento, as colônias apresentaram menor taxa de calcificação. No entanto, com relação ao aspecto tecidual, quanto a sua espessura e coloração, não houve diferença entre as colônias saudáveis, mantidas a 26°C, alimentadas e não alimentadas. Contudo, as colônias branqueadas e alimentadas apresentaram tecido mais espesso ou mais volumoso do que as colônias branqueadas e não alimentadas. Este resultado pode ser consequência de uma realocação de energia, no qual os corais potencializam o crescimento tecidual, ao invés do esquelético.
Portanto, fica evidente a importância da heterotrofia na fisiologia dos corais
branqueados, pois confere a estes, condições de recuperar-se do branqueamento. Dessa
maneira, é esperado que as espécies que sejam capazes de articular a aquisição
autotrófica e heterotrófica, tenham uma maior chance de se restabelecerem. Na presença do alimento, corais branqueados podem adquirir os nutrientes necessários, e desta forma garantir a manutenção das reservas energéticas (lipídios, carboidratos e proteínas), que contribuirão para a sobrevivência dos corais quando estes estiverem sob condições adversas, como branqueamento. / The present study investigated the effects of feeding and temperature on the
calcification of the scleractinian coral Montastraea cavernosa. Colonies between 3-8
cm were collected in the coastal arc of reefs of the Abrolhos region and kept for eight
weeks under two temperature conditions, 26°C and 30°C and two feeding diets, fed with
Artemia salina nauplii, twice a week and unfed. Calcification rates were obtained using
the buoyant weight technique, with the colonies weighted once a week. Feeding did not
influence the growth of either bleached or unbleached coral, but, the food, a major
source of carbon, contributed to the growth of muscular tissue and maintenance of
energy reserves of bleached corals, promoting the resilience of the species to bleaching. / Salvador
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Criação de rãs-touro em baias flutuantes e tanques-rede com automação do manejo alimentarSantos, Anderson Aparecido Dias January 2018 (has links)
Orientador: Claudio Angelo Agostinho / Resumo: O estudo teve como objetivo avaliar novos sistemas de criação de rãs-touro em tanques de grande volume com o fornecimento automático de ração em diferentes períodos ao longo do ano. Foram realizados dois trabalhos, o primeiro objetivou-se avaliar o desempenho produtivo de rãs-touro (Lithobates catesbeianus), em três classes de peso inicial (14,06g ± 1,14; 19,10g ± 1,33; 24,60g ± 2,45) mantidas em baias flutuantes com automação do fornecimento de ração e ajuste diario da oferta de ração. O experimento teve duração de 180 dias e as rãs foram alimentadas por meio de alimentadores automáticos controlados por um Controlador Lógico Programável (CLP) a cada meia hora durante o dia (06:00 as 18:00) e taxa de alimentação de 1% do peso vivo durante o outono, inverno (120 dias) e 3% do peso vivo durante a primavera (60 dias). Os animais com maior peso inicial (24,60g) apresentaram melhor ganho de peso (59,67Kg) e ganho de peso individual (251,12g), a sobrevivência não teve diferença entre o maior peso e o intermediário (80.93 e 76,61%), já a conversão alimentar não variou entre os tratamentos. Recomenda-se que o peso de entrada dos animais na baia flutuante seja de 24,60 g para iniciar a recria durante os períodos frios. O segundo trabalho teve como objetivo avaliar três tipos distintos de piso na criação de rãs touro em tanques-rede, sendo uma plataforma fixa feita de fibra de vidro, mantendo durante todo o período experimental uma parte fora da água, uma plataforma móvel, feita de cha... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Doutor
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Projeto de operadores aritmeticos de ponto flutuante em tecnologia cmosCleto, Laerte Davi January 1990 (has links)
Este trabalho aborda algumas etapas do projeto de operadores aritméticos de ponto flutuante visando sua IMPLENENTAÇÃ0 lntegrada. Inicialmente são estudados os algoritmos das operações de adição, subtração e multiplicação envolvendo operandos representados nos formatos estabelecidos pelo Padrão IEEE para aritmética binária de ponto flutuante [IEE 87]. A partir dos algoritmos são propostas arquiteturas para aqueles operadores, procurando aproveitar características de paralelismo para acelerar a execução. Detalha-se a proposta arquitetural do operador de multiplicação em ponto flutuante considerando algumas questões de caráter pratico. Estabelece-se uma estrutura pipeline, o controle e a temporização para o circuito. A implementação, neste nível, e validada por simulação. / This work deals with some design steps of integrated floating-point arithmetic operators. Firstly, the algorithms of floating-point addition, subtraction and multiplication are studied, based on the IEEE Standard for binary floating-point arithmetic CIEE 87]. After, some architectural solutions are proposed for the above operators, taking in account the parallel caracteristics of the algorithms for gain execution speed. The architectural level of the floating-point multiplier operator is detailed, emphasizing some practical matters; including a pipeline structure, control and timing of the circuit. Simulation is used to confirm the design proposed.
