Use of shared memory in the context of embedded multi-core processors: exploration of the technology and its limits

Modern embedded systems embrace many-core shared-memory designs. Due to constrained power and area budgets, most of them feature software-managed scratchpad memories instead of data caches to increase the data locality. It is therefore programmers’ responsibility to explicitly manage the memory transfers, and this make programming these platform cumbersome. Moreover, complex modern applications must be adequately parallelized before they can the parallel potential of the platform into actual performance. To support this, programming languages were proposed, which work at a high level of abstraction, and rely on a runtime whose cost hinders performance, especially in embedded systems, where resources and power budget are constrained. This dissertation explores the applicability of the shared-memory paradigm on modern many-core systems, focusing on the ease-of-programming. It focuses on OpenMP, the de-facto standard for shared memory programming. In a first part, the cost of algorithms for synchronization and data partitioning are analyzed, and they are adapted to modern embedded many-cores. Then, the original design of an OpenMP runtime library is presented, which supports complex forms of parallelism such as multi-level and irregular parallelism. In the second part of the thesis, the focus is on heterogeneous systems, where hardware accelerators are coupled to (many-)cores to implement key functional kernels with orders-of-magnitude of speedup and energy efficiency compared to the “pure software” version. However, three main issues rise, namely i) platform design complexity, ii) architectural scalability and iii) programmability. To tackle them, a template for a generic hardware processing unit (HWPU) is proposed, which share the memory banks with cores, and the template for a scalable architecture is shown, which integrates them through the shared-memory system. Then, a full software stack and toolchain are developed to support platform design and to let programmers exploiting the accelerators of the platform. The OpenMP frontend is extended to interact with it.

Sviluppo e caratterizzazione di bulk superconduttori in MgB2 per sistemi di levitazione

Superconduttori bulk in MgB2, ottenuti con tecnologia Mg-RLI brevettata da Edison Spa, sono stati oggetto di un'approfondita analisi in termini di forze di levitazione. Questo studio è stato preliminare per la progettazione di un innovativo sistema di levitazione lineare. I risultati ottenuti sperimentalmente sono stati validati attraverso modelli numerici sviluppati ad hoc. I campioni oggetto dello studio sono tre bulk in MgB2 rappresentativi delle tipiche forme usate nelle applicazioni reali: un disco, un cilindro, una piastra. I bulk sono stati misurati con un sistema di misura per le forze di levitazione realizzato a tale scopo. Un protocollo sperimentale è stato seguito per la caratterizzazione di base, sia in condizioni Field Cooling sia Zero Field Cooling, al quale sono state affiancate prove specifiche come la possibilità di mantenere inalterate le proprietà superconduttive attraverso la giunzione di più campioni con la tecnologia Mg-RLI. Un modello numerico è stato sviluppato per convalidare i risultati sperimentali e per studiare l'elettrodinamica della levitazione. Diverse configurazioni di rotori magnetici sono state accoppiate con un cilindro in MgB2 con lo scopo di valutare la soluzione ottimale; questo tema è stato apporofondito attraverso lo sviluppo di un software di simulazione che può tenere conto sia del numero di magneti sia della presenza di anelli in materiale magneti intercalati fra di essi. Studi analoghi sono stati portati avanti su una piastra di MgB2 per simulare il comportamento di una geometria piana. Un sistema di raffreddamento innovativo basato sull'azoto solido è stato studiato per poterlo accoppiare con un sistema di levitazione. Il criostato progettato è costituito da due dewar, uno dentro l'altro; quello interno ha lo scopo di raffreddare l'MgB2 mentre quello esterno di limitare delle perdite verso l'esterno. Il criopattino così ottenuto è accoppiato in condizioni FC ad una rotaia formata da magneti permanenti in NdFeB.

