Architectuur en Computerorganisatie

Architecture and Computer Organisation

Studiewijzer 2025/2026

Globale inhoud

De ontwikkeling van moderne computertechnologieën vereist professionals, met een achtergrond uit alle informatica domeinen, die zowel hardware als software begrijpen. De interactie tussen de hardware en software op een verscheidenheid van niveaus biedt ook een kader voor het begrijpen van de fundamenten van de informatica. Of uw primaire interesse hardware of software, informatica of elektrotechniek is, de centrale ideeën binnen dit vak blijven hetzelfde. Dit vak zal daarom de relatie tussen hardware en software tonen en richten op de concepten die de basis vormen voor de huidige computers.

Dit vak geeft een overzicht van de architectuur en organisatie van een computer, bestaande uit een CPU, geheugen, I/O organisatie, en randapparatuur. De nadruk zal liggen op de fundamentele concepten van de computer architectuur, machine instructies, geheugentoegang en opslag, uitvoering van instructies, assembleertaal, computer organisatie; data representatie, digitaal rekenen, het geheugen en adresseermethoden, procedures en interrupts; conditionele verwerking.

Bovendien zal, met de kennis van de grondbeginselen van de computerarchitectuur, het voor de student mogelijk zijn om zelf een architectuur te bouwen en te programmeren in C of in assembler. Dit wordt enerzijds gefaciliteerd met een bit en cycle accurate simulator en anderzijds met fysieke componenten. Dit weerspiegelt onder andere dat, bij het ontwerpen van processoren, het hardware/software co-design concept belangrijk is.

Omdat dit vak het hart van de hedendaagse computer behandelt en de computer zowel het studieobject als het gereedschap van de informaticus is, is de relatie met andere vakken expliciet én impliciet onvermijdelijk.

Aangezien in dit vakgebied het Engels de lingua franca is geworden zal als aanloop alleen het onderwijsmateriaal in het Engels zijn. Voor al het overige blijft Nederlands de voertaal. Een ieder is vrij om te kiezen tussen het Nederlands en het Engels voor wat betreft in te leveren materiaal.

Studiemateriaal

Literatuur

• David A. Patterson, John L. Hennessy, 'Computer Organization and Design': 5th edition 'The Hardware/Software Interface', The Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design, ISBN:978-0-12-407726-3.

   

  Of de 6e editie van dit boek, MAAR dan alleen de "MIPS Edition" versie!

Practicummateriaal

• PYNQ - FPGA boards, wordt beschikbaar gesteld

Software

• SIM-PL,  wordt beschikbaar gesteld

Leerdoelen

• Aangeven uit welke deelsystemen een computersysteem is opgebouwd, uitleggen wat het gedrag van elke deelsysteem is, uitleggen hoe deze deelsystemen samen het gedrag van het computersysteem bepalen
• De executie tijden vergelijken van een gegeven programma op verschillende computer systemen gespecificeerd door bepaalde karakteristieken.
• Kan de hiërarchische organisatie van een computer beschrijven aan de hand van de deelsystemen.
• Binaire representaties lezen en schrijven van integers en floating point getallen
• Architectuur bouwen uit de basis componenten.
• Deze programmeren met een assembleertaal.
• Traceren van de doorgang van een opeenvolging van instructies door een multi-stage pipeline.
• De data- en control hazards identificeren en oplossen in een programma geschreven in een assembleertaal.
• De code en data tussen de niveaus van een memory hiërarchie traceren.
• Zich nauwkeurig uitdrukken met gebruik van passende vakterminologie.
• Nauwgezet en volhoudend debuggen door analytisch denken.

Onderwijsvormen

• Hoorcollege
• Laptopcollege
• Zelfstudie
• Hoorcollege 4 uur/week
• Practicum 8 uur/week
• Zelfstudie ~8 uur/week

In de practica worden de diverse onderdelen, behandeld in het hoorcollege, nader onderzocht door zelf gebouwde en geprogrammeerde ontwerpen in een simulatie omgeving tot leven te laten komen. Bovendien is er ook tijd ingeruimd om met hardware te experimenteren en een deel van een computer architectuur zelf te bouwen.

