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CPGEI (Doutorado): Robson Ribeiro Linhares-28/05/15

Defesa Pública de Doutorado do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
Quando 28/05/2015
das 14h00 até 18h00
Onde Sede Central: Sala B-205
Nome do Contato Prof. Paulo Cézar Stadzisz
Participantes Prof. Paulo Cézar Stadzisz, Dr. Orientador UTFPR
Prof. Jean Marcelo Simão, Dr. Co-orientador UTFPR
Banca examinadora:
Prof. Paulo Cézar Stadzisz, Dr. Presidente UTFPR
Prof. Antônio Augusto Fröhlich, Dr. UFSC
Prof. Luis Allan Künzle, Dr. UFPR
Prof. Douglas Paulo Bertrand Renaux, Dr. UTFPR
Prof. Carlos Raimundo Erig Lima, Dr. UTFPR
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Contribuição para o desenvolvimento de uma arquitetura de computação própria ao paradigma orientado a notificações

Resumo: 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.
Palavras-chave: Arquiteturas de Computadores, Arquiteturas Paralelas, Paradigmas de Programação, Paradigma Orientado a Notificações

Contribution to development of a computing architecture proper to the notification oriented paradigm

Abstract: 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.
Keywords: Computer Architecture, Parallel Architectures, Programming Paradigms, Notification Oriented Paradigm

Lista de publicações:

R. R. Linhares, J. M. Simão and P. C. Stadzisz. “NOCA – A Notification-Oriented Computer Architecture”. IEEE Latin America Transactions, Vol. 13, Issue 5, May 2015.

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