Mapeamento da linguagem Nautilus para Java

Este trabalho apresenta um mapeamento centrado nas construções não usuais da linguagem Nautilus, para a linguagem convencional, no caso Java, mantendo propriedades com atomicidade que são requisitos da semântica formal da linguagem. Nautilus é originalmente uma linguagem de especificação baseada em objetos, textual que suporta objetos concorrentes e não deterministas. Desde então a linguagem foi modificada aom extensões como classes e uma notação diagramática, além de se investigar seu uso como linguagem de programação. Suas construções incomuns (reificação, agregação, etc.) são baseados em seu domínio semântico: Automâtos Não Sequenciais. Este domíno satisfaz composição diagonal, i.e refinamentos se compõem (verticalmente) refletindo uma descrição gradual de sistemas, envolvendo múltiplos níveis de abstração, e distribui-se através de combinadores (horizontalmente), o que significa que o refinamento de um sistema composto é a combinação de do refinamento de suas partes.O trabalho inclui um mapeamento inicial de um subconjunto da linguagem(objeto base, reificação, agregação e visão), uma versão ampliada para abranger mais construções( interação e classes), e uma versão refinada mais concorrente e sugestões de modificação na linguagem.

Consultando XML por meio de modelos conceituais : extensão e formalização de CXPath

Com o objetivo de realizar consultas em diferentes fontes XML,é necessário que se escreva uma consulta específica para cada fonte XML. Uma solução mais adequada é fazer uma única consulta sobre um esquema conceitual e então traduzi-la automaticamente para consultas XML para cada fonte XML específica. CXPath é uma linguagem de consulta que foi proposta para consultar dados em nıvel conceitual. Este trabalho tem como objetivos formalizar a linguagem existente, estendê-la para permitir consultas que utilizem o conceito de herança e estender o mecanismo de tradução de consultas. A formalização da linguagem é feita por meio de um conjunto de regras que definem formalmente um critério para validar uma consulta escrita nessa linguagem sobre um esquema conceitual. Essa formalização permite estender a linguagem para que ela passe a tratar os relacionamentos de herança e especialização. Outra contribuição dessa formalização é que ela apresenta o primeiro passo rumo à verificação formal de que a avaliação da consulta global traz os mesmos resultados obtidos pela avaliação da consulta resultante do processo de mapeamento de consultas proposto. A extensão do mecanismo de tradução de consultas é necessária para traduzir relacionamentos representados no modelo conceitual para junções nas fontes de dados XML. Tal aspecto é fundamental para permitir a construção de modelos conceituais com relacionamentos semânticos e que não dependam de relacionamentos físicos existentes nos documentos fontes, mas apenas de junções tal como é feito em bases de dados relacionais.

Evolução de documentos XML com tempo e versões

A utilização de conceitos de representação temporal tem sido essencial em diversas aplicações de banco de dados, por permitir o armazenamento e a manipulação dos diferentes estados assumidos pela base de dados ao longo do tempo. Durante a evolução da base de dados, através do conceito de bitemporalidade, obtém-se acesso a informações presentes, passadas e futuras. Já o conceito de versionamento permite a existência de diversas alternativas para a evolução da base de dados, possibilitando um processo de evolução ramificada, em oposição ao usual mecanismo de evolução linear do conteúdo da base. Com a migração de tais aplicações para um ambiente Web, estas passam cada vez mais a utilizar a linguagem XML como formato de representação e intercâmbio de seus dados. Tornam-se necessários, dessa forma, mecanismos para a representação e manipulação da história do conteúdo de um documento XML que sofre modificações com o passar do tempo. Apesar da existência de propostas de extensão temporal de modelos de dados convencionais e de estratégias para o armazenamento de documentos XML em modelos convencionais, a natureza semi-estruturada dos documentos XML faz com que seja necessário definir um novo modelo de dados temporal, capaz de lidar com os conceitos de bitemporalidade e versionamento em um documento semiestruturado. O objetivo deste trabalho é definir um modelo que, ao contrário das demais propostas existentes, combine os conceitos de bitemporalidade e de versionamento em uma única abordagem capaz de permitir o tratamento da evolução do conteúdo de documentos XML. O uso conjunto desses dois recursos visa combinar o poder de expressão de cada um, garantindo uma maior flexibilidade na representação do histórico dos documentos XML. O modelo resultante recebeu o nome de Tempo e Versões em XML, ou simplesmente TVX, composto por três partes: um modelo para a organização lógica dos dados, uma linguagem de consulta e uma linguagem para promover alterações ao conteúdo dos documentos XML.

