Ο σκοπός της παρούσας Διπλωματικής Εργασίας είναι η μελέτη και η υλοποίηση ενός 8085 προσομοιωτή σε FPGAs με τη χρήση VHDL. H υλοποίηση έγινε με την βοήθεια του περιβάλλοντος εξομοίωσης του Quartus v7.2 της ALTERA, με την χρήση της γλώσσας VHDL [8],[10].Η εργασία αυτή χωρίζεται σε 12 κεφάλαια: Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στο μικροεπεξεργαστή και στα τεχνικά του γνωρίσματα [1], [2], [4]. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται μια εκτενής αναφορά στη γλώσσα VHDL [3], [10]. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η αναπτυξιακή πλατφόρμα DE2 της εταιρίας ALTERA. Παρουσιάζονται αναλυτικά οι δυνατότητες και τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά της αναπτυξιακής κάρτας DE2 της ALTERA καθώς και τεχνική απεικόνισης video με τη χρήση FPGA [3], [9], [14]. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύεται η λειτουργία του πρώτου μεγάλου τμήματος του μικροεπεξεργαστή, της ALU. Παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική υλοποίησης του κυκλώματος, η λειτουργία κάθε επιμέρους τμήματος καθώς και ο αναλυτικός κώδικας εξομοίωσης του. Η πιστοποίηση της ορθής λειτουργίας του κυκλώματος γίνεται με την βοήθεια του waveform editor του προγράμματος [5], [6], [12], [13]. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναλύεται η λειτουργία του register file. Πρόκειται για το τμήμα των καταχωρητών, το οποίο είναι υπεύθυνο για την μεταφορά δεδομένων και την λειτουργία των διαύλων διευθύνσεων. Παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική υλοποίησης του κυκλώματος, η λειτουργία κάθε επιμέρους τμήματος καθώς και ο αναλυτικός κώδικας εξομοίωσης του. Η πιστοποίηση της ορθής λειτουργίας του κυκλώματος γίνεται με την βοήθεια του waveform editor του προγράμματος [5], [7], [11], [13], [14]. Στο έκτο κεφάλαιο αναλύεται η λειτουργία του τμήματος ελέγχου διακοπών. Πρόκειται για το τμήμα το οποίο εξυπηρετεί οποιαδήποτε αίτηση για διακοπή και το οποίο έχει οριστεί να είναι υπεύθυνο και για την σειριακή επικοινωνία. Παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική υλοποίησης του κυκλώματος, η λειτουργία κάθε επιμέρους τμήματος καθώς και ο αναλυτικός κώδικας εξομοίωσης του. Η πιστοποίηση της ορθής λειτουργίας του κυκλώματος γίνεται με την βοήθεια του waveform editor του προγράμματος [1], [12], [13]. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται μια πρώτη απόπειρα σύνδεσης των τριών πρώτων μεγάλων τμημάτων του μικροεπεξεργαστή [12], [13]. Στο όγδοο κεφάλαιο αναλύεται η λειτουργία της control unit ως μονάδα ελέγχου και διαχείρισης των σημάτων ελέγχου του όλου κυκλώματος του μικροεπεξεργαστή. Παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική υλοποίησης του κυκλώματος, η λειτουργία κάθε επιμέρους τμήματος καθώς και ο αναλυτικός κώδικας εξομοίωσης του. Η πιστοποίηση της ορθής λειτουργίας του κυκλώματος γίνεται με την βοήθεια του waveform editor του προγράμματος [5], [7], [12], [13]. Στο ένατο κεφάλαιο παρουσιάζεται το κύκλωμα του μικροεπεξεργαστή μέσα από την σύνδεση των επιμέρους τμημάτων του. Παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική υλοποίησης του και ο αναλυτικός κώδικας εξομοίωσης του. Η πιστοποίηση της ορθής λειτουργίας του κυκλώματος γίνεται με την βοήθεια του waveform editor του προγράμματος [7], [12], [13]. Στο δέκατο κεφάλαιο παρουσιάζεται ο μικροπρογραμματισμός της microprogram ROM της control unit. Αναλύεται διεξοδικά η λειτουργία των σημάτων ελέγχου των τμημάτων του μικροεπεξεργαστή για την εκτέλεση κάθε μιας εντολής του 8085 [7], [12], [13]. Στο ενδέκατο κεφάλαιο γίνεται εξομοίωση ορισμένων προγραμμάτων για τον έλεγχο της ορθής λειτουργίας των εντολών και των σημάτων ελέγχου και εξόδου του μικροεπεξεργαστή 8085 [1], [12], [13]. Στο δωδέκατο κεφάλαιο παρουσιάζεται η υλοποίηση του μικροεπεξεργαστή στην αναπτυξιακή πλατφόρμα DE2 της εταιρείας ALTERA [3], [14]. Τελειώνοντας θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα της προσπάθειας αυτής Αναπληρωτή Καθηγητή κ. Ευάγγελο Ζυγούρη, η καθοδήγηση του οποίου υπήρξε καθοριστική. / The purpose of this thesis is the design of an 8085 emulator in FPGAs using VHDL. The implementation was done with the simulation environment of ALTERA Quartus v7.2, using VHDL. The project is divided into 12 chapters: The first chapter refers to the 8085 microprocessor and it’s technical features [1], [2], [4]. The second chapter is a detailed presentation of the VHDL language [3], [10]. The third chapter presents DE2 development board of Altera. Capabilities and design features of DE2 board are presented and vga video display generation using FPGAs is explained [3], [9], [14]. The fourth chapter analyzes the operation of the first large section of the microprocessor, ALU. The architecture of the circuit, the function and the detailed code is presented. The verification of the circuit is done by using the Quartus waveform editor program [5], [6], [12], [13]. The fifth chapter presents