Il dolore oncologico come malattia nella malattia. Una ricerca nazionale sulle donne con tumore al seno

L’ipotesi di fondo su cui si basa l’intero lavoro è che il dolore oncologico debba essere riconosciuto come “malattia nella malattia”: non si può considerare tale dolore mero “sintomo” del cancro ma esperienza totale che coinvolge l’intera persona. Il dolore oncologico è carico di valenze e significati personali, è associato a rappresentazioni sociali e, come ogni malattia, è disease, illness e sickness. Partendo da questo presupposto, la dissertazione si è posta come obiettivo generale quello di studiare il dolore oncologico tra le donne con tumore al seno, le sue componenti sociali, psicologiche, individuali oltre che fisiche; si è voluto inoltre studiare la specificità del vissuto e dei significati associati all’esperienza dolorosa. Il lavoro è articolato in due parti fondamentali, una teorica ed una empirica. La prima presenta un inquadramento dei principali concetti della sociologia della salute riguardanti il dolore. Per quanto riguarda la parte empirica, si è fatto ricorso ad una ricerca mista, fatta di metodi misti e fondata su un approccio metodologico di natura integrativa che si avvale di tecniche quantitative e qualitative. La parte quantitativa si basa su una parte dei dati della ricerca nazionale ESOPO - Epidemiological Study of Pain in Oncology. Dall’intero campione sono state isolate le sole donne con tumore al seno (n=846). Si è proceduto quindi allo studio di tale campione, alle elaborazioni statistiche con il programma SPSS e all’interpretazione dei risultati. Per quanto riguarda la parte qualitativa, invece, è stata condotta un’analisi delle fonti che si è avvalsa di un approccio netnografico: è stata condotta un’osservazione non intrusiva di 12 blog scritti da donne con tumore al seno, con lo scopo di indagare le narrazioni di malattia, i vissuti personali, i significati di dolore e malattia e le loro ripercussioni sulla vita quotidiana.

Pulsed plasma thruster ignition system: investigation, test design and results

Fra i sistemi di propulsione elettrica per satelliti, il Pulsed Plasma Thruster, PPT, è quello dal design più semplice. È anche il primo sistema di propulsione elettrica utilizzato in un satellite artificiale, ossia ZOND-2 lanciato nel 1964 dall’Unione Sovietica. Tuttavia, dopo circa 50 anni di ricerca, la comprensione teorica e sperimentale di questo dispositivo rimane limitata. Questo elaborato di tesi magistrale indaga sul sottosistema di accensione del PPT, cercando di mettere in luce alcuni aspetti legati al lifetime della spark plug, SP. Tale SP, o candela, è l’attuatore del sottosistema di accensione. Questa produce una scintilla sulla sua superficie, la quale permette la realizzazione della scarica elettrica principale fra i due elettrodi del motore. Questa scarica crea una sottile parete di plasma che, per mezzo della forza elettromagnetica di Lorentz, produce la spinta del PPT. Poiché la SP si trova all’interno del catodo del motore e si affaccia nella camera di scarica, questa soffre di fenomeni di corrosione e di deposizione carbonacea proveniente dal propellente. Questi fenomeni possono limitare notevolmente il lifetime della SP. I parametri connessi alla vita operativa della SP sono numerosi. In questo elaborato si è analizzata la possibilità di utilizzare una elettronica di accensione della candela alternativa alla classica soluzione che utilizza un trasformatore. Il sottosistema di accensione classico e quello nuovo sono stati realizzati e testati, per metterne in luce le differenze ed i possibili vantaggi/svantaggi.

Sviluppo di tecniche per la progettazione delle reti di monitoraggio della qualita' dell'aria

L’obiettivo del lavoro consiste nell’implementare una metodologia operativa volta alla progettazione di reti di monitoraggio e di campagne di misura della qualità dell’aria con l’utilizzo del laboratorio mobile, ottimizzando le posizioni dei dispositivi di campionamento rispetto a differenti obiettivi e criteri di scelta. La revisione e l’analisi degli approcci e delle indicazioni fornite dalla normativa di riferimento e dai diversi autori di lavori scientifici ha permesso di proporre un approccio metodologico costituito da due fasi operative principali, che è stato applicato ad un caso studio rappresentato dal territorio della provincia di Ravenna. La metodologia implementata prevede l’integrazione di numerosi strumenti di supporto alla valutazione dello stato di qualità dell’aria e degli effetti che gli inquinanti atmosferici possono generare su specifici recettori sensibili (popolazione residente, vegetazione, beni materiali). In particolare, la metodologia integra approcci di disaggregazione degli inventari delle emissioni attraverso l’utilizzo di variabili proxy, strumenti modellistici per la simulazione della dispersione degli inquinanti in atmosfera ed algoritmi di allocazione degli strumenti di monitoraggio attraverso la massimizzazione (o minimizzazione) di specifiche funzioni obiettivo. La procedura di allocazione sviluppata è stata automatizzata attraverso lo sviluppo di un software che, mediante un’interfaccia grafica di interrogazione, consente di identificare delle aree ottimali per realizzare le diverse campagne di monitoraggio

