A Novel Memory-centric Architecture and Organization of Processors and Computers

The modern computer systems that are in use nowadays are mostly processor-dominant, which means that their memory is treated as a slave element that has one major task – to serve execution units data requirements. This organization is based on the classical Von Neumann's computer model, proposed seven decades ago in the 1950ties. This model suffers from a substantial processor-memory bottleneck, because of the huge disparity between the processor and memory working speeds. In order to solve this problem, in this paper we propose a novel architecture and organization of processors and computers that attempts to provide stronger match between the processing and memory elements in the system. The proposed model utilizes a memory-centric architecture, wherein the execution hardware is added to the memory code blocks, allowing them to perform instructions scheduling and execution, management of data requests and responses, and direct communication with the data memory blocks without using registers. This organization allows concurrent execution of all threads, processes or program segments that fit in the memory at a given time. Therefore, in this paper we describe several possibilities for organizing the proposed memory-centric system with multiple data and logicmemory merged blocks, by utilizing a high-speed interconnection switching network.

Implementació amb Visual Basic d'un algorisme per a encriptar i desencriptar

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 2005. La criptografia és l’art d’escriure un llenguatge convingut, amb l’ús d’unes claus i de la seva operació inversa se’n diu criptoanalitzar. Els sistemes criptogràfics han estat emprats al llarg de la història. Actualment existeixen multituds de software i de hardware destinats a analitzar el tràfic de dades en xarxes de computadores. Encara que aquestes eines constitueixen un avenç en tècniques de seguretat i protecció, el seu ús indegut es al mateix temps un greu problema i una enorme font d’atacs a la intimitat dels seus usuaris i a la integritat dels seus propis sistemes. Des d’aquest punt de vista, s’explica com s’ha dissenyat dos aplicacions informàtiques per encriptar i desencriptar.

Desenvolupament d'interfícies HW per a FPGA des de Matlab

Aquest projecte consisteix en el desenvolupament d’estructures hardware digitals, sintetitzables sobre FPGA i realitzades des d’un entorn gràfic de disseny a nivell de sistema (alt nivell). S'ha escollit el Simulink (entorn gràfic que treballa sobre el software matemàtic Matlab de Mathworks) com a entorn de disseny, i que gràcies a la interfície proporcionada per Altera (DSPBuilder) és capaç de generar codi VHDL sintetitzable. Concretament ens centrarem en la gestió d’un sistema capturador d'imatges de comptadors del cabal d'aigua, en el qual volem fer la caracterització del comptador. Aquest capturador consta bàsicament d'un sensor d'imatge i una FPGA. En aquesta caracterització el que es pretén es ajustar els diferents paràmetres del sistema per fer que la lectura sigui òptima per a cada model de comptador que existeixen al mercat, com ara l'exposició del sensor, el guany d'un color, la realització d'un filtrat de la imatge, etc.

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.

Development of metabolic labeling strategies to study changes in protein expression

