Abstract State Machines 1988-1998: Commented ASM Bibliography

An annotated bibliography of papers which deal with or use Abstract State Machines (ASMs), as of January 1998.Comment: Also maintained as a BibTeX file at http://www.eecs.umich.edu/gasm

A generic, collaborative framework for internal constraint solving

Esta tesis propone un esquema genérico y cooperativo para CLP(Interval(X)) donde X es cualquier dominio de computación con estructura de retículo. El esquema, que está basado en la teoría de retículos, es un enfoque general para la satisfacción y op-timización de restricciones de intervalo así como para la cooperación de resolutores de intervalo definidos sobre dominios de computación con estructura de retículos, independientemente de la cardinalidad de estos. Nuestra propuesta asegura un enfoque transparente sobre el cual las restricciones, los dominios de computación y los mecanismos de propagación y cooperación, definidos entre las variables restringidas, pueden ser fácilmente especificados a nivel del usuario. La parte principal de la tesis presenta una especificación formal de este esquema.Los principales resultados conseguidos en esta tesis son los siguientes:Una comparativa global de la eficiencia y algunos aspectos de la expresividad de ocho sistemas de restricciones. Esta comparativa, realizada sobre el dominio finito y el dominio Booleano, muestra diferencias principales entre los sistemas de restricciones existentes.Para formalizar el marco de satisfacción de restricciones para CLP(Interval(X))hemos descrito el proceso global de resolución de restricciones de intervalo sobre cualquier retículo, separando claramente los procesos de propagación y división (ramificación) de intervalos. Una de las ventajas de nuestra propuesta es que la monótona de las restricciones esta implícitamente definida en la teoría. Además, declaramos un conjunto de propiedades interesantes que, bajo ciertas condiciones, son satisfechas por cualquier instancia del esquema genérico. Mas aún, mostramos que muchos sistemas de restricciones actualmente existentes satisfacen estas condiciones y, además, proporcionamos indicaciones sobre como extender el sistema mediante la especificación de otras instancias interesantes y novedosas. Nuestro esquema para CLP(Interval(X)) permite la cooperación de resolutores de manera que la información puede ⁰uir entre diferentes dominios de computación.Además, es posible combinar distintas instancias del esquema: por ejemplo, instancias bien conocidas tales como CLP(Interval(<)), CLP(Interval(Integer)),CLP(Interval(Set)), CLP(Interval(Bool)), y otras novedosas que son el resultado de la generación de nuevos dominios de computación definidos por el usuario, o incluso que surgen de la combinación de dominios ya existentes como puede ser CLP(Interval(X1 £ : : : £ Xn)). Por lo tanto, X puede ser instanciado a cualquier conjunto de dominios de computación con estructura de retículo de forma que su correspondiente instancia CLP(Interval(X)) permite una amplia flexibilidad en la definición de dominios en X (probablemente definidos por el usuario) y en la interaccion entre estos dominios.Mediante la implementacion de un prototipo, demostramos que un unico sistema,que este basado en nuestro esquema para CLP(Interval(X)), puede proporcionarsoporte para la satisfaccion y la optimizacion de restricciones as como para la cooperacion de resolutores sobre un conjunto conteniendo multiples dominios decomputacion. Ademas, el sistema sigue un novedoso enfoque transparente sujeto a una doble perspectiva ya que el usuario puede definir no solo nuevas restricciones y su mecanismo de propagacion, sino tambien nuevos dominios sobre los cuales nuevas restricciones pueden ser resueltas as como el mecanismo de cooperacion entre todos los dominios de computación (ya sean definidos por el usuario o predefinidos por el sistema).En nuestra opinión, esta tesis apunta nuevas y potenciales direcciones de investigación dentro de la comunidad de las restricciones de intervalo.Para alcanzar los resultados expuestos, hemos seguido los siguientes pasos (1) la elección de un enfoque adecuado sobre el cual construir los fundamentos teóricos de nuestro esquema genérico; (2) la construcción de un marco teórico genérico (que llamaremos el marco básico) para la propagación de restricciones de intervalo sobre cualquier retículo; (3) la integración, en el marco básico, de una técnica novedosa que facilita la cooperación de resolutores y que surge de la definición, sobre múltiples dominios, de operadores de restricciones y (4) la extensión del marco resultante para la resolución y optimización completa de las restricciones de intervalo.Finalmente presentamos clp(L), un lenguaje de programación lógica de restricciones de intervalo que posibilita la resolución de restricciones sobre cualquier conjunto de retículos y que esta implementado a partir de las ideas formalizadas en el marco teórico. Describimos una primera implementación de este lenguaje y desarrollamos algunos ejemplos de como usarla. Este prototipo demuestra que nuestro esquema para CLP(Interval(X)) puede ser implementado en un sistema único que, como consecuencia, proporciona, bajo un enfoque transparente sobre dominios y restricciones, cooperación de resolutores así como satisfacción y optimización completa de restricciones sobre diferentes dominios de computación