Stile. Teoria e prassi nell'opera di Viollet-le-Duc

Per Viollet-le-Duc lo “stile” «è la manifestazione di un ideale fondato su un principio» dove per principio si intende il principio d’ordine della struttura, quest’ultimo deve rispondere direttamente alla Legge dell’”unità” che deve essere sempre rispettata nell’ideazione dell’opera architettonica. A partire da questo nodo centrale del pensiero viollettiano, la presente ricerca si è posta come obiettivo quello dell’esplorazione dei legami fra teoria e prassi nell’opera di Viollet-le-Duc, nei quali lo “stile” ricorre come un "fil rouge" costante, presentandosi come una possibile inedita chiave di lettura di questa figura protagonista della storia del restauro e dell’architettura dell’Ottocento. Il lavoro di ricerca si é dunque concentrato su una nuova lettura dei documenti sia editi che inediti, oltre che su un’accurata ricognizione bibliografica e documentaria, e sullo studio diretto delle architetture. La ricerca archivistica si é dedicata in particolare sull’analisi sistematica dei disegni originali di progetto e delle relazioni tecniche delle opere di Viollet-le- Duc. A partire da questa prima ricognizione, sono stati selezionati due casi- studio ritenuti particolarmente significativi nell’ambito della tematica scelta: il progetto di restauro della chiesa della Madeleine a Vézelay (1840-1859) e il progetto della Maison Milon in rue Douai a Parigi (1857-1860). Attraverso il parallelo lavoro di analisi dei casi-studio e degli scritti di Viollet- le-Duc, si è cercato di verificare le possibili corrispondenze tra teoria e prassi operativa: confrontando i progetti sia con le opere teoriche, sia con la concreta testimonianza degli edifici realizzati.

Caratterizzazione di leghe di alluminio da fonderia per impieghi motoristici

L'alluminio e le sue leghe sono fra i materiali più importanti nell’ambito dell'ingegneria meccanica e trovano spazio in tutti i principali settori dell’industria aerospaziale e motoristica. La loro versatilità è legata principalmente all’elevata resistenza specifica indotta dal trattamento termico, all’ottima resistenza alla corrosione e all’elevata conducibilità elettrica e termica. Purtroppo l’effetto di rinforzo indotto del trattamento termico viene ad essere compromesso nel caso di applicazioni delle leghe a temperature superiori ai 200°C. Negli ultimi anni, al fine di aumentare l’efficienza e la potenza dei motori endotermici, le temperature a cui questi sono sottoposti si sono innalzate. Per tale ragione si stanno sviluppando e studiando leghe che, attraverso l’aggiunta di opportuni elementi, possano mantenere alte proprietà meccaniche anche a temperature superiori ai 200°C. L’obiettivo della presente ricerca è valutare l’influenza della microstruttura sulle proprietà meccaniche in temperatura di due leghe di alluminio per applicazioni in fonderia, C355 e A354, aventi come elementi principali di lega Si, Cu e Mg.

