Architectuur en Computerorganisatie

Architecture and Computer Organisation

6 EC

Semester 1, periode 1

5062ARCO6Y

Eigenaar Bachelor Informatica
Coördinator drs. A. van Inge
Onderdeel van Bachelor Informatica, jaar 1Minor Informatica, jaar 1Dubbele bachelor Wiskunde en Informatica, jaar 2

Studiewijzer 2016/2017

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': 4th edition 'The Hardware/Software Interface', The Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design, ISBN-:78-0123747501, Paperback ~ €50, –

Practicummateriaal

  • PIDAC wordt beschikbaar gesteld

Software

  • SIM-PL wordt beschikbaar gesteld

Overig

  • http://staff.science.uva.nl/~toto/a&co/a&co.html

Leerdoelen

Aan het eind van deze cursus, kan de student:

  • aangeven uit welke deelsystemen een computersysteem is opgebouwd
  • de executie tijden vergelijken van een gegeven programma op verschillende computer systemen gespecificeerd door bepaalde karakteristieken
  • uitleggen wat het gedrag van elke deelsysteem is
  • uitleggen hoe deze deelsystemen samen het gedrag van het computersysteem bepalen
  • kan de hiërarchische organisatie van een computer beschrijven aan de hand van de deelsystemen
  • binaire representaties lezen en schrijven van integers en floating point nummers
  • een 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 en de data- en control hazards identificeren
  • 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
  • de eigenschappen en de toepassingen van verschillende I/O apparaten typeren
  • zich nauwkeurig uitdrukken met gebruik van passende vakterminologie
  • nauwgezet en volhoudend debuggen door analytisch denken
  • De student kan een tekstboek bestuderen en daarbij effectief gebruik maken van samenwerken en samenvatten. Daarnaast begrijpt de student wat er verwacht wordt op de universiteit ten aanzien van diens houding en verantwoordelijkheden. (PAV)

Onderwijsvormen

  • Hoorcollege
  • Laptopcollege
  • Zelfstudie
  • Hoorcollege 4 uur/week
  • Practicum 8 uur/week
  • Zelfstudie ~8 uur/week
  • Practicum Academische Vaardigheden (PAV): 1 of 2 contacturen per week plus zelfstudie

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

  • 2x2 uur hoorcollege per week
  • 2x2 uur practicum per week, bestaande uit:
    • SIM-PL hardware simulatie
    • 1 x 2 uur hardware practicum aan het begin van het blok
    • 1 x 2(4) uur hardware practicum bijna aan het eind van het blok
  • Circa 8 uur per week zelfstudie

Academische vaardigheden

  • Experimentele vaardigheden
  • Analytisch denken
  • Samenwerken

Aanwezigheid

Aanwezigheidseisen opleiding (OER-B):

  • Voor practica en werkgroepbijeenkomsten met opdrachten geldt een aanwezigheidsplicht. Wanneer studenten niet voldoen aan deze aanwezigheidsplicht kan dit als gevolg hebben dat het onderdeel niet met een voldoende kan worden afgerond.

Aanvullende eisen voor dit vak:

Aanvullende eisen voor dit vak:

Voor het practicum geldt een aanwezigheidsplicht van 100%. Wanneer een onderdeel wordt gemist, zonder goedkeuring van een voorafgaand afwezigheidsverzoek, zal dit onderdeel niet opnieuw worden aangeboden. Echter als u onverhoopt absent bent wegens onvermijdbare omstandigheden (bv. gezondheid) dient de coördinator op de hoogte gebracht te worden via e-mail en zo spoedig mogelijk overleg over inhaal mogelijkheden.

Ervaring leert dat de slagingskans aanzienlijk toeneemt wanneer de aanwezigheid bij colleges hoger is dan 80%.

Tijdens het college en practica worden aanwezigheidslijsten ingevuld. Dit om snel te kunnen achterhalen wie benaderd dient te worden.