Résumé : Les progrès techniques de la spectrométrie de masse (MS) ont contribué au récent développement de la protéomique. Cette technique peut actuellement détecter, identifier et quantifier des milliers de protéines. Toutefois, elle n'est pas encore assez puissante pour fournir une analyse complète des modifications du protéome corrélées à des phénomènes biologiques. Notre objectif était le développement d'une nouvelle stratégie pour la détection spécifique et la quantification des variations du protéome, basée sur la mesure de la synthèse des protéines plutôt que sur celle de la quantité de protéines totale. Pour cela, nous volions associer le marquage pulsé des protéines par des isotopes stables avec une méthode d'acquisition MS basée sur le balayage des ions précurseurs (precursor ion scan, ou PIS), afin de détecter spécifiquement les protéines ayant intégré les isotopes et d'estimer leur abondance par rapport aux protéines non marquées. Une telle approche peut identifier les protéines avec les plus hauts taux de synthèse dans une période de temps donnée, y compris les protéines dont l'expression augmente spécifiquement suite à un événement précis. Nous avons tout d'abord testé différents acides aminés marqués en combinaison avec des méthodes PIS spécifiques. Ces essais ont permis la détection spécifique des protéines marquées. Cependant, en raison des limitations instrumentales du spectromètre de masse utilisé pour les méthodes PIS, la sensibilité de cette approche s'est révélée être inférieure à une analyse non ciblée réalisée sur un instrument plus récent (Chapitre 2.1). Toutefois, pour l'analyse différentielle de deux milieux de culture conditionnés par des cellules cancéreuses humaines, nous avons utilisé le marquage métabolique pour distinguer les protéines d'origine cellulaire des protéines non marquées du sérum présentes dans les milieux de culture (Chapitre 2.2). Parallèlement, nous avons développé une nouvelle méthode de quantification nommée IBIS, qui utilise des paires d'isotopes stables d'acides aminés capables de produire des ions spécifiques qui peuvent être utilisés pour la quantification relative. La méthode IBIS a été appliquée à l'analyse de deux lignées cellulaires cancéreuses complètement marquées, mais de manière différenciée, par des paires d'acides aminés (Chapitre 2.3). Ensuite, conformément à l'objectif initial de cette thèse, nous avons utilisé une variante pulsée de l'IBIS pour détecter des modifications du protéome dans des cellules HeLa infectée par le virus humain Herpes Simplex-1 (Chapitre 2.4). Ce virus réprime la synthèse des protéines des cellules hôtes afin d'exploiter leur mécanisme de traduction pour la production massive de virions. Comme prévu, de hauts taux de synthèse ont été mesurés pour les protéines virales détectées, attestant de leur haut niveau d'expression. Nous avons de plus identifié un certain nombre de protéines humaines dont le rapport de synthèse et de dégradation (S/D) a été modifié par l'infection virale, ce qui peut donner des indications sur les stratégies utilisées par les virus pour détourner la machinerie cellulaire. En conclusion, nous avons montré dans ce travail que le marquage métabolique peut être employé de façon non conventionnelle pour étudier des dimensions peu explorées en protéomique. Summary : In recent years major technical advancements greatly supported the development of mass spectrometry (MS)-based proteomics. Currently, this technique can efficiently detect, identify and quantify thousands of proteins. However, it is not yet sufficiently powerful to provide a comprehensive analysis of the proteome changes correlated with biological phenomena. The aim of our project was the development of ~a new strategy for the specific detection and quantification of proteomé variations based on measurements of protein synthesis rather than total protein amounts. The rationale for this approach was that changes in protein synthesis more closely reflect dynamic cellular responses than changes in total protein concentrations. Our starting idea was to couple "pulsed" stable-isotope labeling of proteins with a specific MS acquisition method based on precursor ion scan (PIS), to specifically detect proteins that incorporated the label and to simultaneously estimate their abundance, relative to the unlabeled protein isoform. Such approach could highlight proteins with the highest synthesis rate in a given time frame, including proteins specifically up-regulated by a given biological stimulus. As a first step, we tested different isotope-labeled amino acids in combination with dedicated PIS methods and showed that this leads to specific detection of labeled proteins. Sensitivity, however, turned out to be lower than an untargeted analysis run on a more recent instrument, due to MS hardware limitations (Chapter 2.1). We next used metabolic labeling to distinguish the proteins of cellular origin from a high background of unlabeled (serum) proteins, for the differential analysis of two serum-containing culture media conditioned by labeled human cancer cells (Chapter 2.2). As a parallel project we developed a new quantification method (named ISIS), which uses pairs of stable-isotope labeled amino acids able to produce specific reporter ions, which can be used for relative quantification. The ISIS method was applied to the analysis of two fully, yet differentially labeled cancer cell lines, as described in Chapter 2.3. Next, in line with the original purpose of this thesis, we used a "pulsed" variant of ISIS to detect proteome changes in HeLa cells after the infection with human Herpes Simplex Virus-1 (Chapter 2.4). This virus is known to repress the synthesis of host cell proteins to exploit the translation machinery for the massive production of virions. As expected, high synthesis rates were measured for the detected viral proteins, confirming their up-regulation. Moreover, we identified a number of human proteins whose synthesis/degradation ratio (S/D) was affected by the viral infection and which could provide clues on the strategies used by the virus to hijack the cellular machinery. Overall, in this work, we showed that metabolic labeling can be employed in alternative ways to investigate poorly explored dimensions in proteomics.

