A relational algebraic retrieval system for microcomputers

Call number: LD2668 .R4 CMSC 1988 H66Master of ScienceComputing and Information Science

On the engineering of crucial software

The various aspects of the conventional software development cycle are examined. This cycle was the basis of the augmented approach contained in the original grant proposal. This cycle was found inadequate for crucial software development, and the justification for this opinion is presented. Several possible enhancements to the conventional software cycle are discussed. Software fault tolerance, a possible enhancement of major importance, is discussed separately. Formal verification using mathematical proof is considered. Automatic programming is a radical alternative to the conventional cycle and is discussed. Recommendations for a comprehensive approach are presented, and various experiments which could be conducted in AIRLAB are described

P-Pascal : a data-oriented persistent programming language

Bibliography: pages 187-199.Persistence is measured by the length of time an object is retained and is usable in a system. Persistent languages extend general purpose languages by providing the full range of persistence for data of any type. Moreover, data which remains on disk after program termination, is manipulated in the same way as transient data. As these languages are based on general purpose programming languages, they tend to be program-centred rather than data-centred. This thesis investigates the inclusion of data-oriented features in a persistent programming language. P-Pascal, a Persistent Pascal, has been designed and implemented to develop techniques for data clustering, metadata maintenance, security enforcement and bulk data management. It introduces type completeness to Pascal and in particular shows how a type-complete set constructor can be provided. This type is shown to be a practical and versatile mechanism for handling bulk data collections in a persistent environment. Relational algebra operators are provided and the automatic optimisation of set expressions is performed by the compiler and the runtime system. The P-Pascal Abstract Machine incorporates two complementary data placement strategies, automatic updating of type information, and metadata query facilities. The protection of data types, primary (named) objects and their individual components is supported. The challenges and opportunities presented by the persistent store organisation are discussed, and techniques for efficiently exploiting these properties are proposed. We also describe the effects on a data-oriented system of treating persistent and transient data alike, so that they cannot be distinguished statically. We conclude that object clustering, metadata maintenance and security enforcement can and should be incorporated in persistent programming languages. The provision of a built-in, type-complete bulk data constructor and its non-procedural operators is demonstrated. We argue that this approach is preferable to engineering such objects on top of a language, because of greater ease of use and considerable opportunity for automatic optimisation. The existence of such a type does not preclude programmers from constructing their own bulk objects using other types - this is but one advantage of a persistent language over a database system