Executable Structural Operational Semantics in Maude

This paper describes in detail how to bridge the gap between theory and practice when implementing in Maude structural operational semantics described in rewriting logic, where transitions become rewrites and inference rules become conditional rewrite rules with rewrites in the conditions, as made possible by the new features in Maude 2.0. We validate this technique using it in several case studies: a functional language Fpl (evaluation and computation semantics, including an abstract machine), imperative languages WhileL (evaluation and computation semantics) and GuardL with nondeterminism (computation semantics), Kahn’s functional language Mini-ML (evaluation or natural semantics), Milner’s CCS (with strong and weak transitions), and Full LOTOS (including ACT ONE data type specifications). In addition, on top of CCS we develop an implementation of the Hennessy-Milner modal logic for describing local capabilities of processes, and for LOTOS we build an entire tool where Full LOTOS specifications can be entered and executed (without user knowledge of the underlying implementation of the semantics). We also compare this method based on transitions as rewrites with another one based on transitions as judgements

Poly-controlled partial evaluation and its application to resource-aware program specialization

La Evaluación Parcial es una técnica automática para la optimización de programas. Su objetivo principal es el de especializar un programa con respecto a parte de sus datos de entrada, los que se conocen como datos estáticos. La calidad del código generado por la evaluación parcial de programas lógicos depende, en gran medida, de la estrategia de control que se haya empleado. Desafortunadamente, aún estamos lejos de contar con una estrategia de control suficientemente sofisticada como para comportarse de manera óptima para cualquier programa. La principal contribución de esta tesis es el desarrollo de la Evaluación Parcial Policontrolada, un novedoso entorno para la evaluación parcial de programas lógicos, el cual es policontrolado en el sentido de que puede tomar en cuenta conjuntos de reglas de control global y local, en lugar de emplear una única combinación predeterminada (como es el caso de la evaluación parcial tradicional). Este entorno es más flexible que los enfoques existentes, ya que permite asignar diferentes reglas de control local y global a diferentes patrones de llamada. De este modo, es posible obtener programas especializados que no pueden ser generados usando evaluación parcial tradicional. En consecuencia, el entorno de evaluación parcial policontrolada puede generar conjuntos de programas especializados, en lugar de un único programa. A través de técnicas auto-ajustables, es posible hacer que este enfoque sea completamente automático. Dichas técnicas permiten medir la calidad de los diferentes programas especializados obtenidos. Este entorno es consciente de los recursos, en el sentido de que cada una de las soluciones obtenidas a través de la evaluación parcial policontrolada es valorada utilizando funciones de adecuación, las que pueden tener en cuenta factores tales como el tamaño de los programas especializados, o la cantidad de memoria que consumen, además de la velocidad del programa especializado que es el factor habitualmente considerado en otros entornos de evaluación parcial. Este entorno de evaluación parcial policontrolada ha sido implementado en el sistema CiaoPP, y evaluado con numerosos programas de prueba. Los resultados experimentales muestran que nuestra propuesta obtiene en muchos casos mejores especializaciones que aquellas generadas usando la evaluación parcial tradicional, especialmente cuando la especialización es consciente de los recursos. Otra de las principales contribuciones de esta tesis es la presentación de una visión unificada del problema de eliminar la polivarianza superflua en la evaluación parcial y en la especialización abstracta múltiple, a través del uso de un paso de minimización, el cual agrupa versiones equivalentes de predicados. Este paso se puede aplicar en la especialización de cualquier programa Prolog, inclusive aquellos que contienen llamadas a predicados predefinidos o predicados externos. Además, ofrecemos la posibilidad de agrupar versiones que no sean estrictamente equivalentes, con el propósito de obtener programas más pequeños