the operation of the register file. Register File is responsible for data transfer and operation of the address bus. The architecture of the circuit, the function and the detailed code is presented. The verification of the circuit is done by using the Quartus waveform editor program [5], [7], [11], [13], [14]. The sixth chapter presents microprocessor 's interrupts. The architecture of the circuit, the function and the detailed code is presented. The verification of the circuit is done by using the Quartus waveform editor program [1], [12], [13]. The seventh chapter is a first attempt to link the first three major sections of the microprocessor [12], [13]. The eighth chapter presents the operation of the control unit. The architecture of the circuit, the function and the detailed code is presented. The verification of the circuit is done by using the Quartus waveform editor program [5], [7], [12], [13]. The ninth chapter presents the circuit of the microprocessor through the connection of all individual parts. The architecture of the circuit, the function and the detailed code is presented. The verification of the circuit is done by using the Quartus waveform editor program [7], [12], [13]. The tenth chapter presents the microprogramming of microprogram ROM of the control unit. It analyzes in detail the operation of the control signals of the parts of the microprocessor to perform each of 8085 command [7], [12], [13]. The eleventh chapter presents the simulation of microprocessor through assembly programs written in RAM memory of 8085 microprocessor [1], [12], [13]. The twelfth chapter presents the implementation of microprocessor in FPGAs using DE2 development board of Altera [3], [14].

Da mesma maneira que novas tecnologias trouxeram avanços para a indústria de semicondutores, diminuíram a confiabilidade dos transistores e consequentemente dos sistemas digitais. Efeitos causados por partículas energizadas antes só vistos em ambientes espaciais hoje se manifestam a nível do mar, introduzindo novos desafios para a fabricação e projeto de sistemas que requerem confiabilidade. Sistemas de alta confiabilidade que utilizam circuitos integrados exigem a utilização de técnicas de tolerância a falhas capazes de detectar ou mesmo corrigir os erros causados por partículas energizadas. Esta proteção pode ser implementada em diferentes níveis: hardware ou software. Enquanto o primeiro exige a modificação interna de circuitos integrados desprotegidos e oferece alto desempenho, o segundo altera somente o código de programa, porém com perdas de desempenho que variam conforme o grau de proteção do sistema. O objetivo deste trabalho é analisar a eficiência na detecção de falhas em microprocessadores através de técnicas de tolerância a falhas baseadas somente em software. Para isto, são propostas diferentes técnicas de tolerância a falhas baseadas somente em software inspiradas em técnicas apresentadas no estado da arte. Estas são implementadas separadamente e combinadas, de maneira a encontrar suas vulnerabilidades e descobrir como estas podem ser combinadas, a fim de apresentar uma solução ideal para diferentes sistemas em termos de desempenho e confiabilidade. A análise se dá através de uma campanha de injeção de falhas direcionada para cada parte de um microprocessador e observando-se os efeitos causados por cada falha no resultado do sistema. / As new technologies brought advances to the semiconductor industry, they also lowered transistors' reliability and therefore decreased digital systems' reliability. Effects caused by energized particles which were only seen in spatial environments nowadays manifest at sea level, introducing new challenges in the design and fabrication of systems that require high reliability. High reliable systems based on integrated circuits require fault tolerant techniques in order to detect or even correct errors caused by energized particles. This protection can be implemented in different levels: hardware or software. While the first requires internal modifications in the integrated circuit and offers high performance, the second modifies only the program code, but causes system's performance degradation, which can vary according the system's protection level. This work's objective is to analyze software-based fault tolerant techniques efficiency to detect faults in microprocessors. In order to achieve it, different fault tolerance techniques based in software are proposed inspired in techniques presented in state-of-the-art techniques. They are implemented separately and then combined, to analyze their vulnerabilities and realize how to combine them, in order to present an ideal solution for each system, taking into account performance and reliability. The analysis is based in a fault injection campaign directed to each part of the microprocessor, considering the effects caused by each fault in the system's response.