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.

Wireless GPS-based phase-locked synchronization system for outdoor environment.

Synchronization of data coming from different sources is of high importance in biomechanics to ensure reliable analyses. This synchronization can either be performed through hardware to obtain perfect matching of data, or post-processed digitally. Hardware synchronization can be achieved using trigger cables connecting different devices in many situations; however, this is often impractical, and sometimes impossible in outdoors situations. The aim of this paper is to describe a wireless system for outdoor use, allowing synchronization of different types of - potentially embedded and moving - devices. In this system, each synchronization device is composed of: (i) a GPS receiver (used as time reference), (ii) a radio transmitter, and (iii) a microcontroller. These components are used to provide synchronized trigger signals at the desired frequency to the measurement device connected. The synchronization devices communicate wirelessly, are very lightweight, battery-operated and thus very easy to set up. They are adaptable to every measurement device equipped with either trigger input or recording channel. The accuracy of the system was validated using an oscilloscope. The mean synchronization error was found to be 0.39 μs and pulses are generated with an accuracy of <2 μs. The system provides synchronization accuracy about two orders of magnitude better than commonly used post-processing methods, and does not suffer from any drift in trigger generation.

Programación de un robot autónomo: diseño, construcción, programación e integración de un robot autónomo en el entorno Pyro

En aquest projecte, s'ha dissenyat, construït i programat un robot autònom, dotat de sistema de locomoció i sensors que li permeten navegar sense impactar en un entorn controlat. Per assolir aquests objectius s'ha dissenyat i programat una unitat de control que gestiona el hardware de baix volum de dades amb diferents modes d'operació, abstraient-lo en una única interfície. Posteriorment s'ha integrat aquest sistema en l'entorn de robòtica Pyro. Aquest entorn permet usar i adaptar, segons es necessiti, eines d'intel·ligència artificial ja desenvolupades.

Desfassador banda dual basat en híbrid multibanda per aplicacions wireless

El primer objectiu del projecte és l’estudi i disseny d’un desfassador bi – banda reconfigurable per integrar en sistemes d’antenes intel·ligents i amb aplicació a sistemes dual band WLAN operant en els marges freqüencials 2.4 - 2.5 GHz i 5.15 – 5.35GHz. El desfassador que es proposa realitzar està basat en un acoblador híbrid multibanda, diplexors i circuits reconfigurables commutats amb díodes PIN. El segon objectiu del projecte és l’aprenentatge de la metodologia de disseny de circuits d’RF i més concretament les següents etapes: estudi i disseny teòric (analític), simulació circuital (ADS), simulació electromagnètica (Momentum), cosimulació circuital-electromagnètica i fabricació, així com les diferents interacions i mecanismes d’optimització entre aquestes etapes.

New FFT/IFFT Factorizations with Regular Interconnection Pattern Stage-to-Stage Subblocks

Les factoritzacions de la FFT (Fast Fourier Transform) que presenten un patró d’interconnexió regular entre factors o etapes son conegudes com algorismes paral·lels, o algorismes de Pease, ja que foren originalment proposats per Pease. En aquesta contribució s’han desenvolupat noves factoritzacions amb blocs que presenten el patró d’interconnexió regular de Pease. S’ha mostrat com aquests blocs poden ser obtinguts a una escala prèviament seleccionada. Les noves factoritzacions per ambdues FFT i IFFT (Inverse FFT) tenen dues classes de factors: uns pocs factors del tipus Cooley-Tukey i els nous factors que proporcionen la mateix patró d’interconnexió de Pease en blocs. Per a una factorització donada, els blocs comparteixen dimensions, el patró d’interconnexió etapa a etapa i a més cada un d’ells pot ser calculat independentment dels altres.