Functional programming, program transformations and compiler construction

Dit proefschrift handelt over het ontwerp van de compilergenerator Elegant. Een compiler generator is een computer programma dat vanuit een speci??catie een compiler kan genereren. Een compiler is een computer programma dat een gestructureerde invoertekst kan vertalen in een uitvoertekst. Een compiler generator is zelf een compiler welke de speci??catie vertaalt in de programmatekst van de gegenereerde compiler. Dit heeft het mogelijk gemaakt om Elegant met zichzelf te genereren. Van een compilergenerator wordt verlangd dat deze een krachtig speci??catie formalisme vertaalt in een eÆci??ent programma, een eis waar Elegant aan voldoet. Een compiler bestaat uit een aantal onderdelen, te weten een scanner, een parser, een attribuutevaluator, een optimalisator en een codegenerator. Deze onderdelen kunnen door het Elegant systeem geneneerd worden, ieder uit een aparte speci??catie, met uitzondering van de parser en attribuutevaluator, welke gezamenlijk worden beschreven in de vorm van een zogenaamde attribuutgrammatica. De scanner wordt gegenereerd met behulp van een scannergenerator en heeft tot taak de invoertekst te splitsen in een rij symbolen. Deze rij symbolen kan vervolgens ontleed worden door een parser. Daarna berekent de attribuutevaluator eigenschappen van de invoertekst in de vorm van zogenaamde attributen. De attributenwaarden vormen een datastructuur. De vorm van deze datastructuur wordt gede??nieerd met behulp van typeringsregels in de Elegant programmeertaal. De optimalisator en codegenerator voeren operaties op deze datastructuur uit welke eveneens beschreven worden in de Elegant programmeertaal. Dit proefschrift beschrijft de invloed die functionele programmeertalen hebben gehad op het ontwerp van Elegant. Functionele talen zijn programmeertalen met als belangrijkste eigenschap dat functies een centrale rol vervullen. Functies kunnen worden samengesteld tot nieuwe functies, ze kunnen worden doorgegeven aan functies en worden opgeleverd als functieresultaat. Daarnaast staan functionele talen niet toe dat de waarde van een variable wordt gewijzigd, het zogenaamde nevene??ect, in tegenstelling tot imperatieve talen die zo'n nevene??ect wel toestaan. Deze laatste beperking maakt het mogelijk om met behulp van algebra??ische regels een functioneel programma te herschrijven in een ander functioneel programma met dezelfde betekenis. Dit herschrijfproces wordt ook wel progammatransformatie genoemd. De invloed van functionele talen op Elegant omvat: ?? Het beschrijven van ontleedalgorithmen als functionele programma's. Traditioneel worden ontleedalgorithmen beschreven met behulp van de theorie van stapelautomaten. In hoofdstuk 3 wordt aangetoond dat deze theorie niet nodig is. Met behulp van programmatransformaties zijn vele uit de literauur bekende ontleedalgorithmen af te leiden en worden ook nieuwe ontleedalgorithmen gevonden. Deze aanpak maakt het bovendien mogelijk om de vele verschillende ontleedalgorithmen met elkaar te combineren. ?? De evaluatie van attributen volgens de regels van een attribuutgrammatica blijkt eveneens goed te kunnen worden beschreven met behulp van functionele talen. Traditioneel bouwt een ontleedalgorithme tijdens het ontleden een zogenaamde ontleedboom op. Deze ontleedboom beschrijft de structuur van de invoertekst. Daarna wordt deze ontleedboom geanalyseerd en worden eigenschappen ervan in de vorm van attributen berekend. In hoofdstuk 4 van het proefschrift wordt aangetoond dat het niet nodig is de ontleedboom te construeren. In plaats daarvan is het mogelijk om tijdens het ontleden functies die attributen kunnen berekenen samen te stellen tot nieuwe functies. Uiteindelijk wordt er zo ??e??en functie geconstrueerd voor een gehele invoertekst. Deze functie wordt vervolgens gebruikt om de attribuutwaarden te berekenen. Voor de uitvoering van deze functie is het noodzakelijk gebruik te maken van zogenaamde "luie evaluatie". Dit is een mechanisme dat attribuutwaarden slechts dan berekent wanneer deze werkelijk noodzakelijk zijn. Dit verklaart de naam Elegant, welke een acroniem is voor "Exploiting Lazy Evaluation for the Grammar Attributes of Non- Terminals". ?? Scanners worden traditioneel gespeci??ceerd met behulp van zogenaamde reguliere expressies. Deze reguliere expressies kunnen worden afgebeeld op een eindige automaat. Met behulp van deze automaat kan de invoertekst worden geanalyseerd en gesplitst in symbolen. In hoofdstuk 5 wordt uiteengezet hoe functionele talen het mogelijk maken om scanneralgorithmen te construeren zonder gebruik te maken van automatentheorie. Door een reguliere expressie af te beelden op een functie en de functies voor de onderdelen van samengestelde reguliere expressies samen te stellen tot nieuwe functies kan een scannerfunctie geconstrueerd worden. Door gebruik te maken van programmatransformaties kan deze scanner deterministisch worden gemaakt en minimaal worden gehouden. ?? Het typeringssysteem van Elegant wordt beschreven in hoodstuk 6 en vormt een combinatie van systemen die in functionele en imperatieve talen worden gevonden. Functionele typeringssystemen omvatten typen welke bestaan uit een aantal varianten. Elk van deze varianten bestaat uit een aantal waarden. Bij een dergelijk typeringssysteem wordt een functie gede??ni??eerd door middel van een aantal deeelfuncties. Elke deelfunctie kan met behulp van zogenaamde patronen beschrijven voor welke van de varianten hij gede??ni??eerd is. Het blijkt dat imperatieve typesystemen welke subtypering mogelijk maken een generalisatie zijn van functionele typesystemen. In deze generalisatie kan een patroon worden opgevat als een subtype en een deelfunctie als een parti??ele functie. Het Elegant typesystemen maakt deze vorm van typering en functiebeschrijving mogelijk. Bij toepassing van een functie wordt de bijbehorende deelfunctie geselecteerd door de patronen te passen met de waarden van de actuele functieargumenten. In dit proefschrift wordt een eÆci??ent algorithme voor dit patroonpassen met behulp van programmatransformaties afgeleid uit de de??nitie van patronen. Het Elegant typeringssystemen bevat ook typen voor de modellering van luie evaluatie. De aanwezigheid van nevene??ekten maakt het mogelijk om drie verschillende luie typen te onderscheiden, welke verschillen in de wijze waarop de waarde van een lui object stabiliseert. ?? In hoofdstuk 7 wordt aangetoond dat de regels uit een attribuutgrammatica ook kunnen worden gebruikt om eigenschappen van een datastructuur te berekenen in plaats van eigenschappen van een invoertekst. Elegant biedt de mogelijkheid om zulke attribuutregels te gebruiken voor dit doel. ?? In hoofdstuk 8 tenslotte worden de Elegant programmeertaal en de eÆci??entie van de Elegant vertaler en door Elegant gegenereerde vertalers ge??evalueerd. Het blijkt dat de imperatieve Elegant programmeertaal dankzij abstractie mechanismen uit functionele talen een zeer rijke en krachtige taal is. Daarnaast zijn zowel Elegant zelf als de door Elegant gegenereerde vertalers van hoge eÆci??entie en blijken geschikt voor het maken van compilers voor professionele toepassingen

