Análisis y diseño de un procesador RISC simple para adquisición y proceso de datos

Aquest projecte té com a objectiu l'anàlisi de prestacions de processadors RISC de baix cost i el disseny d'un processador RISC simple per a aplicacions de propòsit general relacionades amb l'adquisició i el procés simple de dades. Com a resultat es presenta el processador SR3C de 32 bits i arquitectura RISC. Aquest processador s'ha descrit i simulat mitjançant el llenguatge de descripció de hardware VHDL i s'ha sintetitzat en una FPGA. El processador està preparat per poder utilitzar-se en SoCs reals gràcies al compliment de l'estàndard de busos Wishbone. A més també es pot utilitzar com plataforma educativa gràcies a l'essamblador i simulador desenvolupats.

Simulació d'arquitectures VLIW

L'objectiu d'aquest projecte es dissenyar i implementar en Java una interfície gràfica que permeti simular l'arquitectura VLIW. Ha d'interactuar amb un simulador ja existent, VEX, i amb l'usuari. VEX permet analitzar, desenvolupar i depurar codi escrit en C sobre un processador VLIW configurable, des dels recursos hardware fíns al comportament de la "caché". L'interfície gràfica desenvolupada es diu JavaVEX. Té el gran avantatge d'evitar la introducció de les comandes de text que necesita VEX perquè son substituïdes per elements. És una eina més intuïtiva, ràpida i eficient. JavaVEX mostra informació sobre el codi C traduït a instruccions VLIW de fins a 4 operacions. També mostra els resultats de les instrucciones VLIW simulades. JavaVEX s'ha incorporat a un LiveCD. Així es pot executar l'aplicació sobre qualsevol ordinador. La finalitat docent de JavaVEX és ser utilitzada en les pràctiques de l'assignatura Arquitectura per a Computadors 2.

Visió per computador en una plataforma basada en un DSP

En aquest projecte s'usa el servidor de vídeo d'Axis Communications 242s IV, basat en el DSP TMS320DM642 de Texas Instruments, com a plataforma per a la implementació d'un algorisme d'extracció de fons i pel desenvolupament d'una solució completa de comptatge de persones per a càmera zenital. En el primer cas, s'ha optimitzat i comparat el rendiment de l'algorisme amb el d'una versió per a PC per a avaluar el DSP com a processador per a lamigració d'una aplicació completa de vídeovigilància. En el segon cas s'han integrat tots els components del servidor en el desenvolupament del comptador per avaluar la plataforma com a base per a solucions completes.

Benchmarks i mètriques d'avaluació de plataformes encastades multimèdia

Aquest projecte compara les possibilitats per a aplicacions multimèdia d'algunes de les arquitectures de processador que podem trobar en sistemes encastats. Per fer-ho s'ha seleccionat una sèrie de benchmarks que inclouen una mostra d'aplicacions multimèdia, així com un conjunt de benchmarks que ens permet mesurar aspectes d'un sistema operatiu GNU/Linux. També s'ha determinat quines haurien de ser les principals mètriques a considerar en el context dels sistemes encastats.

Visualización estéreo

En este proyecto se muestran las posibilidades de la visión estéreo para la visualización en monitores tanto de objetos simples como de grandes escenarios, así como su aplicación en juegos o en otros ámbitos como el cine, la geología e incluso la medicina. Para el desarrollo se ha usado una tarjeta con soporte 3d como la Nvidia 7600GT y una pantalla con una tasa de frecuencia alta como una ACER 19 pulgadas a 100Hz. Los resultados sobre la visualización han sido extraídos de las opiniones de un grupo de 20 personas, de diversas profesiones, no relacionadas con los gráficos por ordenador.

Analyzing the effects of transient faults into applications

As computer chips implementation technologies evolve to obtain more performance, those computer chips are using smaller components, with bigger density of transistors and working with lower power voltages. All these factors turn the computer chips less robust and increase the probability of a transient fault. Transient faults may occur once and never more happen the same way in a computer system lifetime. There are distinct consequences when a transient fault occurs: the operating system might abort the execution if the change produced by the fault is detected by bad behavior of the application, but the biggest risk is that the fault produces an undetected data corruption that modifies the application final result without warnings (for example a bit flip in some crucial data). With the objective of researching transient faults in computer system’s processor registers and memory we have developed an extension of HP’s and AMD joint full system simulation environment, named COTSon. This extension allows the injection of faults that change a single bit in processor registers and memory of the simulated computer. The developed fault injection system makes it possible to: evaluate the effects of single bit flip transient faults in an application, analyze an application robustness against single bit flip transient faults and validate fault detection mechanism and strategies.