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Otimização por inteligência de exames baseada em arquiteturas paralelas em aplicações embarcadas / Swarm intelligence optimization based n parallel architectures for embedded applicationsMuñoz Arboleda, Daniel Mauricio 14 December 2012 (has links)
Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2012. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2013-04-16T13:52:59Z
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2012_DanielMauricioMunozArboleda.pdf: 4781553 bytes, checksum: 37ddc6232fd3ef1235c5c3c3ea447b43 (MD5) / Approved for entry into archive by Guimaraes Jacqueline(jacqueline.guimaraes@bce.unb.br) on 2013-05-09T12:40:16Z (GMT) No. of bitstreams: 1
2012_DanielMauricioMunozArboleda.pdf: 4781553 bytes, checksum: 37ddc6232fd3ef1235c5c3c3ea447b43 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-09T12:40:16Z (GMT). No. of bitstreams: 1
2012_DanielMauricioMunozArboleda.pdf: 4781553 bytes, checksum: 37ddc6232fd3ef1235c5c3c3ea447b43 (MD5) / Este trabalho apresenta um estudo da implementação em FPGAs (Field Programma-
ble Gate Array) de algoritmos de otimização bioinspirados baseados em inteligência
de enxames, voltados principalmente para aplicações embarcadas. Nos problemas de
otimização embarcada, a dimensionalidade (número de variáveis de decisão) é relativa-
mente pequena (algumas dezenas), por em, os problemas devem ser resolvidos em uma
escala de tempo desde os milissegundos até alguns segundos.
A abordagem utilizada está baseada em uma representação aritmética de ponto
utuante e no uso de operações de fácil implementação em FPGAs, permitindo explorar
o paralelismo intrínseco dos algoritmos por inteligência de enxames, visando obter
ganhos de desempenho em termos do tempo de execução e da qualidade da solução.
Foram exploradas as arquiteturas de hardware dos algoritmos PSO (Particle Swarm
Optimization), ABC (Arti cial Bee Colony), FA (Fire
y Algorithm) e SFLA (Shu ed Frog Leaping Algorithm), assim como de algumas variantes propostas para os mesmos. Estudos de consumo de recursos para diferente número de partículas paralelas e dimensionalidade dos problemas foram realizados no intuito veri car a aplicabilidade dos algoritmos em arquiteturas reconguráveis. Adicionalmente, a qualidade das soluções obtidas pelas arquiteturas propostas foi validada usando problemas de teste
tipo benchmark. Os algoritmos estudados foram implementados no processador de
software embarcado MicroBlaze e em um PC de escritório, permitindo, assim, realizar
comparações do tempo de execução entre as implementações de hardware e software.
Finalmente, uma solucão de hardware foi proposta para a solução de um problema de
otimização embarcada, onde é realizado o treinamento online de um controlador neural
de um robô móvel de pequeno porte. Os resultados experimentais mostram que a implementação em FPGAs dos algoritmos por intelig^encia de enxames é viável em termos de consumo de recursos de hardware. Foram obtidos fatores de acelera ca~o de tr^es ordens de magnitude em comparação com a implementação software no MicroBlaze e de 3.6 vezes em comparação com a solução no PC de escritório. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT / This work presents a study of the FPGA (Field Programmable Gate Array) implementation of swarm intelligence optimization algorithms, applied to embedded optimization systems. In embedded optimization problems the dimensionality (problem size) is smaller than in conventional ones; however, the problems must be solved at millisecond/second time-scales. The approach presented in this work is based on the oating-point arithmetic repre
sentation as well as on operations that can be easily implemented on FPGAs, allowing
the intrinsic parallelism of the swarm intelligence based algorithms to be explored in order to improve the execution time and the quality of the solutions. Hardware architectures of the PSO (Particle Swarm Optimization), ABC (Arti cial Bee Colony), FA (Fire y Algorithm) and SFLA (Shu ed Frog Leaping Algorithm) algorithms, as well as some proposed modi cations, were mapped on FPGAs. The cost in logic area of the proposed architectures was estimated for di erent swarm sizes and problem sizes in order to validate the applicability of the algorithms for recon gurable architectures. In addition, the quality of the solutions obtained by the proposed architectures was validated using two unimodal and two multimodal bechmarks test problems. The algorithms were also implemented on two software processors, the MicroBlaze embedded processor and a conventional Desktop solution, allowing for comparisons of the execution time between the hardware and software implementations. Finally, a hardware solution was proposed for solving the online training process of a neural network controller of a small mobile robot.
The experimental results demonstrate that the FPGA implementation of the swarm
intelligence algorithms is feasible in terms of the hardware resources consumption.
Speed-up factors of three orders of magnitude and 3.6 times were achieved in compa-
rison with the MicroBlaze and the Desktop solutions, respectively.
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