Toetsing

Onderdeel en weging Details Opmerkingen

Eindcijfer

60%

Tentamens

Moet ≥ 5 zijn, Herkansbaar

50%

Deeltentamen

50%

Eindtentamen

30%

Practica experimenten

Moet ≥ 5 zijn, Herkansbaar

10%

PAV

Zie PAV

60%

Hertentamen

Moet ≥ 5 zijn

De summatieve toetsing zal plaatsvinden in een deel- en een eindtentamen. In de beoordeling zullen ook de ingeleverde   antwoorden van de practica vragen meegewogen worden. Bij het missen van een deadline worden de 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.

NB. Je hebt alleen recht om deel te nemen aan de herkansing van een vak als je ook aan het eerste tentamen of eerste toetsmoment hebt deelgenomen en aan alle samenstellende voorwaarden (o.a. aanwezigheidsplicht, verplichte opdrachten etc.) hebt voldaan. Als dat het geval is en je haalt het tentamen niet, word je automatisch aangemeld voor het hertentamen. Als je niet aan alle voorwaarden hebt voldaan of niet deelneemt aan de eerste tentamenkans, word je niet ingeschreven voor de herkansing en moet je het vak het jaar daarna opnieuw doen. Als je om aantoonbare zwaarwegende redenen niet aan alle samenstellende onderdelen kunt voldoen of niet kunt deelnemen aan de eerste tentamenkans, dien je je voorafgaand aan het toetsingsmoment (tentamen, inleveren opdracht, inleveren paper etc.) te melden bij de studieadviseurs. In geval van aantoonbaar zwaarwegende omstandigheden wordt er dan in samenspraak met de docent gekeken of er een andere oplossing mogelijk is.

Inzage toetsing

De datum, het tijdstip en de locatie van het inzagemoment staan in het rooster in DataNose.

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

Opdrachten

Practica experimenten

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

Onderstaande opdrachten komen aan bod in deze cursus:

  •    Naam opdracht 1 : beschrijving 2
  •    Naam opdracht 2 : beschrijving 1
  •    ....

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.uva.nl/plagiaat

Weekplanning

Weeknummer Hoorcollege Onderwerpen
1 H1 - Computer Abstractions and Technology
H2 - Instructiona: Language of the Computer
+ Intermezzo - The Basics of Logic Design

 

  • Below the Program
  • Performance
  • Uniprocessors to Multiprocessors
  • Manufacturing and Benchmarking
  • Operations, Operands
  • Signed and Unsigned Numbers
  • Instructions, Logicall Operators, Conditional Operations
  • Procedures
  • ASCII
  • Adressing
  • Array vs Pointer
2  H3 - Arithmetic for Computers
  • Addition and Subtraction
  • Multiplication and Division
  • Floating Point
  • Parallelism and Arithmetic: Associativity
3  H4 - The Processor (t/m pagina 303)
  • Logic Design Conventions
  • Building a Datapath
  • Pipelining
4  Deeltentamen H1 t/m H4 (t/m pagina 303)
5 H4 - The Processor (vanaf pagina 303)
  • Data & Control Hazards
6  H5 - Memory Hierarchy
  • • Cache Basics
  • • Cache Performance: Measuring and Improving
  • • Virtual Memory
  • • Memory Hierarchy Framework
  • • Virtual Machines
  • • Finite-State Machine
  • • Cache Coherence
7  H6 Multiprocessors
  • • Parallel Processing
  • • Shared Memory
  • • Message-Passing
  • • Multithreading
  • • SISD, MIMD, SIMD, SPMD & Vector
  • • Graphics Processing Units: GPUs
8  Eindtentamen  H5  (vanaf pagina 303) t/m H7

 

Rooster

Aanvullende informatie

- Architectuur en computerorganisatie

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

Epictetus (c. 55 – c. 135 AD) Book II, ch. 8. (- Verzameld werk, Vertaald door Gerard Boter en Rob Brouwer; Hoofdstuk 17)

Het is onmogelijk iets te leren waarvan je denkt dat je het al weet.

 

- Practicum Academische Vaardigheden

Onderdeel van het lesprogramma van dit vak is het Practicum Academische Vaardigheden (PAV).
Voor BSc informatica-studenten is voldoen aan de verplichting van PAV een voorwaarde om dit vak te kunnen afsluiten. Zie voor de details de studiegidspagina van het
PAV

Contactinformatie

Coördinator

  • drs. A. van Inge