Este trabalho apresenta o estudo, a definição e a simulação elétrica e lógica de um microprocessador CMOS de 32 bits, com arquitetura tipo RISC - o Risco. Dentre as principais características do Risco destacam-se: dados, instruções e endereços são palavras de 32 bits; a unidade de endereçamento é a palavra, permitindo um acesso a 4 Giga palavras (16 Gbytes); a comunição com a memória é feita por um barramento multiplexado de 32 bits para dados e endereços; possui 32 registradores de 32 bits, incluídos nestes o contador de programa, o apontador de pilha, a palavra de status do processador e um registrador constante zero; possui um pipeline de instruções de 3 estágios, atingindo no pico de execução uma instrução por ciclo de máquina; e as instruções de salto têm sua execução retardada de uma instrução. A Arquitetura de Computadores é analisada, em especial as Arquiteturas RISC (Reduced Instruction Set Computer - Processador com Conjunto de Instruções Reduzido) e CISC (Complex...), mostrando suas características e comparando-as. Algumas máquinas RISC importantes são vistas e o tema de Arquiteturas VLSI e suas implicações tecnológicas no projeto também é abordado. A arquitetura do Risco é descrita dando-se ênfase aos objetivos do projeto e construindo uma visão geral do processador. O tratamento de exceções é apresentado e o conjunto de instruções é analisado quanto ao formato, aos tipos e ao processamento no pipeline. A organização interna do Risco 6 tratada em detalhes, descrevendo-se a Parte Operativa (barramentos, o banco de registradores, a unidade de tratamento da constante, o contador de programa e incrementador associado, a unidade lógico-aritmética, a unidade de deslocamento/rotação) e a Parte de Controle to funcionamento do pipeline de instrug6es, a decodificação, o autômato de controle, a geração e a validação dos comandos). A simulação funcional do Risco, feita em HDC, também é reportada, incluindo o modelamento, os vetores de testa e os resultados. A implementação do Risco é discutida enfatizando-se alguns blocos críticos quanto A Área e ao desempenho. Os barramentos e o banco de registradores, a ULA e a unidade de deslocamento/rotação são estudados em detalhes pela sua importância no desempenho da maquina. Um teste chip contendo a maior parte dos blocos funcionais da parte operativa foi construído, tendo sido aprovado nos testes funcionais. Por fim, faz-se comentários sobre os resultados obtidos, os problemas encontrados e as etapas futuras no desenvolvimento do Risco, alem de serem expostas as conclusões finais. / This work presents the study, the definition, the electric and logic simulation, and the implementation of some blocks of a 32-bit CMOS microprocessor, with RISC architecture - the Risco. Among Risco's main characteristics it is highlighted that data, instructions and addresses are 32-bit words; the address unit is the word, allowing an access to 4-Giga words (16 GBytes); communication with memory is made through a data and address bus of 32 bits; it has 32 registers of 32 bits, including program counter, stack pointer, processor status word, and a zero constant register; it also has an instruction pipeline of three stages, fully capable of issuing one instruction at the execution peak per every machine cycle; and control flow instructions are implemnted as delayed branches. A study on computer architecture is carried out, and special attention is given to the RISC (Reduced Instruction Set Computer) and CISC (Complex...) architectures by means of making comparisons between them, showing their main characteristics and listing some important RISC machines. The VLSI architectures are also discussed, giving emphasis to their technological importance for the Risco's project. Risco's architecture is described, bringing into prominence the aims of the project and an overview of the processor. Exception handling is presented and the instruction set is analysed with regard to format, type and pipeline processing. Risco's internal organization is dealt with in detail, providing descriptions of the data path (buses, register bank, constant unit, program counter and associated incrementer, barrel shifter) and of the control part (operation of pipeline instruction, as well as decodification, control automaton, generation and validation of commands). Risco's functional simulation, through HDC, is mentioned, including modeling, test vectors, and results. Risco's implementation is also discussed giving emphasis to some critical blocks in regard to area and performance. Buses, register bank, arithmetic-logic unit, and barrel shifter are dealt with in detail because of their importance concerning the machine performance. A test-chip, containing most of the functional blocks of the data path, was made and successfully passed the functional tests. Finally, some comments are made with regard to results, main problems, and next stages in the development of Risco.