Ragazzi selvaggi: Un itinerario di ricerca tra storia della pedagogia, neuroscienze e dibattito pedagogico attuale

Il lavoro di tesi nasce con l'intento di realizzare un'analisi unitaria della tematica dei ragazzi selvaggi al fine di evidenziare il valore e le ripercussioni di quanto oggigiorno può emergere dal portare avanti lo studio dei ragazzi selvaggi da una prospettiva pedagogico-educativa. L’espressione ragazzo selvaggio viene tradizionalmente usata per riferirsi a quei bambini/e cresciuti per un lungo periodo in compagnia di animali o in luoghi isolati. Nel corso del tempo altre accezioni sono comparse e l’utilizzo di tale espressione ha assunto significati diversi in base ai contesti di riferimento e alle eventuali connessioni con la tematica del selvaggio in generale. Questa tematica si colloca al crocevia tra più aree di ricerca; gli incroci sono come territori di confine, luoghi in cui è facile smarrirsi, ma sono anche luoghi di incontro, di confronto, di scambio, luoghi che conducono a nuova conoscenza. Affrontare, come in questo caso, un argomento di ricerca ricco di aspetti analizzabili da più punti di vista, implica la necessità di riferirsi a più prospettive d'indagine e di rapportarsi con differenti ambiti di studio. Ciò non deve però tradursi in un’inclusione indistinta e giustapponente delle diverse letture del fenomeno e degli elementi connessi alla ricerca. Il presente lavoro cerca pertanto di adottare un orientamento olistico alla tematica dei ragazzi selvaggi avvalendosi di uno sguardo di matrice pedagogico-educativa. L’obiettivo generale della ricerca si articola in tre sotto-obiettivi, identificabili nello specifico come: - realizzare un’analisi del fenomeno dei ragazzi selvaggi che metta in luce gli apporti della tematica all’evoluzione della storia della pedagogia; - far emergere ed evidenziare le connessioni della tematica a problematiche educative attualmente rilevanti ed oggetto del dibattito pedagogico contemporaneo; - analizzare i punti di contatto tra le ricerche sui feral children e le evidenze emerse dagli studi in campo neuroscientifico.

Ambienti innovativi per l'apprendimento: Modelli interpretativi e contributi di esperienze. Uno studio sull'organizzazione di Scuola-Città Pestalozzi a Firenze

La tesi affronta il tema dell'innovazione della scuola, oggetto di costante attenzione da parte delle organizzazioni internazionali e dei sistemi educativi nazionali, per le sue implicazioni economiche, sociali e politiche, e intende portare un contributo allo studio sistematico e analitico dei progetti e delle esperienze di innovazione complessiva dell'ambiente di apprendimento. Il concetto di ambiente di apprendimento viene approfondito nelle diverse prospettive di riferimento, con specifica attenzione al framework del progetto "Innovative Learning Environments" [ILE], dell’Organisation For Economic And Cultural Development [OECD] che, con una prospettiva dichiaratamente olistica, individua nel dispositivo dell’ambiente di apprendimento la chiave per l’innovazione dell’istruzione nella direzione delle competenze per il ventunesimo Secolo. I criteri presenti nel quadro di riferimento del progetto sono stati utilizzati per un’analisi dell’esperienza proposta come caso di studio, Scuola-Città Pestalozzi a Firenze, presa in esame perché nell’anno scolastico 2011/2012 ha messo in pratica appunto un “disegno” di trasformazione dell’ambiente di apprendimento e in particolare dei caratteri del tempo/scuola. La ricerca, condotta con una metodologia qualitativa, è stata orientata a far emergere le interpretazioni dei protagonisti dell’innovazione indagata: dall’analisi del progetto e di tutta la documentazione fornita dalla scuola è scaturita la traccia per un focus-group esplorativo attraverso il quale sono stati selezionati i temi per le interviste semistrutturate rivolte ai docenti (scuola primaria e scuola secondaria di primo grado). Per quanto concerne l’interpretazione dei risultati, le trascrizioni delle interviste sono state analizzate con un approccio fenomenografico, attraverso l’individuazione di unità testuali logicamente connesse a categorie concettuali pertinenti. L’analisi dei materiali empirici ha permesso di enucleare categorie interpretative rispetto alla natura e agli scopi delle esperienze di insegnamento/apprendimento, al processo organizzativo, alla sostenibilità. Tra le implicazioni della ricerca si ritengono particolarmente rilevanti quelle relative alla funzione docente.

Ricerca di contaminanti in tessuti animali e in alimenti destinati all'uomo.