Herramientas educativas para facilitar la adopción de la ingeniería de lenguajes software entre los desarrolladores informáticos

Históricamente, la materia de construcción de compiladores y procesadores de lenguaje es considerada por los estudiantes de ingeniería en informática como una materia difícil. Esto es debido, por una parte, a la naturaleza formal de las herramientas de especificación y diseño utilizadas, y, por otra, a la aplicación adecuada de diferentes técnicas sistemáticas de desarrollo para obtener los procesadores finales a partir de sus especificaciones. En esta tesis se aborda esta problemática en el caso particular de las gramáticas de atributos como formalismo básico de especificación. La tesis aborda, primeramente la concepción de una estrategia para facilitar la comprensión de los aspectos básicos de las especificaciones basadas en gramáticas de atributos, así como el soporte software de dicha estrategia. La estrategia propone un enfoque dirigido por problemas, en los que el alumno debe emular el proceso de evaluación semántica sobre distintos supuestos de procesamiento de frases de acuerdo con gramáticas de atributos. Para soportar dicha estrategia, se ha desarrollado un sistema denominado Evaluators, que, tomando como entrada baterías de ejercicios sobre evaluación semántica, produce automáticamente simuladores interactivos que los estudiantes pueden utilizar para resolver dichos ejercicios. El sistema proporciona, así mismo, una herramienta de autoría, que puede ser utilizada por los docentes para proporcionar los ejercicios, así como una herramienta de análisis, que permite trazar el comportamiento de los estudiantes durante la resolución de los mismos en los simuladores generados. Respecto a dichos simuladores, la herramienta es capaz de generar simulaciones de dos tipos: simuladores basados en juegos serios, y simulaciones interactivas basadas en las representaciones abstractas convencionales utilizadas en la materia. La tesis presenta, así mismo, diversos resultados de evaluación de la herramienta, tanto con estudiantes como con docentes, que evidencian la utilidad práctica de la misma. Por último, la tesis abstrae también el modelo de proceso utilizado en la construcción de la misma..

Normalisierung und partielle Auswertung von funktional-logischen Programmen

This thesis deals with the development of a normalization scheme and a partial evaluator for the functional logic programming language Curry. The functional logic programming paradigm combines the two most important fields of declarative programming, namely functional and logic programming. While functional languages provide concepts such as algebraic data types, higher-order functions or demanddriven evaluation, logic languages usually support a non-deterministic evaluation and a built-in search for results. Functional logic languages finally combine these two paradigms in an integrated way, hence providing multiple syntactic constructs and concepts to facilitate the concise notation of high-level programs. However, both the variety of syntactic constructs and the high degree of abstraction complicate the translation into efficient target programs. To reduce the syntactic complexity of functional logic languages, a typical compilation scheme incorporates a normalization phase to subsequently replace complex constructs by simpler ones until a minimal language subset is reached. While the individual transformations are usually simple, they also have to be correctly combined to make the syntactic constructs interact in the intended way. The efficiency of normalized programs can then be improved by means of different optimization techniques. A very powerful optimization technique is the partial evaluation of programs. Partial evaluation basically anticipates the execution of certain program fragments at compile time and computes a semantically equivalent program, which is usually more efficient at run time. Since partial evaluation is a fully automatic optimization technique, it can also be incorporated into the normal compilation scheme of programs. Nevertheless, this also requires termination of the optimization process, which establishes one of the main challenges for partial evaluation besides semantic equivalence. In this work we consider the language Curry as a representative of the functional logic programming paradigm. We develop a formal representation of the normalization process of Curry programs into a kernel language, while respecting the interference of different language constructs. We then define the dynamic semantics of this kernel language, before we subsequently develop a partial evaluation scheme and show its correctness and termination. Due to the previously described normalization process, this scheme is then directly applicable to arbitrary Curry programs. Furthermore, the implementation of a practical partial evaluator is sketched based on the partial evaluation scheme, and its applicability and usefulness is documented by a variety of typical partial evaluation examples