O objetivo deste trabalho é analisar o quadro concorrencial do mercado de microprocessadores no setor de informática no Brasil. A regulamentação mercadológica no país apresenta barreiras à entrada e concentração de poder de mercado. Foi aplicado a teoria da concorrência perfeita para explicar a prática do setor e verificou-se que mesmo uma empresa a qual possui o monopólio, não conseguiu prever a mudança no hábito de compra dos consumidores de computadores. A companhia apostou que os seus clientes iriam realizar o refresh das suas máquinas antigas, no entanto devido a entrada de novos produtos como tablets e smartphones, os mesmos optaram por adquirir-los. Tal alternância impactou o posicionamento da empresa a qual precisou reorganizar sua estrutura perante esse novo cenário, pois novos competidores capacitados se anteciparam e preparam-se para essa transformação, tornando-se assim líder no mercado de processadores de dispositivos móveis. / The objective of this study is to analyze the competitive environment of the microprocessor market in the computer industry in Brazil. The marketing regulations in the country presents barriers to entry and market power concentration. It applied the theory of perfect competition to explain the practice of the industry and it was found that even a company which has a monopoly, failed to predict the change in buying habits of computer users. The company bet that its customers would realize the refresh their old machines, however due to entry of new products such as tablets and smartphones, they chose to purchase them. Such fluctuations impacted the company's position which had to reorganize its structure before this new scenario, as new competitors capable anticipated and prepare for this transformation, thus becoming a leader in the mobile processor market.

Este trabalho apresenta o estudo, a definição e a simulação elétrica e lógica de um microprocessador CMOS de 32 bits, com arquitetura tipo RISC - o Risco. Dentre as principais características do Risco destacam-se: dados, instruções e endereços são palavras de 32 bits; a unidade de endereçamento é a palavra, permitindo um acesso a 4 Giga palavras (16 Gbytes); a comunição com a memória é feita por um barramento multiplexado de 32 bits para dados e endereços; possui 32 registradores de 32 bits, incluídos nestes o contador de programa, o apontador de pilha, a palavra de status do processador e um registrador constante zero; possui um pipeline de instruções de 3 estágios, atingindo no pico de execução uma instrução por ciclo de máquina; e as instruções de salto têm sua execução retardada de uma instrução. A Arquitetura de Computadores é analisada, em especial as Arquiteturas RISC (Reduced Instruction Set Computer - Processador com Conjunto de Instruções Reduzido) e CISC (Complex...), mostrando suas características e comparando-as. Algumas máquinas RISC importantes são vistas e o tema de Arquiteturas VLSI e suas implicações tecnológicas no projeto também é abordado. A arquitetura do Risco é descrita dando-se ênfase aos objetivos do projeto e construindo uma visão geral do processador. O tratamento de exceções é apresentado e o conjunto de instruções é analisado quanto ao formato, aos tipos e ao processamento no pipeline. A organização interna do Risco 6 tratada em detalhes, descrevendo-se a Parte Operativa (barramentos, o banco de registradores, a unidade de tratamento da constante, o contador de programa e incrementador associado, a unidade lógico-aritmética, a unidade de deslocamento/rotação) e a Parte de Controle to funcionamento do pipeline de instrug6es, a decodificação, o autômato de controle, a geração e a validação dos comandos). A simulação funcional do Risco, feita em HDC, também é reportada, incluindo o modelamento, os vetores de testa e os resultados. A implementação do Risco é discutida enfatizando-se alguns blocos críticos quanto A Área e ao desempenho. Os barramentos e o banco de registradores, a ULA e a unidade de deslocamento/rotação são estudados em detalhes pela sua importância no desempenho da maquina. Um teste chip contendo a maior parte dos blocos funcionais da parte operativa foi construído, tendo sido aprovado nos testes funcionais. Por fim, faz-se comentários sobre os resultados obtidos, os problemas encontrados e