La contaminazione chimica rappresenta uno dei rischi principali per la sicurezza alimentare e può arrecare anche gravi danni alla salute umana. Rientrano in questa tesi di dottorato tre famiglie di contaminanti: Micotossine, Metalli e Insetticidi. La ricerca di aflatossina B1 è stata effettuata su 90 confezioni di farina, sia biologici sia convenzionali. La presenza della micotossina è stata rilevata solo nelle farine di mais. Solo un campione di produzione convenzionale ha superato il limite di 2 ppb definito per legge. Il dato di maggior rilievo è stato che il quantitativo di 5 grammi di campionamento si è dimostrato non rappresentativo sul totale della confezione commerciale di farina. Più attendibile si è invece dimostrato un campionamento di 20 grammi. L’aflatossina M1 è stata ricercata in 58 campioni di latte di cui 35 sono risultati positivi. Tuttavia, i livelli riscontrati erano costantemente inferiori al limite previsto per legge. Sono stati sottoposti a estrazione e purificazione, e analizzati con metodica HPLC-FL per la ricerca di Ocratossina A, 114 campioni di bile, 35 campioni di plasma, 40 campioni di rene prelevati da polli in Giordania. Le analisi hanno fornito risultati costantemente negativi. Sono stati analizzati 72 campioni (30 di muscolo, 29 di fegato e 13 di rene) prelevati da 30 bovini nel macello di Irbid (Giordania), di età compresa tra 8 e 30 mesi e provenienti da allevamenti diversi, per la ricerca di 13 elementi essenziali e non essenziali. In questo studio nessun campione supera i livelli massimi stabiliti dalla normativa europea per quanto riguarda gli elementi considerati. Infine, sono stati analizzati 37 campioni di latte ovino e 31 campioni di latte bovino, prelevati in Giordania in diversi allevamenti, per la ricerca di 4 neonicotinoidi (imidacloprid, acetamiprid, thiamethoxam e thiacloprid). I campioni, analizzati con sistema HPLC/MS/MS, sono risultati costantemente negativi ai quattro neonicotinoidi ricercati.

Ricerca dell'emissione alle alte energie da parte delle radio galassie fri e frii

Lo scenario di unificazione degli AGN caratterizza le molteplici proprietà di questi oggetti in termini del differente angolo di vista rispetto ad un sistema costituito da un toro oscurante, un disco di accrescimento che alimenta il SMBH e nubi di gas che circondano il buco nero. Circa il 10% degli AGN sono forti sorgenti radio. Questi oggetti, detti AGN Radio-Loud, sono caratterizzati da getti relativistici emessi trasversalmente rispetto al disco di accrescimento e comprendono le radio galassie e i blazar. In accordo con il modello unificato, le radio galassie (MAGN), rappresentano i blazar visti a grandi angoli di inclinazione del getto rispetto alla linea di vista. Nei blazar la radiazione emessa dai getti su scale del pc viene amplificata da effetti relativistici dando origine a spettri piatti con elevata polarizzazione ottica e forte variabilità. Questi oggetti rappresentano le sorgenti più brillanti identificate nel cielo gamma extragalattico. I MAGN, a differenza dei blazar, mostrano spettri ripidi e strutture radio quasi simmetriche. In queste sorgenti, l'effetto del Doppler boosting è meno evidente a causa del grande angolo di inclinazione del getto. In soli 3 mesi di osservazioni scientifiche effettuate con il satellite Fermi è stata rivelata emissione gamma da parte delle radio galassie NGC 1275 e Cen A. I MAGN rappresentano una nuova classe di sorgenti gamma. Tuttavia, il numero di radio galassie rivelate è sorprendentemente piccolo ponendo degli interrogativi sui meccanismi di emissione alle alte energie di questi oggetti. Nel presente lavoro di tesi, si analizzeranno i dati gamma raccolti dal LAT durante i primi 5 anni di osservazioni scientifiche per un campione di 10 radio galassie più brillanti selezionate dai cataloghi B2 e BCS. L'obiettivo principale sarà migliorare la statistica e cercare di comprendere la natura dell'emissione alle alte energie da parte delle radio galassie.