Análisis y sintonización de aplicaciones paralelas/distribuidas de bioinformática: caso de estudio mpiBLAST

En termes de temps d'execució i ús de dades, les aplicacions paral·leles/distribuïdes poden tenir execucions variables, fins i tot quan s'empra el mateix conjunt de dades d'entrada. Existeixen certs aspectes de rendiment relacionats amb l'entorn que poden afectar dinàmicament el comportament de l'aplicació, tals com: la capacitat de la memòria, latència de la xarxa, el nombre de nodes, l'heterogeneïtat dels nodes, entre d'altres. És important considerar que l'aplicació pot executar-se en diferents configuracions de maquinari i el desenvolupador d'aplicacions no port garantir que els ajustaments de rendiment per a un sistema en particular continuïn essent vàlids per a d'altres configuracions. L'anàlisi dinàmica de les aplicacions ha demostrat ser el millor enfocament per a l'anàlisi del rendiment per dues raons principals. En primer lloc, ofereix una solució molt còmoda des del punt de vista dels desenvolupadors mentre que aquests dissenyen i evaluen les seves aplicacions paral·leles. En segon lloc, perquè s'adapta millor a l'aplicació durant l'execució. Aquest enfocament no requereix la intervenció de desenvolupadors o fins i tot l'accés al codi font de l'aplicació. S'analitza l'aplicació en temps real d'execució i es considra i analitza la recerca dels possibles colls d'ampolla i optimitzacions. Per a optimitzar l'execució de l'aplicació bioinformàtica mpiBLAST, vam analitzar el seu comportament per a identificar els paràmetres que intervenen en el rendiment d'ella, com ara: l'ús de la memòria, l'ús de la xarxa, patrons d'E/S, el sistema de fitxers emprat, l'arquitectura del processador, la grandària de la base de dades biològica, la grandària de la seqüència de consulta, la distribució de les seqüències dintre d'elles, el nombre de fragments de la base de dades i/o la granularitat dels treballs assignats a cada procés. El nostre objectiu és determinar quins d'aquests paràmetres tenen major impacte en el rendiment de les aplicacions i com ajustar-los dinàmicament per a millorar el rendiment de l'aplicació. Analitzant el rendiment de l'aplicació mpiBLAST hem trobat un conjunt de dades que identifiquen cert nivell de serial·lització dintre l'execució. Reconeixent l'impacte de la caracterització de les seqüències dintre de les diferents bases de dades i una relació entre la capacitat dels workers i la granularitat de la càrrega de treball actual, aquestes podrien ser sintonitzades dinàmicament. Altres millores també inclouen optimitzacions relacionades amb el sistema de fitxers paral·lel i la possibilitat d'execució en múltiples multinucli. La grandària de gra de treball està influenciat per factors com el tipus de base de dades, la grandària de la base de dades, i la relació entre grandària de la càrrega de treball i la capacitat dels treballadors.

La programació al servei de la matemàtica

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. La programació al servei de la matemàtica és un programa informàtic fet amb Excel i Visual Basic. Resol equacions de primer grau, equacions de segon grau, sistemes d'equacions lineals de dues equacions i dues incògnites, sistemes d'equacions lineals compatibles determinats de tres equacions i tres incògnites i troba zeros de funcions amb el teorema de Bolzano. En cadascun dels casos, representa les solucions gràficament. Per a això, en el treball s'ha hagut de treballar, en matemàtiques, amb equacions, nombres complexos, la regla de Cramer per a la resolució de sistemes, i buscar la manera de programar un mètode iteratiu pel teorema de Bolzano. En la part gràfica, s'ha resolt com fer taules de valors amb dues i tres variables i treballar amb rectes i plans. Per la part informàtica, s'ha emprat un llenguatge nou per l'alumne i, sobretot, ha calgut saber decidir on posar una determinada instrucció, ja que el fet de variar-ne la posició una sola lí­nea ho pot canviar tot. A més d'això, s'han resolt altres problemes de programació i també s'ha realitzat el disseny de pantalles.