A comparative study of structured and un-structured remote data access in distributed computing systems

Recently, the use of distributed computing systems has been growing rapidly due to the result of cheap and advanced microelectronic technology. In addition to the decrease in hardware costs, the tremendous development in machine to machine communication interfaces, especially in local area networking, also favours the use of distributed systems. Distributed systems often require remote access to data stored at different sites. Generally, two models of access to remote data storage exist: the un structured and structured models. In the former, data is simply stored as row of bytes, whereas in the latter, data is stored along with the associated access codes. The objective of this thesis is to compare these two models and hence determines the tradeoffs of each model. First of all, an extended review of the field of distributed data access is provided which addressing key issues such as the basic design principles of distributed computing systems, the notions of abstract data types, data inheritance, data type system and data persistence. Secondly, a distributed system is implemented using the persistent programming language PS-algol and the high level language C in conjunction with the remote procedure call facilities available in Unix(^1) 4.2 BSD operating system. This distributed system makes extensive use of Unix's software tools and hence it is called DCSUNIX for Distributed Computing System on UNIX. Thirdly, two specific applications which employ the implemented system will be given so that a comparison can be made between the two remote data access models mentioned above. Finally, the implemented system is compared with the criteria established earlier in the thesis. keywords: abstract data types, class, database management, data persistence, information hiding, inheritance, object oriented programming, programming languages, remote procedure calls, transparency, and type checking

MIGRATOM : geophysical tomography using wavefront migration and fuzzy constraints

"MIGRATOM is a third-generation PC-based computer program for geophysical tomograph. It was developed to enable users to address a variety of mining-related problems by mathematically reconstructing the distribution of physical properties in a rock mass, using measurements of travel time or amplitude of wave energy propagated through the rock mass. Examples of applications include litho-logic characterization, fracture detection, fluid monitoring, stress evaluation, and blast assessment. The resolution and accuracy of tomographic reconstructions generally depend very strongly on the geometry of source and receiver locations. In many practical applications, such as cross-borehole tomography, limited coverage results in nonunique reconstructions. MIGRATOM allows the user to constrain the inversion, in order to reduce the nonuniqueness problem. A new approach to application of constraints implemented in MIGRATOM is based on fuzzy logic techniques. Refraction of wave energy is modeled in MIGRATOM using an approach based on Huygens' Principle. Propagation of a continuous wavefront is modeled as a constructive interference phenomenon, which obviates the shadow-zone problem that affects conventional ray-tracing calculations." - NIOSHTIC-2NIOSHTIC no. 10005134199

Editor Design in the Context of Control System Simulation

Advances in microcomputer display devices and support software during the past decade have made the microcomputer an increasingly popular vehicle for technical education. This is especially apparent in the area of simulation. The pedagog can provide the student of control theory not merely with the block diagrams and differential algebra but with high resolution color graphic animations supported by mathematical models whose parameters are easily changed by some editor facility. This mode of control system design and behavior study is both faster and more enjoyable for the student, providing greater continuity, concentration, and learning efficiency. This paper describes the simulation of a PID two-tank level control system. The System is at most fourth-order and provides a good introduction to system control theory. The model is not unusual, and its nonlinear fourth-order Runge-Kutta solution is straightforward. Simulation itself takes form as (1) a graphical animation in which the user is aware of changing water levels and pipe flows and (2) a numerical multi-column output of system inputs, state variables, and outputs. Both applications are very user-friendly. A special editor is developed, under which the above applications run. This paper is not a thorough treatment of the control system; a course is required here. Instead, the focus is on the editor and the organization of its Pascal source code. Discussed are a general editor concept and object-oriented code template to which any mathematical driver and associated simulators may be adapted. The editor’s source code is designed to be programmer-friendly so that the uninitiated programmer may rapidly assimilate editor structure and continue development

Automating the teaching of artificial language using production systems

The work to be described here is an investigation into the means whereby the learning of programming languages may be made easier. The role of formal definitions of programming languages is studied and a system is described which utilises production systems as the basis for generating an environment in which students may test their understanding of programming languages. This system for automating the teaching of programming languages provides an experimental testbed for carrying out further investigations into programming behaviour

Compilation of bottom-up evaluation for a pure logic programming language

Abstraction in programming languages is usually achieved at the price of run time efficiency. This thesis presents a compilation scheme for the Starlog logic programming language. In spite of being very abstract, Starlog can be compiled to an efficient executable form. Starlog implements stratified negation and includes logically pure facilities for input and output, aggregation and destructive assignment. The main new work described in this thesis is (1) a bottom-up evaluation technique which is optimised for Starlog programs, (2) a static indexing structure that allows significant compile time optimisation, (3) an intermediate language to represent bottom-up logic programs and (4) an evaluation of automatic data structure selection techniques. It is shown empirically that the performance of compiled Starlog programs can be competitive with that of equivalent hand-coded programs