Studio della parametrizzazione del fondo per la ricerca del bosone di higgs nel modello supersimmetrico minimale con l'esperimento cms a lhc

Questa tesi si svolge nell’ambito della ricerca del bosone di Higgs supersimmetrico all’esperimento CMS del Cern, sfruttando le collisioni protone-protone dell’acceleratore LHC. Il lavoro da me svolto riguarda lo studio della parametrizzazione dell’insieme dei dati che costituiscono il fondo dell’eventuale presenza di un segnale del bosone di Higgs nel modello supersimmetrico minimale. Ho eseguito dei fit al fondo aspettato tramite il package Root, utilizzando diverse funzioni per parametrizzarne analiticamente l’andamento. Nel lavoro di tesi mostro come tali funzioni approssimano i dati e ne discuto le loro caratteristiche e differenze.

Progettazione e sviluppo del back-end per il modulo di correzione automatica del corso di programmazione.

Il web ha cambiato radicalmente le nostre vite. Grazie ad esso, oggi si possono fare cose che solo qualche decennio fa erano pura fantascienza, come ad esempio la telepresenza o gli interventi chirurgici da remoto, ma anche cose più “semplici” come seguire corsi di formazione (anche universitaria), effettuare la spesa, operare con il proprio conto corrente, tutto restando comodamente a casa propria, semplificando così la vita di tutti. Allo stesso tempo il web è stato utilizzato per fini tutt’altro che nobili, ad esempio per commettere crimini informatici, recare danni alla concorrenza, compiere varie forme di truffe ecc. Ogni persona dovrebbe comportarsi in modo corretto e nel pieno rispetto del prossimo, sia sul mondo reale che sul web, ma purtroppo non è sempre così. Per quanto riguarda il mondo del web, sta agli sviluppatori soddisfare le necessità dei propri utenti, assicurandosi però che la propria applicazione non verrà usata per recare qualche tipo di danno a terzi o alla propria infrastruttura. Questa tesi nasce da un idea dei docenti del corso di Programmazione riguardo alla realizzazione di un modulo del sito web del corso che si occupa della correzione automatica di esercizi scritti in linguaggio C dagli studenti del corso, dove per correzione automatica si intende la verifica della correttezza degli esercizi.

Ab initio quantum mechanical investigation of structural and chemical-physical properties of selected minerals for minero-petrological, structural ceramic and biomaterial applications

The purpose of this thesis is the atomic-scale simulation of the crystal-chemical and physical (phonon, energetic) properties of some strategically important minerals for structural ceramics, biomedical and petrological applications. These properties affect the thermodynamic stability and rule the mineral-environment interface phenomena, with important economical, (bio)technological, petrological and environmental implications. The minerals of interest belong to the family of phyllosilicates (talc, pyrophyllite and muscovite) and apatite (OHAp), chosen for their importance in industrial and biomedical applications (structural ceramics) and petrophysics. In this thesis work we have applicated quantum mechanics methods, formulas and knowledge to the resolution of mineralogical problems ("Quantum Mineralogy”). The chosen theoretical approach is the Density Functional Theory (DFT), along with periodic boundary conditions to limit the portion of the mineral in analysis to the crystallographic cell and the hybrid functional B3LYP. The crystalline orbitals were simulated by linear combination of Gaussian functions (GTO). The dispersive forces, which are important for the structural determination of phyllosilicates and not properly con-sidered in pure DFT method, have been included by means of a semi-empirical correction. The phonon and the mechanical properties were also calculated. The equation of state, both in athermal conditions and in a wide temperature range, has been obtained by means of variations in the volume of the cell and quasi-harmonic approximation. Some thermo-chemical properties of the minerals (isochoric and isobaric thermal capacity) were calculated, because of their considerable applicative importance. For the first time three-dimensional charts related to these properties at different pressures and temperatures were provided. The hydroxylapatite has been studied from the standpoint of structural and phonon properties for its biotechnological role. In fact, biological apatite represents the inorganic phase of vertebrate hard tissues. Numerous carbonated (hydroxyl)apatite structures were modelled by QM to cover the broadest spectrum of possible biological structural variations to fulfil bioceramics applications.