Disseny d'un adaptador d'IPs per a NoCs tolerants a falles

L’aparició d’un nou paradigma per al disseny de sistemes multiprocessador, les NoC; requereixen una manera d’adaptar els IP cores ja existents i permetre la seva connexió en xarxa. Aquest projecte presenta un disseny d’una interfície que aconsegueix adaptar un IP core existent, el LEON3; del protocol del bus AMBA al protocol de la xarxa. D’aquesta manera i basant-nos en idees d’interfícies discutides en l’estat de l’art, aconseguim desacoblar el processador del disseny i topologia de la xarxa.

Análisis de prestaciones de procesadores multi-core y multi-thread

Los procesadores multi-core y el multi-threading por hardware permiten aumentar el rendimiento de las aplicaciones. Por un lado, los procesadores multi-core combinan 2 o más procesadores en un mismo chip. Por otro lado, el multi-threading por hardware es una técnica que incrementa la utilización de los recursos del procesador. Este trabajo presenta un análisis de rendimiento de los resultados obtenidos en dos aplicaciones, multiplicación de matrices densas y transformada rápida de Fourier. Ambas aplicaciones se han ejecutado en arquitecturas multi-core que explotan el paralelismo a nivel de thread pero con un modelo de multi-threading diferente. Los resultados obtenidos muestran la importancia de entender y saber analizar el efecto del multi-core y multi-threading en el rendimiento.

As the world turns: short-term human spatial memory in egocentric and allocentric coordinates

We aimed to determine whether human subjects' reliance on different sources of spatial information encoded in different frames of reference (i.e., egocentric versus allocentric) affects their performance, decision time and memory capacity in a short-term spatial memory task performed in the real world. Subjects were asked to play the Memory game (a.k.a. the Concentration game) without an opponent, in four different conditions that controlled for the subjects' reliance on egocentric and/or allocentric frames of reference for the elaboration of a spatial representation of the image locations enabling maximal efficiency. We report experimental data from young adult men and women, and describe a mathematical model to estimate human short-term spatial memory capacity. We found that short-term spatial memory capacity was greatest when an egocentric spatial frame of reference enabled subjects to encode and remember the image locations. However, when egocentric information was not reliable, short-term spatial memory capacity was greater and decision time shorter when an allocentric representation of the image locations with respect to distant objects in the surrounding environment was available, as compared to when only a spatial representation encoding the relationships between the individual images, independent of the surrounding environment, was available. Our findings thus further demonstrate that changes in viewpoint produced by the movement of images placed in front of a stationary subject is not equivalent to the movement of the subject around stationary images. We discuss possible limitations of classical neuropsychological and virtual reality experiments of spatial memory, which typically restrict the sensory information normally available to human subjects in the real world.

Gestión de recursos en nodos multi-core de memoria compartida

La gestión de recursos en los procesadores multi-core ha ganado importancia con la evolución de las aplicaciones y arquitecturas. Pero esta gestión es muy compleja. Por ejemplo, una misma aplicación paralela ejecutada múltiples veces con los mismos datos de entrada, en un único nodo multi-core, puede tener tiempos de ejecución muy variables. Hay múltiples factores hardware y software que afectan al rendimiento. La forma en que los recursos hardware (cómputo y memoria) se asignan a los procesos o threads, posiblemente de varias aplicaciones que compiten entre sí, es fundamental para determinar este rendimiento. La diferencia entre hacer la asignación de recursos sin conocer la verdadera necesidad de la aplicación, frente a asignación con una meta específica es cada vez mayor. La mejor manera de realizar esta asignación és automáticamente, con una mínima intervención del programador. Es importante destacar, que la forma en que la aplicación se ejecuta en una arquitectura no necesariamente es la más adecuada, y esta situación puede mejorarse a través de la gestión adecuada de los recursos disponibles. Una apropiada gestión de recursos puede ofrecer ventajas tanto al desarrollador de las aplicaciones, como al entorno informático donde ésta se ejecuta, permitiendo un mayor número de aplicaciones en ejecución con la misma cantidad de recursos. Así mismo, esta gestión de recursos no requeriría introducir cambios a la aplicación, o a su estrategia operativa. A fin de proponer políticas para la gestión de los recursos, se analizó el comportamiento de aplicaciones intensivas de cómputo e intensivas de memoria. Este análisis se llevó a cabo a través del estudio de los parámetros de ubicación entre los cores, la necesidad de usar la memoria compartida, el tamaño de la carga de entrada, la distribución de los datos dentro del procesador y la granularidad de trabajo. Nuestro objetivo es identificar cómo estos parámetros influyen en la eficiencia de la ejecución, identificar cuellos de botella y proponer posibles mejoras. Otra propuesta es adaptar las estrategias ya utilizadas por el Scheduler con el fin de obtener mejores resultados.