De summatieve toetsing zal gedaan worden in een deel- en een eindtoets. In de eindbeoordeling zullen ook de antwoorden op de vragen van de practica meegewogen worden.

Verdeling leeractiviteiten

Aanwezigheid

Aanvullende eisen voor dit vak:

Alhoewel voor de computer practica geen formele aanwezigheidsplicht geldt, is het voor studenten van essentieel belang om toch altijd (zo veel mogelijk) aanwezig te zijn. Alleen tijdens deze practica is er namelijk gelegenheid voor studenten om vragen te stellen over de leerstof, de opgaven, etc. Hetzelfde geldt voor de hoorcoleges: ervaring leert dat de slagingskans aanzienlijk toeneemt wanneer uw aanwezigheid bij colleges hoger is dan 80%.

Toetsing

De summatieve toetsing zal plaatsvinden in een deel- en een eindtentamen. In de beoordeling zullen ook de ingeleverde   lab- rapporten meegewogen worden.

Bij het missen van een deadline worden de practicum antwoorden niet meer beoordeeld. Datum, plaats en tijdstip van een eventuele herkansing van een practicum onderdeel wordt in nader overleg met de coördinator bepaald en kan alleen worden gedaan als het practicumwerk voor het verstrijken van de deadline is afgerond.

Bovendien moet het eindcijfer (samengesteld uit tentamencijfer en practicumcijfer) >= 5,5 zijn. (Zie OER-A)

Inzage toetsing

Om een inzagemoment aan te vragen, kun je contact opnemen met de coördinator.

Het contact opnemen dient binnen een week na bekendmaking van de cijfers te geschieden.

Opdrachten

Practica experimenten

• Elk practicum experiment wordt afgerond met het digitaal inleveren van de antwoorden op de practica vragen. Het practicum is beschikbaar via Canvas. Al het geproduceerde materiaal wordt via Canvas ingeleverd.

Fraude en plagiaat

Over het algemeen geldt dat elke uitwerking die je inlevert ter verkrijging van een beoordeling voor een vak je eigen werk moet zijn, tenzij samenwerken expliciet door de docent is toegestaan. Het inzien of kopiëren van andermans werk (zelfs als je dat hebt gevonden bij de printer, in een openstaande directory of op een onbeheerde computer) of materiaal overnemen uit een boek, tijdschrift, website, code repository of een andere bron - ook al is het gedeeltelijk - en inleveren alsof het je eigen werk is, is plagiaat.

We juichen toe dat je het cursusmateriaal en de opdrachten met medestudenten bespreekt om het beter te begrijpen. Je mag bronnen op het web raadplegen om meer te weten te komen over het onderwerp en om technische problemen op te lossen, maar niet voor regelrechte antwoorden op opgaven. Als in een uitwerking gebruik is gemaakt van externe bronnen zonder dat een bronvermelding is vermeld (bijvoorbeeld in de rapportage of in commentaar in de code), dan kan dat worden beschouwd als plagiaat.

Deze regels zijn er om alle studenten een eerlijke en optimale leeromgeving aan te kunnen bieden. De verleiding kan groot zijn om te plagiëren als de deadline voor een opdracht nadert, maar doe het niet. Elke vorm van plagiaat wordt bestraft. Als een student ernstige fraude heeft gepleegd, kan dat leiden tot het uitschrijven uit de Universiteit. Zie voor meer informatie over het fraude- en plagiaatreglement van de Universiteit van Amsterdam: www.student.uva.nl

Weekplanning

Aanvullende informatie

Voorkennis voor dit vak (bijvoorbeeld opgedaan tijdens het VWO keuzevak Informatica) is zeker niet noodzakelijk; op zijn hoogst een pre.

Contactinformatie

Coördinator

• prof. dr. A.D. Pimentel