Quantitative Expressiveness of Instruction Sequence Classes for Computation on Single Bit Registers

The number of instructions of an instruction sequence is taken for its logical SLOC, and is abbreviated with LLOC. A notion of quantitative expressiveness is based on LLOC and in the special case of operation over a family of single bit registers a collection of elementary properties are established. A dedicated notion of interface is developed and is used for stating relevant properties of classes of instruction sequence

Programming Languages and Systems

This open access book constitutes the proceedings of the 31st European Symposium on Programming, ESOP 2022, which was held during April 5-7, 2022, in Munich, Germany, as part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2022. The 21 regular papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 64 submissions. They deal with fundamental issues in the specification, design, analysis, and implementation of programming languages and systems

26. Theorietag Automaten und Formale Sprachen 23. Jahrestagung Logik in der Informatik: Tagungsband

Der Theorietag ist die Jahrestagung der Fachgruppe Automaten und Formale Sprachen der Gesellschaft für Informatik und fand erstmals 1991 in Magdeburg statt. Seit dem Jahr 1996 wird der Theorietag von einem eintägigen Workshop mit eingeladenen Vorträgen begleitet. Die Jahrestagung der Fachgruppe Logik in der Informatik der Gesellschaft für Informatik fand erstmals 1993 in Leipzig statt. Im Laufe beider Jahrestagungen finden auch die jährliche Fachgruppensitzungen statt. In diesem Jahr wird der Theorietag der Fachgruppe Automaten und Formale Sprachen erstmalig zusammen mit der Jahrestagung der Fachgruppe Logik in der Informatik abgehalten. Organisiert wurde die gemeinsame Veranstaltung von der Arbeitsgruppe Zuverlässige Systeme des Instituts für Informatik an der Christian-Albrechts-Universität Kiel vom 4. bis 7. Oktober im Tagungshotel Tannenfelde bei Neumünster. Während des Tre↵ens wird ein Workshop für alle Interessierten statt finden. In Tannenfelde werden • Christoph Löding (Aachen) • Tomás Masopust (Dresden) • Henning Schnoor (Kiel) • Nicole Schweikardt (Berlin) • Georg Zetzsche (Paris) eingeladene Vorträge zu ihrer aktuellen Arbeit halten. Darüber hinaus werden 26 Vorträge von Teilnehmern und Teilnehmerinnen gehalten, 17 auf dem Theorietag Automaten und formale Sprachen und neun auf der Jahrestagung Logik in der Informatik. Der vorliegende Band enthält Kurzfassungen aller Beiträge. Wir danken der Gesellschaft für Informatik, der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und dem Tagungshotel Tannenfelde für die Unterstützung dieses Theorietags. Ein besonderer Dank geht an das Organisationsteam: Maike Bradler, Philipp Sieweck, Joel Day. Kiel, Oktober 2016 Florin Manea, Dirk Nowotka und Thomas Wilk

Analytical Query Processing Using Heterogeneous SIMD Instruction Sets

Numerous applications gather increasing amounts of data, which have to be managed and queried. Different hardware developments help to meet this challenge. The grow-ing capacity of main memory enables database systems to keep all their data in memory. Additionally, the hardware landscape is becoming more diverse. A plethora of homo-geneous and heterogeneous co-processors is available, where heterogeneity refers not only to a different computing power, but also to different instruction set architectures. For instance, modern Intel® CPUs offer different instruction sets supporting the Single Instruction Multiple Data (SIMD) paradigm, e.g. SSE, AVX, and AVX512. Database systems have started to exploit SIMD to increase performance. However, this is still a challenging task, because existing algorithms were mainly developed for scalar processing and because there is a huge variety of different instruction sets, which were never standardized and have no unified interface. This requires to completely rewrite the source code for porting a system to another hardware architecture, even if those archi-tectures are not fundamentally different and designed by the same company. Moreover, operations on large registers, which are the core principle of SIMD processing, behave counter-intuitively in several cases. This is especially true for analytical query process-ing, where different memory access patterns and data dependencies caused by the com-pression of data, challenge the limits of the SIMD principle. Finally, there are physical constraints to the use of such instructions affecting the CPU frequency scaling, which is further influenced by the use of multiple cores. This is because the supply power of a CPU is limited, such that not all transistors can be powered at the same time. Hence, there is a complex relationship between performance and power, and therefore also between performance and energy consumption. This thesis addresses the specific challenges, which are introduced by the application of SIMD in general, and the heterogeneity of SIMD ISAs in particular. Hence, the goal of this thesis is to exploit the potential of heterogeneous SIMD ISAs for increasing the performance as well as the energy-efficiency

Statically-analyzed stream monitoring for cyber-physical Systems

Cyber-physical systems are digital systems interacting with the physical world. Even though this induces an inherent complexity, they are responsible for safety-critical tasks like governing nuclear power plants or controlling autonomous vehicles. To preserve trust into the safety of such systems, this thesis presents a runtime verification approach designed to generate trustworthy monitors from a formal specification. These monitors are responsible for observing the cyber-physical system during runtime and ensuring its safety. As underlying language, I present the asynchronous real-time specification language RTLola. It contains primitives for arithmetic properties and grants precise control over the timing of the monitor. With this, it enables specifiers to express properties relevant to cyber-physical systems. The thesis further presents a static analysis that identifies inconsistencies in the specification and provides insights into the dynamic behavior of the monitor. As a result, the resource consumption of the monitor becomes predictable. The generation of the monitor produces either a hardware description synthesizable onto programmable hardware, or Rust code with verification annotation. These annotations allow for proving the correctness of the monitor with respect to the semantics of RTLola. Last, I present the construction of a conservative hybrid model of the underlying system using information extracted from the specification. This model enables further verification steps.Cyber-physische Systeme sind digitale Systeme, die mit der physischen Welt interagieren. Obwohl das zu einer inhärenten Komplexität führt, sind sie verantwortlich für sicherheitskritische Aufgaben wie der Steuerung von Kernkraftwerken oder autonomen Fahrzeugen. Umdas Vertrauen in deren Sicherheit zu wahren, präsentiert diese Doktorarbeit einen Ansatz zur Laufzeitverifikation, konzipiert, um vertrauenswürdige Monitore aus einer formalen Spezifikation zu generieren. Diese Monitore sind dafür verantwortlich, das cyber-physische System zur Laufzeit zu überwachen und dessen Sicherheit zu gewährleisten. Als zugrundeliegende Sprache präsentiere ich die asynchrone Echtzeit-Spezifikationssprache RTLola. Sie enthält Primitiven für arithmetische Eigenschaften und gewährt präzise Kontrolle über das Timing des Monitors. Damit wird es Spezifizierenden ermöglicht Eigenschaften auszudrücken, die für Cyber-physische Systeme relevant sind. Weiterhin präsentiert diese Doktorarbeit eine statische Analyse, die Unstimmigkeiten in der Spezifikation identifiziert und Einblicke in das dynamische Verhalten des Monitors liefert. Aufgrund dessen wird der Ressourcenverbrauch des Monitors vorhersehbar. Die Generierung des Monitors erzeugt entweder eine Hardwarebeschreibung, die auf programmierbarer Hardware synthetisiert werden kann, oder Rust Code mit Verifikationsannotationen. Diese Annotationen erlauben es, die Korrektheit des Monitors bezogen auf die Semantik von RTLola zu beweisen. Abschließend präsentiere ich die Konstruktion von einem konservativen hybriden Modell des zugrundeliegenden Systems anhand von Informationen, die aus der Spezifikation gewonnen wurden. Dieses Modell ermöglicht weitere Verifikationsschritte