Language Support for Programming High-Performance Code

Nowadays, the computing landscape is becoming increasingly heterogeneous and this trend is currently showing no signs of turning around. In particular, hardware becomes more and more specialized and exhibits different forms of parallelism. For performance-critical codes it is indispensable to address hardware-specific peculiarities. Because of the halting problem, however, it is unrealistic to assume that a program implemented in a general-purpose programming language can be fully automatically compiled to such specialized hardware while still delivering peak performance. One form of parallelism is single instruction, multiple data (SIMD). Part I of this thesis presents Sierra: an extension for C ++ that facilitates portable and effective SIMD programming. Part II discusses AnyDSL. This framework allows to embed a so-called domain-specific language (DSL) into a host language. On the one hand, a DSL offers the application developer a convenient interface; on the other hand, a DSL can perform domain-specific optimizations and effectively map DSL constructs to various architectures. In order to implement a DSL, one usually has to write or modify a compiler. With AnyDSL though, the DSL constructs are directly implemented in the host language while a partial evaluator removes any abstractions that are required in the implementation of the DSL.Die Rechnerlandschaft wird heutzutage immer heterogener und derzeit ist keine Trendwende in Sicht. Insbesondere wird die Hardware immer spezialisierter und weist verschiedene Formen der Parallelität auf. Für performante Programme ist es unabdingbar, hardwarespezifische Eigenheiten zu adressieren. Wegen des Halteproblems ist es allerdings unrealistisch anzunehmen, dass ein Programm, das in einer universell einsetzbaren Programmiersprache implementiert ist, vollautomatisch auf solche spezialisierte Hardware übersetzt werden kann und dabei noch Spitzenleistung erzielt. Eine Form der Parallelität ist „single instruction, multiple data (SIMD)“. Teil I dieser Arbeit stellt Sierra vor: eine Erweiterung für C++, die portable und effektive SIMD-Programmierung unterstützt. Teil II behandelt AnyDSL. Dieses Rahmenwerk ermöglicht es, eine sogenannte domänenspezifische Sprache (DSL) in eine Gastsprache einzubetten. Auf der einen Seite bietet eine DSL dem Anwendungsentwickler eine komfortable Schnittstelle; auf der anderen Seiten kann eine DSL domänenspezifische Optimierungen durchführen und DSL-Konstrukte effektiv auf verschiedene Architekturen abbilden. Um eine DSL zu implementieren, muss man gewöhnlich einen Compiler schreiben oder modifizieren. In AnyDSL werden die DSL-Konstrukte jedoch direkt in der Gastsprache implementiert und ein partieller Auswerter entfernt jegliche Abstraktionen, die in der Implementierung der DSL benötigt werden

Una aproximación offline a la evaluación parcial dirigida por narrowing

La evaluación parcial dirigida por narrowing (NPE: Narrowing-driven Partial Evaluation) es una técnica potente para la especialización de sistemas de reescritura, i.e., para el componente de primer orden de muchos lenguajes declarativos (lógico) funcionales como Haskell, Curry o Toy. Los evaluadores parciales se clasifican en dos grandes categorías: online y offline, de acuerdo al momento temporal en que se consideran los aspectos de terminación del proceso de especialización. Los evaluadores parciales online son usualmente más precisos ya que tienen más información disponible. Los evaluadores parciales offline proceden comúnmente en dos etapas; la primera etapa procesa un programa (e.g., para identificar aquellas llamadas a función que se pueden desplegar sin riesgo de no terminación) e incluye anotaciones para guiar las computaciones parciales; entonces, una segunda etapa, la de evaluación parcial propiamente dicha, sólo tiene que obedecer las anotaciones y por tanto el especializador es mucho más rápido que en la aproximación online. En esta tesis se presenta un nuevo esquema de evaluación parcial dirigido por narrowing, más eficiente y que asegura la terminación siguiendo el estilo offline. Para ello, identificamos una caracterización de programas cuasi-terminantes a los que llamamos "no crecientes". En tales programas, las computaciones por narrowing necesario presentan sólo un conjunto finito de términos diferentes (módulo renombramiento de variables). La propiedad de la cuasi-terminación es importante toda vez que su presencia es regularmente una condición suficiente para la terminación del proceso de especialización. Sin embargo, la clase de programas cuasi-terminantes es muy restrictiva, por lo que introducimos un algoritmo que acepta programas inductivamente secuenciales---una clase mucho más amplia sobre la que está definido el narrowing necesario---y anota aquellas partes que violan la caracterización de programas no crecientes. Para procesar de maneRamos Díaz, JG. (2007). Una aproximación offline a la evaluación parcial dirigida por narrowing [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/1888Palanci