Mejorando la robustez de aplicaciones frente a fallos transitorios

Computer chips implementation technologies evolving to obtain more performance are increasing the probability of transient faults. As this probability grows and on-chip solutions are expensive or tend to degrade processor performance, the efforts to deal with these transient faults in higher levels (such as the operating system or even at the application level) are increasing. Mostly, these efforts are trying to avoid silent data corruptions using hardware, software and hybrid based techniques to add redundancy to detect the errors generated by the transient faults. This work presents our proposal to improve the robustness of applications with source code based transformation adding redundancy. Also, our proposal takes account of the tradeoff between the improved robustness and the overhead generated by the added redundancy.

3D visualization software to analyze topological outcomes of topoisomerase reactions.

The action of various DNA topoisomerases frequently results in characteristic changes in DNA topology. Important information for understanding mechanistic details of action of these topoisomerases can be provided by investigating the knot types resulting from topoisomerase action on circular DNA forming a particular knot type. Depending on the topological bias of a given topoisomerase reaction, one observes different subsets of knotted products. To establish the character of topological bias, one needs to be aware of all possible topological outcomes of intersegmental passages occurring within a given knot type. However, it is not trivial to systematically enumerate topological outcomes of strand passage from a given knot type. We present here a 3D visualization software (TopoICE-X in KnotPlot) that incorporates topological analysis methods in order to visualize, for example, knots that can be obtained from a given knot by one intersegmental passage. The software has several other options for the topological analysis of mechanisms of action of various topoisomerases.

Laboratori Assistit per Ordinador mitjançant eines ofimàtiques convencionals

El projecte "Laboratori Asssit per Ordinador Mitjançant Eines Ofimàtiques Convencionals" ha estat realitzat en la facultat de Física de la Universitat de Barcelona durant els anys 2007 i 2008 (projecte biennal). El principal objectiu d’aquest projecte és demostrar la possibilitat d’utilitzar les eines informàtiques més habituals en la realització d’experiències de laboratori assistit per ordinador (LAO). En particular, es proposa la utilització del Excel © juntament amb les seves macros (Visual Basic para Aplicacions, VBA) en pràctiques de laboratori d’assignatures en l’àrea de Física Aplicada. Excel és un full de càlcul molt conegut i usat tant per professors com pels estudiants. En aquest treball mostrem exemples concrets que abasten les diferents tècniques de control i adquisició de dades: programació del port sèrie (RS- 232) i paral·lel, i interfase GPIB. La implementació d’aquestes tècniques es realitza mitjançant macros VBA de Excel. La resta de programació de l’aplicació LAO, la representació gràfica i el tractament de les dades, es realitza de forma molt simple a partir del maneig habitual d’un full de càlcul. La realització del projecte ha demostrat la conveniència d’aquesta metodologia. Actualment pràcticament la totalitat de les pràctiques LAO de les quals és responsable el Departament de Física Aplicada utilitzen la programació a través del full de càlcul. La resposta dels estudiants ha estat molt positiva. La combinació de les característiques d’aquesta eina juntament amb la programació VBA té un enorme potencial i representa, probablement, una forma senzilla d’introduir tant a l’alumne com al professor en el món de la programació.