as etapas futuras no desenvolvimento do Risco, alem de serem expostas as conclusões finais. / This work presents the study, the definition, the electric and logic simulation, and the implementation of some blocks of a 32-bit CMOS microprocessor, with RISC architecture - the Risco. Among Risco's main characteristics it is highlighted that data, instructions and addresses are 32-bit words; the address unit is the word, allowing an access to 4-Giga words (16 GBytes); communication with memory is made through a data and address bus of 32 bits; it has 32 registers of 32 bits, including program counter, stack pointer, processor status word, and a zero constant register; it also has an instruction pipeline of three stages, fully capable of issuing one instruction at the execution peak per every machine cycle; and control flow instructions are implemnted as delayed branches. A study on computer architecture is carried out, and special attention is given to the RISC (Reduced Instruction Set Computer) and CISC (Complex...) architectures by means of making comparisons between them, showing their main characteristics and listing some important RISC machines. The VLSI architectures are also discussed, giving emphasis to their technological importance for the Risco's project. Risco's architecture is described, bringing into prominence the aims of the project and an overview of the processor. Exception handling is presented and the instruction set is analysed with regard to format, type and pipeline processing. Risco's internal organization is dealt with in detail, providing descriptions of the data path (buses, register bank, constant unit, program counter and associated incrementer, barrel shifter) and of the control part (operation of pipeline instruction, as well as decodification, control automaton, generation and validation of commands). Risco's functional simulation, through HDC, is mentioned, including modeling, test vectors, and results. Risco's implementation is also discussed giving emphasis to some critical blocks in regard to area and performance. Buses, register bank, arithmetic-logic unit, and barrel shifter are dealt with in detail because of their importance concerning the machine performance. A test-chip, containing most of the functional blocks of the data path, was made and successfully passed the functional tests. Finally, some comments are made with regard to results, main problems, and next stages in the development of Risco.

O objetivo deste trabalho é analisar o quadro concorrencial do mercado de microprocessadores no setor de informática no Brasil. A regulamentação mercadológica no país apresenta barreiras à entrada e concentração de poder de mercado. Foi aplicado a teoria da concorrência perfeita para explicar a prática do setor e verificou-se que mesmo uma empresa a qual possui o monopólio, não conseguiu prever a mudança no hábito de compra dos consumidores de computadores. A companhia apostou que os seus clientes iriam realizar o refresh das suas máquinas antigas, no entanto devido a entrada de novos produtos como tablets e smartphones, os mesmos optaram por adquirir-los. Tal alternância impactou o posicionamento da empresa a qual precisou reorganizar sua estrutura perante esse novo cenário, pois novos competidores capacitados se anteciparam e preparam-se para essa transformação, tornando-se assim líder no mercado de processadores de dispositivos móveis. / The objective of this study is to analyze the competitive environment of the microprocessor market in the computer industry in Brazil. The marketing regulations in the country presents barriers to entry and market power concentration. It applied the theory of perfect competition to explain the practice of the industry and it was found that even a company which has a monopoly, failed to predict the change in buying habits of computer users. The company bet that its customers would realize the refresh their old machines, however due to entry of new products such as tablets and smartphones, they chose to purchase them. Such fluctuations impacted the company's position which had to reorganize its structure before this new scenario, as new competitors capable anticipated and prepare for this transformation, thus becoming a leader in the mobile processor market.

