Os processos de desenvolvimento de software atuais carecem de técnicas para a concepção, produtiva e com qualidade, de software que faça uso eficiente do potencial de execução paralelo disponibilizado pelo hardware dos sistemas computacionais modernos. Dentro deste contexto desenvolveu-se recentemente o Paradigma Orientado a Notificações (PON). A essência deste paradigma é uma nova organização da lógica do software baseada na notificação direta entre entidades lógico-causais. Um dos maiores efeitos deste paradigma é permitir um menor acoplamento na estrutura do software. Como consequência, o PON permite explorar a questão de paralelização e/ou distribuição de forma mais simples e eficiente do que paradigmas de computação mais usuais como o Paradigma Imperativo e o Paradigma Declarativo. No entanto, a dinâmica de execução do PON, baseada em notificações, não é eficientemente realizada pelo hardware dos sistemas computacionais atuais, fundamentalmente baseado no modelo de von Neumann/Turing (e similares) de execução sequencial. De forma a abordar esta deficiência, esta tese apresenta uma contribuição para o desenvolvimento de uma arquitetura de computação, denominada ARQPON, que é própria para a execução de software desenvolvido segundo o modelo computacional do PON. A ARQPON foi concebida a partir de princípios de generalidade, flexibilidade e escalabilidade, permitindo-a executar software PON de qualquer nível de complexidade a partir de uma memória de programa, sem depender de reconfiguração do hardware que implementa a ARQPON em si. A arquitetura desenvolvida é organizada como um multiprocessador de granularidade fina que executa instruções de forma hierárquica por meio de conjuntos de núcleos especializados. Experimentos realizados sobre um protótipo desta arquitetura demonstram que a ARQPON apresenta ganhos efetivos em avaliações comparativas de desempenho, dadas determinadas condições. Além disso, demonstra-se que alguns aspectos conceituais e de implementação da ARQPON, tais como o modelo de acesso à memória e a escala de paralelização, podem ser melhorados de maneira a favorecer a ARQPON em relação a implementações von Neumann e torná-la uma alternativa ainda mais atrativa para aplicações envolvendo computação paralela. / Current software development processes lack techniques for the productive and quality design of software that makes efficient use of the parallel execution capabilities provided by the hardware of the modern computing systems. In this context, the Notification Oriented Paradigm (NOP) has been recently developed. The essence of this paradigm is a new organization for software logic based on precise notifications among causal-logical entities. One of the main effects of this paradigm is to enable smaller coupling in the software structure. As a consequence, NOP allows the exploitation of parallelization and/or distribution in a simpler and more efficient way than more commonly used programming paradigms, such as the Imperative Paradigm and the Declarative Paradigm. However, the dynamics of execution under NOP, based on notifications, is not efficiently performed by the hardware of current computing systems, which are fundamentally based on the von Neumann/Turing (and similar) model of sequential execution. In order to address this drawback, this thesis presents a contribution to development of a computing architecture, named ARQPON, which is suitable for execution of software developed according to NOP computing model. ARQPON was designed based on principles of generality, flexibility and scalability, which allow it to execute NOP software of any level of complexity by fetching it from a program memory, without the need for reconfiguration of the hardware that implements the ARQPON itself. The developed architecture is organized as a fine grain multiprocessor that executes instruction hierarchically into sets of specialized processor cores. Experiments performed on this architecture show that ARQPON presents effective performance improvements in comparative evaluations, under some conditions. In addition, it is demonstrated that some conceptual and implementation aspects of ARQPON, such as the memory access model and the scale of paralelization, can be further improved in order to favor ARQPON in relation to von Neumann implementations and make it an even more attractive alternative for parallel computing applications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/1324 |
| Date | 28 May 2015 |
| Creators | Linhares, Robson Ribeiro |
| Contributors | Stadzisz, Paulo Cézar, Simão, Jean Marcelo |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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