"Echo Offline" : uma ferramenta para medidas ecocardiográficas pós-exame

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma ferramenta computacional de apoio ao diagnóstico através de imagens ecocardiográficas, denominada de “Echo Offline”. O “Echo Offline” foi projetado para mensuração de grandezas lineares em imagens ecocardiográficas digitais, possibilitando a realização de diagnósticos pós-exame e a integração dos dados colhidos no banco de dados da instituição médica. Um estudo transversal contemporâneo e aleatório foi realizado com uma população de quarenta e nove pacientes submetidos a exames ecocardiográficos, as imagens resultantes deste exame foram digitalizadas e um médico especialista mensurou um conjunto de variáveis pré-definidas utilizando o método convencional, ou seja, usando as facilidades oferecidas pelo equipamento de ultra-som comercial. Um segundo médico especialista produziu outros dois conjuntos de dados utilizando o “Echo offline” e desta forma foi possível avaliar a exatidão e a repetibilidade das medidas realizadas pela ferramenta “Echo offline”. O “Echo offline” apresentou uma elevada concordância com o método convencional e apresentou significativa redução no tempo de realização das medidas.

Gerência dinâmica de memória em aplicações Java embarcadas

Esta dissertação apresenta duas implementações de algoritmos para gerência dinâmica de memória em software, as quais foram desenvolvidas utilizando como alvo uma plataforma embarcada Java. Uma vez que a plataforma utilizada pertence a uma metodologia para geração semi-automática de hardware e software para sistemas embarcados, os dois algoritmos implementados foram projetados para serem integrados ao contexto desta mesma metodologia. Como forma de estabelecer comparações detalhadas entre as duas implementações desenvolvidas, foram realizadas diversas estimativas em desempenho, uso de memória, potência e energia para cada implementação, utilizando para isto duas versões existentes da plataforma adotada. Através da análise dos resultados obtidos, observou-se que um dos algoritmos desenvolvidos obteve um desempenho melhor para realização da gerência dinâmica da memória. Em contrapartida, o outro algoritmo possui características de projeto que possibilitam sua utilização com aplicações de tempo-real. De um modo geral, os custos adicionais resultantes da utilização do algoritmo de tempo-real, em relação ao outro algoritmo também implementado, são de aproximadamente 2% para a potência média dissipada, 16% para o número de ciclos executados, 18% para a energia consumida e 10% sobre a quantidade de total memória utilizada. Isto mostra que o custo extra necessário para utilização do algoritmo de tempo real é razoavelmente baixo se comparado aos benefícios proporcionados pela sua utilização. Como impactos finais produzidos por este trabalho, obteve-se um acréscimo de 35% sobre o número total de instruções suportadas pela arquitetura utilizada. Adicionalmente, 12% das instruções que já existiam no conjunto desta arquitetura foram modificadas para se adaptarem aos novos mecanismos implementados. Com isto, o conjunto atual da arquitetura passa a corresponder a 44% do total de instruções existentes na arquitetura da máquina virtual Java. Por último, além das estimativas desenvolvidas, foram também realizadas algumas sugestões para melhoria global dos algoritmos implementados. Em síntese, alguns pontos cobertos por estas sugestões incluem: a migração de elementos do processamento do escopo dinâmico para o estático, o desenvolvimento de mecanismos escaláveis para compactação de memória em tempo-real, a integração de escalonadores ao processo de gerência de memória e a extensão do processo de geração semi-automática de software e hardware para sistemas embarcados.

Sistema Aldeia : programação paralela e distribuída em Java sobre Infiniband e DECK