Da mesma maneira que novas tecnologias trouxeram avanços para a indústria de semicondutores, diminuíram a confiabilidade dos transistores e consequentemente dos sistemas digitais. Efeitos causados por partículas energizadas antes só vistos em ambientes espaciais hoje se manifestam a nível do mar, introduzindo novos desafios para a fabricação e projeto de sistemas que requerem confiabilidade. Sistemas de alta confiabilidade que utilizam circuitos integrados exigem a utilização de técnicas de tolerância a falhas capazes de detectar ou mesmo corrigir os erros causados por partículas energizadas. Esta proteção pode ser implementada em diferentes níveis: hardware ou software. Enquanto o primeiro exige a modificação interna de circuitos integrados desprotegidos e oferece alto desempenho, o segundo altera somente o código de programa, porém com perdas de desempenho que variam conforme o grau de proteção do sistema. O objetivo deste trabalho é analisar a eficiência na detecção de falhas em microprocessadores através de técnicas de tolerância a falhas baseadas somente em software. Para isto, são propostas diferentes técnicas de tolerância a falhas baseadas somente em software inspiradas em técnicas apresentadas no estado da arte. Estas são implementadas separadamente e combinadas, de maneira a encontrar suas vulnerabilidades e descobrir como estas podem ser combinadas, a fim de apresentar uma solução ideal para diferentes sistemas em termos de desempenho e confiabilidade. A análise se dá através de uma campanha de injeção de falhas direcionada para cada parte de um microprocessador e observando-se os efeitos causados por cada falha no resultado do sistema. / As new technologies brought advances to the semiconductor industry, they also lowered transistors' reliability and therefore decreased digital systems' reliability. Effects caused by energized particles which were only seen in spatial environments nowadays manifest at sea level, introducing new challenges in the design and fabrication of systems that require high reliability. High reliable systems based on integrated circuits require fault tolerant techniques in order to detect or even correct errors caused by energized particles. This protection can be implemented in different levels: hardware or software. While the first requires internal modifications in the integrated circuit and offers high performance, the second modifies only the program code, but causes system's performance degradation, which can vary according the system's protection level. This work's objective is to analyze software-based fault tolerant techniques efficiency to detect faults in microprocessors. In order to achieve it, different fault tolerance techniques based in software are proposed inspired in techniques presented in state-of-the-art techniques. They are implemented separately and then combined, to analyze their vulnerabilities and realize how to combine them, in order to present an ideal solution for each system, taking into account performance and reliability. The analysis is based in a fault injection campaign directed to each part of the microprocessor, considering the effects caused by each fault in the system's response.

Da mesma maneira que novas tecnologias trouxeram avanços para a indústria de semicondutores, diminuíram a confiabilidade dos transistores e consequentemente dos sistemas digitais. Efeitos causados por partículas energizadas antes só vistos em ambientes espaciais hoje se manifestam a nível do mar, introduzindo novos desafios para a fabricação e projeto de sistemas que requerem confiabilidade. Sistemas de alta confiabilidade que utilizam circuitos integrados exigem a utilização de técnicas de tolerância a falhas capazes de detectar ou mesmo corrigir os erros causados por partículas energizadas. Esta proteção pode ser implementada em diferentes níveis: hardware ou software. Enquanto o primeiro exige a modificação interna de circuitos integrados desprotegidos e oferece alto desempenho, o segundo altera somente o código de programa, porém com perdas de desempenho que variam conforme o grau de proteção do sistema. O objetivo deste trabalho é analisar a eficiência na detecção de falhas em microprocessadores através de técnicas de tolerância a falhas baseadas somente em software. Para isto, são propostas diferentes técnicas de tolerância a falhas baseadas somente em software inspiradas em técnicas apresentadas no estado da arte. Estas são implementadas separadamente e combinadas, de maneira a encontrar suas vulnerabilidades e descobrir como estas podem ser combinadas, a fim de apresentar uma solução ideal para diferentes sistemas em termos de desempenho e confiabilidade. A análise se dá através de uma campanha de injeção de falhas direcionada para cada parte de um microprocessador e observando-se os efeitos causados por cada falha no resultado do sistema. / As new technologies brought advances to the semiconductor industry, they also lowered transistors' reliability and therefore decreased digital systems' reliability. Effects caused by energized particles which were only seen in spatial environments nowadays manifest at sea level, introducing new challenges in the design and fabrication of systems that require high reliability. High reliable systems based on integrated circuits require fault tolerant techniques in order to detect or even correct errors caused by energized particles. This protection can be implemented in different levels: hardware or software. While the first requires internal modifications in the integrated circuit and offers high performance, the second modifies only the program code, but causes system's performance degradation, which can vary according the system's protection level. This work's objective is to analyze software-based fault tolerant techniques efficiency to detect faults in microprocessors. In order to achieve it, different fault tolerance techniques based in software are proposed inspired in techniques presented in state-of-the-art techniques. They are implemented separately and then combined, to analyze their vulnerabilities and realize how to combine them, in order to present an ideal solution for each system, taking into account performance and reliability. The analysis is based in a fault injection campaign directed to each part of the microprocessor, considering the effects caused by each fault in the system's response.