Análisis de viabilidad para la centralización de entornos distribuidos

Cada vez es más habitual encontrar tanto el software como el hardware común de las empresas distribuido y gestionado en diferentes servidores que se encargan de servir al usuario aquello que necesita sólo cuando éste lo pide. Este sistema de distribución de la información se llama centralización. Este sistema de distribución requiere un mantenimiento constante para así poder atender todas las demandas de los usuarios. El mantenimiento se convierte, gracias a la centralización en algo relativamente sencillo puesto que sólo es en el servidor donde se tienen que realizar los cambios, actualizaciones o instalación de nuevo software. Es importante entonces comprobar que estas nuevas actualizaciones del servidor responderán correctamente cuando los usuarios las requieran remotamente. En este proyecto nos hemos encargado de analizar cómo se realizan las comprobaciones necesarias para asegurar el correcto funcionamiento de los servidores remotos considerando tanto el entorno en el que se realizan como las herramientas necesarias para llevarlo a cabo. Para completar la información nos hemos centrado en un ejemplo particular de test de carga.

Detector de contorns basat en el domini transformat

RESUM En aquest document es presenta un detector de contorns d’imatges basat en el domini transformat. A partir de la interpretació de la transformada de Fourier de la imatge i la seva formulació matricial en termes dels diferents modes, es realitza una selecció de les components passa baixes a partir de les quals es reconstrueix la component de baixa freqüència que es resta de la imatge original per tal d’obtenir el detector. Aquest detector de contorns no és esbiaixat. L’algorisme pot ser aplicat utilitzant diferents mides del bloc de processament, que pot anar de la imatge sencera a blocs de reduïdes dimensions: 36X36, 16x16 o 8x8, per fer un seguiment de les propietats locals de la imatge quan aquesta és presenta característiques espacials poc uniformes.

Estudio de mejora de un sistema de backup

El presente proyecto pretende mejorar la situación del sistema de backup del Departamento de Diseño de Sony BCN TEC, con la intención de hacerlo más seguro y fiable, más cómodo y rápido y escalable de cara a futuras ampliaciones. El objetivo del presente proyecto es hacer un estudio de adquisición de un nuevo sistema para gestionar por completo las copias de seguridad del departamento, que sea capaz de manejar el tamaño de datos actual, pero también pensado en el crecimiento futuro. Esto es: un dispositivo hardware para realizar las copias de seguridad y si hace falta, un servidor y un software, que lo gestionen.

Creation of a carrier-grade telco based on a voice over IP backbone

En aquesta memòria l'autor, fent servir un enfoc modern, redissenya i implementa la plataforma que una empresa de telecomunicacions del segle 21 necessita per poder donar serveis de telefonia i comunicacions als seus usuaris i clients. Al llarg d'aquesta exposició es condueix al lector des d'una fase inicial de disseny fins a la implementació i posada en producció del sistema final desenvolupat, centrant-nos en solucionar les necessitats actuals que això implica. Aquesta memòria cubreix el software, hardware i els processos de negoci associats al repte de fer realitat aquest objectiu, i presenta al lector les múltiples tecnologies emprades per aconseguir-ho, fent emfàsi en la convergència actual de xarxes cap al concepte de xarxes IP i basant-se en aquesta tendència i utilitzant aquesta tecnologia de veu sobre IP per donar forma a la plataforma que finalment, de forma pràctica, es posa en producció.

Performance analysis and tuning in multicore environments

Performance analysis is the task of monitor the behavior of a program execution. The main goal is to find out the possible adjustments that might be done in order improve the performance. To be able to get that improvement it is necessary to find the different causes of overhead. Nowadays we are already in the multicore era, but there is a gap between the level of development of the two main divisions of multicore technology (hardware and software). When we talk about multicore we are also speaking of shared memory systems, on this master thesis we talk about the issues involved on the performance analysis and tuning of applications running specifically in a shared Memory system. We move one step ahead to take the performance analysis to another level by analyzing the applications structure and patterns. We also present some tools specifically addressed to the performance analysis of OpenMP multithread application. At the end we present the results of some experiments performed with a set of OpenMP scientific application.