Esse trabalho de dissertação está incluído no contexto das pesquisas realizadas no Grupo de Processamento Paralelo e Distribuído da UFRGS. Ele aborda as áreas da computação de alto desempenho, interfaces simples de programação e de sistemas de interconexão de redes velozes. A máquina paralela formada por agregados (clusters) tem se destacado por apresentar os recursos computacionais necessários às aplicações intensivas que necessitam de alto desempenho. Referente a interfaces de programação, Java tem se mostrado uma boa opção para a escrita de aplicações paralelas por oferecer os sistemas de RMI e de soquetes que realizam comunicação entre dois computadores, além de todas as facilidades da orientação a objetos. Na área a respeito de interconexão de rede velozes está emergindo como uma tentativa de padronização a nova tecnologia Infiniband. Ela proporciona uma baixa latência de comunicação e uma alta vazão de dados, além de uma série de vantagens implementadas diretamente no hardware. É neste contexto que se desenvolve o presente trabalho de dissertação de mestrado. O seu tema principal é o sistema Aldeia que reimplementa a interface bastante conhecida de soquetes Java para realizar comunicação assíncrona em agregados formados por redes de sistema. Em especial, o seu foco é redes configuradas com equipamentos Infiniband. O Aldeia objetiva assim preencher a lacuna de desempenho do sistema padrão de soquetes Java, que além de usar TCP/IP possui um caráter síncrono. Além de Infiniband, o Aldeia também procura usufruir dos avanços já realizados na biblioteca DECK, desenvolvida no GPPD da UFRGS. Com a sua adoção, é possível realizar comunicação com uma interface Java sobre redes Myrinet, SCI, além de TCP/IP. Somada a essa vantagem, a utilização do DECK também proporciona a propriedade de geração de rastros para a depuração de programas paralelos escritos com o Aldeia. Uma das grandes vantagens do Aldeia está na sua capacidade de transmitir dados assincronamente. Usando essa técnica, cálculos da aplicação podem ser realizados concorrentemente com as operações pela rede. Por fim, os canais de dados do Aldeia substituem perfeitamente aqueles utilizados para a serialização de objetos. Nesse mesmo caminho, o Aldeia pode ser integrado à sistemas que utilizem a implementação de soquetes Java, agora para operar sobre redes de alta velocidade. Palavras-chave: Arquitetura Infiniband, agregado de computadores, linguagem de programação Java, alto desempenho, interface de programação.

Astrha : um ambiente gráfico, dinâmico e interativo para internet baseado em hiper-animações e na teoria dos autômatos

Esta pesquisa, batizada Astrha (Automata Structured Hyper-Animation), tem suas raízes no projeto “Hyper Seed - Framework, Ferramentas e Métodos para Sistemas Hipermídia voltados para EAD via WWW” que possui, entre seus objetivos e metas: (a) o desenvolvimento de uma fundamentação matemática para a unificação, de maneira coerente e matematicamente rigorosa, de especificações de sistemas hipermídia e animações baseadas na Teoria dos Autômatos; (b) a construção e validação de um protótipo de sistema com suporte à criação de conteúdo multimídia e hipermídia com ênfase em educação assistida por computador; (c) a definição e aplicação de estudos de caso. Atender às demandas acadêmicas e construtoras supra citadas, no que se refere à unificação de especificações de sistemas hipermídia e animações baseadas na Teoria dos Autômatos, em nível conceitual, é o objetivo principal do Astrha. Mais especificamente, unificar conceitos das especificações Hyper-Automaton; Hyper- Automaton: Avaliações Interativas; eXtensible Hyper-Automaton (XHA) e Animação Bidimensional para World Wide Web (AGA). Para resolvê-las, propõe uma solução em cinco fases. A primeira constitui-se numa investigação conceitual sobre unificação de ambientes hipermídia com animações por computador, da qual conclui-se que as hiperanimações são uma resposta adequada ao contexto. Em seguida, um autômato finito não-determinístico, reflexivo, com saídas associadas às transições, denominado Astrha/M, é especializado para modelar, formalmente, estruturas hiper-animadas. Na terceira fase, uma linguagem de quarta geração denominada Astrha/L é proposta com a finalidade de proporcionar semântica à ambientes hiper-animados. Construída a partir da metalinguagem XML, é composta de quatro dialetos: (1) Mealy, que traduz o modelo Astrha/M; (2) Environment, que oferece opções de configuração e documentação; (3) Hyper, linguagem hipermídia, de sintaxe simples, que oferece hiperligações estendidas; (4) Style, especificação de estilos em cascata e de caracteres especiais. A quarta fase é a modelagem e construção do protótipo, denominado Astrha/E, através das linguagens UML e Java, respectivamente, com uso de tecnologias de software livre, resultando em um applet interativo, dinâmico, multimídia, que oferece características e propriedades de uma hiper-animação, traduzindo não-determinismos em escolhas pseudo-aleatórias e reflexividades em inoperabilidades aparentes. Por fim, a quinta fase trata de estudos de caso aplicados em educação a distância, em diversas áreas, de onde se conclui sua validade como conceito, modelo e ferramenta para programas educacionais que utilizam a Internet como meio de auxílio ao aprendizado.