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-05T07:21:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iannini_RobertoFonseca_M.pdf: 1222857 bytes, checksum: 41c44a25bef2f1656de6659dff1c5734 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: O progresso da pesquisa científica depende da qualidade e da disponibilidade de instrumentos confiáveis e de alta precisão, necessários para a exploração quantitativa de novos fenômenos, possibilitando a construção de modelos mais avançados e mais sofisticados. Um dos fenômenos que tem despertado grande interesse é a emissão de elétrons da superfície de catodos frios para o vácuo, sob a ação de campos elétricos externos. Para o estudo deste fenômeno, é necessária a medida de pequenas correntes em amostras que estão sob tensões elétricas relativamente altas. Nesta tese contribuímos com o projeto e construção de um medidor de corrente capaz de operar de maneira integrada à câmara de vácuo onde são analisadas as propriedades de emissão de nanotubos ou de materiais nanoestruturados. Foram desenvolvidos integralmente o hardware, firmware e software, com vistas à integração futura com outros instrumentos de controle e análise / Abstract: The progress of scientific research depends of the quality and availability of reliable and high precision instruments, which are necessary for measurement of new phenomena, making possible the construction of advanced and sophisticated models. One phenomenon that has being studied is the field emission of electrons from cold cathodes in vacuum, under external electrical field influence. In order to perform this study, it is necessary to measure small electrical currents with the surface sample under high voltage. In this thesis, we have contributed with the project and construction of a electric current meter able to operate in a vacuum chamber environment where the field emission properties of sample materials (nanotubes or nanostructures) are analyzed. Both hardware, firmware and software were developed looking forward to future integration of the measurement and control equipments / Mestrado / Instrumentação e Controle / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vitor Baranauskas / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T02:41:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Iannini_RobertoFonseca_D.pdf: 3201679 bytes, checksum: cd82a05d0dedaa3ecc2f0ca77550b58d (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: Foi projetado e desenvolvido um sistema de aquisição de dados e controle para viabilizar, de forma automatizada, a caracterização de emissividade eletrônica em catodos frios, por meio da utilização da câmara de ultra alto vácuo do Departamento de Semicondutores, Instrumentação e Fotônica - DSIF, da Faculdade de Engenharia Elétrica e Computação - FEEC/Unicamp. A instrumentação desenvolvida teve como motivação: i) aumentar a confiabilidade dos procedimentos de leitura da corrente de emissão de campo em amostras de materiais nanoestruturados produzidos no laboratório; ii) garantir a reprodutibilidade dos ensaios; iii) preservar a integridade das amostras; iv) eliminar fontes de erro existentes no processo de aquisição dos dados; v) prover uma família de curvas de forma automatizada, para cada posicionamento da amostra analisada. Os principais desafios encontrados durante os trabalhos relacionaram-se com a definição da topologia do circuito de entrada, da forma da isolação galvânica, interferências e tratamento dos dados adquiridos. Após a entrada em operação da instrumentação, foram também realizados ensaios para fins de validação da instrumentação desenvolvida e dos procedimentos adotados para sua operação / Abstract: A data acquisition and control system was designed and built in order to promote, in an automated fashion, the characterization of cold cathodes in the ultra high vacuum chamber of the DSIF, at the FEEC/Unicamp. The designed instrumentation was supposed to meet the following requirements: i) Enhance the accuracy of the field emission reading procedures for the nanostructured samples made in the same laboratory; ii) Ensure better repeatability of the tests; iii) Preserve the physical integrity of the samples; iv) Eliminate sources of error in the data acquisition process; v) Allow for automated establishment of a family of curves for each point of the sample material. The main challenges during this work were related to the circuit architecture, its input topology, galvanic isolation, interferences and data management. As the instrumentation started working, we have performed a series of tests for validation purposes, including the adopted operational proceedings / Doutorado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Doutor em Engenharia Elétrica