Caracteres (em Java)

O professor apresenta a utilização de caracteres nas linguagens de programação Java e C++. Ilustra como utilizar e tratar conjuntos de caracteres nas linguagens de programação.

Interface com o Usuário (em Java)

O professor apresenta interfaces orientadas a objetos na linguagem de programação Java. Ilustra como e quando são utilizadas as interfaces orientadas a objetos em Java.

JML- Based formal development of a Java card application for managing medical appointments

Although formal methods can dramatically increase the quality of software systems, they have not widely been adopted in software industry. Many software companies have the perception that formal methods are not cost-effective cause they are plenty of mathematical symbols that are difficult for non-experts to assimilate. The Java Modelling Language (short for JML) Section 3.3 is an academic initiative towards the development of a common formal specification language for Java programs, and the implementation of tools to check program correctness. This master thesis work shows how JML based formal methods can be used to formally develop a privacy sensitive Java application. This is a smart card application for managing medical appointments. The application is named HealthCard. We follow the software development strategy introduced by João Pestana, presented in Section 3.4. Our work influenced the development of this strategy by providing hands-on insight on challenges related to development of a privacy sensitive application in Java. Pestana’s strategy is based on a three-step evolution strategy of software specifications, from informal ones, through semiformal ones, to JML formal specifications. We further prove that this strategy can be automated by implementing a tool that generates JML formal specifications from a welldefined subset of informal software specifications. Hence, our work proves that JML-based formal methods techniques are cost-effective, and that they can be made popular in software industry. Although formal methods are not popular in many software development companies, we endeavour to integrate formal methods to general software practices. We hope our work can contribute to a better acceptance of mathematical based formalisms and tools used by software engineers. The structure of this document is as follows. In Section 2, we describe the preliminaries of this thesis work. We make an introduction to the application for managing medical applications we have implemented. We also describe the technologies used in the development of the application. This section further illustrates the Java Card Remote Method Invocation communication model used in the medical application for the client and server applications. Section 3 introduces software correctness, including the design by contract and the concept of contract in JML. Section 4 presents the design structure of the application. Section 5 shows the implementation of the HealthCard. Section 6 describes how the HealthCard is verified and validated using JML formal methods tools. Section 7 includes some metrics of the HealthCard implementation and specification. Section 8 presents a short example of how a client-side of a smart card application can be implemented while respecting formal specifications. Section 9 describes a prototype tools to generate JML formal specifications from informal specifications automatically. Section 10 describes some challenges and main ideas came acrorss during the development of the HealthCard. The full formal specification and implementation of the HealthCard smart card application presented in this document can be reached at https://sourceforge.net/projects/healthcard/.

VirtualLabs@UMa: uma plataforma personalizável para a realização de actividades experimentais

Os presentes métodos de estudo complementar fora de aulas adequam-se a um contexto mais teórico onde alunos, necessitam somente de manuais escolares ou acesso a um computador para complementar os seus estudos e atingirem os objectivos. O mesmo não se enquadra para cadeiras ou contextos mais práticos como por exemplo química ou biologia. Nestes contextos normalmente necessitamos de um laboratório ou localização específica onde se encontra as condições mínimas para a realização destes exercícios ou ensino. Actualmente existem laboratórios virtuais que vêem suplantar esta necessidade, mas os nossos estudos indicam que estes não são capazes de se adaptar a novas actividades sendo necessário desenvolver um laboratório específico para cada actividade. Neste contexto, a principal contribuição desta dissertação de mestrado é a proposta e o desenvolvimento de uma aplicação de Realidade Virtual, que seja capaz de adaptar-se facilmente às novas actividades laboratoriais de forma a personalizar as tarefas a serem realizadas pelos alunos, e que possa ser acedido através da plataforma Moodle. A aplicação desenvolvida proporciona aos alunos uma melhor percepção da forma como a actividade será realizada e prepara-os para realiza-la com sucesso num ambiente real.

JCML: A specification language for the runtime verification of Java Card programs

COSTA, Umberto Souza; MOREIRA, Anamaria Martins; MUSICANTE, Matin A.; SOUZA NETO, Plácido A. JCML: A specification language for the runtime verification of Java Card programs. Science of Computer Programming. [S.l]: [s.n], 2010.

Specification and Runtime Verification of Java Card Programs

COSTA, Umberto Souza da; MOREIRA, Anamaria Martins; MUSICANTE, Martin A. Specification and Runtime Verification of Java Card Programs. Electronic Notes in Theoretical Computer Science. [S.l:s.n], 2009.