Lec00-intro-260120打印.ZH解释

这部分是课程的标题页，提供了最核心的课程信息和讲师信息。

• CSEE 3827：这是课程的官方编号。在哥伦比亚大学，CSEE 代表计算机科学与电气工程系（Computer Science and Electrical Engineering）的课程。3827是这门特定课程的编号。3通常表示这是一门本科三年级水平的课程，难度和深度都要求学生具备了一定的前期计算机科学基础。
• 计算机系统基础：这是课程的全名，明确指出了课程的核心内容。它将探讨构成现代计算机的底层 硬件和软件的基本原理。这门课是很多高级课程的基石，比如操作系统、计算机 网络、编译器等。
• 2026年春季：这指明了课程开设的学期和年份。春季学期通常从一月开始，到五月结束。
• 第0讲：这通常意味着本次讲座是介绍性的，内容主要关于课程的管理和安排，而不是深入具体的学术知识点。它为整个学期的学习定下基调，帮助学生了解课程的期望和要求。
• Dan Rubenstein教授 (danr @cs.columbia.edu)：这里介绍了授课教授的姓名和联系方式。Dan Rubenstein是哥伦比亚大学的教授，他的邮箱地址 danr@cs.columbia.edu 是学生联系他的主要方式之一。了解教授的研究背景和专长有时能帮助学生更好地理解课程内容的侧重点。

这一页幻灯片详细列出了第0讲的内容提纲，让学生明确本次讲座将要讨论的所有行政和结构性事宜。

• 今日讲座：课程事宜：这是一个明确的主题声明，告诉学生接下来的时间将专门讨论课程的组织和管理方面，而不是技术内容。
• 仅涵盖课程结构：这句话强调了本次讲座的范围。教授特意指出 "仅" 这个词，是为了管理学生的期望，让他们知道今天不会开始学习逻辑门或处理器 架构，而是专注于如何成功地学习这门课程。
• 评分：这是学生最关心的部分之一。它将解释最终成绩是如何计算的，考试占多少比重，作业占多少比重等。
• 家庭作业与答疑时间政策（P学分）：这部分会介绍作业的提交要求、评分标准，以及一个特殊的 "P学分" 政策。P学分（Participation Credit）通常与参与度挂钩，这里特指与参加答疑时间（Office Hours）相关。这暗示了教授非常鼓励学生积极参与答疑环节。
• 助教：介绍教学助理（Teaching Assistants, TAs）团队。助教是学生学习过程中的重要资源，他们通常负责批改作业、主持答疑时间、回答学生问题。
• 需要注册的事项（课程日历、答疑时间安排）：这部分会告诉学生需要主动去完成的一些操作，例如订阅课程的谷歌日历以获取最新的时间安排，或在一个在线系统中填写自己有空的时间以便被分配到固定的答疑时间小组。
• 课程的非常高层概览：虽然不深入技术细节，但教授会给出一个课程内容的鸟瞰图，让学生了解整个学期将要学习的主题脉络，比如从布尔代数到组合逻辑，再到时序逻辑，最后到处理器 设计。
• 书籍/先修课程：告知学生推荐或要求的教科书，以及学习这门课所必需的背景知识，即先修课程要求。这有助于学生自我评估是否准备好了学习这门课程。

这是一个非常重要且严肃的法律和政策声明。

• 关于骚扰的免责声明：标题明确了这是一个关于骚扰（Harassment）政策的官方声明。它不是课程的技术内容，而是一个必须告知所有学生的学校规定。
• 我和助教必须向...报告：这句话强调了教授和助教作为学校雇员的“强制报告者”（Mandatory Reporter）身份。这意味着他们没有自由裁量权来决定是否报告。一旦他们得知任何关于骚扰的指控，法律和学校政策都要求他们必须上报。
• http://eoaa.columbia.edu：这提供了负责处理此类事件的官方机构的网址。EOAA 是哥伦比亚大学的“平等机会与反歧视行动办公室”（Equal Opportunity and Affirmative Action）。这个办公室是处理所有与歧视、骚扰和性别不当行为相关的投诉、调查和教育的中心机构。
• 任何骚扰/骚扰指控：这个范围非常广，涵盖了口头的、书面的、身体的等各种形式的骚扰，以及任何相关的指控，无论这些指控是否最终被证实。只要有指控存在，报告程序就必须启动。

这是一个行动清单，列出了学生在本周内需要完成的具体任务，并附有明确的截止日期和链接。

• 待办事项：标题清楚地表明这是一个需要学生采取行动的列表。
• 通过 Courseworks 登录 EdStem：
• Courseworks 是哥伦比亚大学使用的课程管理系统（类似于 Blackboard 或 Canvas）。
• EdStem 是一个第三方教学平台，常用于课程的问答讨论（Q&A Forum）和发布通知。
• 这个任务要求学生先登录学校官方的 Courseworks 系统，然后通过里面的链接或指引，激活他们在 EdStem 平台上的账户。
• （所有分部都将通过第1分部）：这是一个技术性提示。即使这门课有多个分部（Section），在 Courseworks 或 EdStem 上可能被统一管理在“第1分部”的名下。这可以避免学生在自己的分部下找不到课程页面而产生困惑。
• 尝试完成家庭作业#0：
• 家庭作业#0 通常是一份预备性作业，旨在帮助学生自测是否具备必要的先修知识。它通常不计入最终成绩，但强烈推荐完成。
• 指明了作业的查找路径：在 Courseworks 的 “文件” 标签页下的 “家庭作业” 文件夹中。
• 提供考试冲突信息：这是一个有严格截止日期的任务。
• 截止日期：1月27日星期二之前。
• 目的：教授需要提前收集所有与预定考试时间有冲突的学生信息，以便安排备用考试。
• 期中考试：预定在 3月5日晚上6-9点。教授还提供了备用日期（3月3日和4日），以防万一。
• 期末考试：预定在 5月8日晚上6-9点。
• 操作方式：通过点击提供的两个 Google Forms 链接来提交冲突信息。(注意：出于隐私和安全，这里的链接被替换成了示例链接)。
• 提供您的P学分答疑时间安排：这是另一个有严格截止日期的任务。
• 截止日期：1月24日星期六之前。
• 目的：为了将每个学生分配到一个固定的、计入P学分的答疑时间小组。
• 操作方式：访问 http://uribe.cs.columbia.edu/sched/table.php 这个网址，这是一个由哥大计算机科学系提供的课程安排工具，学生可以在上面提交自己的空闲时间表。

这部分解释了课程的两个讲座分部（Lecture Section）的组织和管理方式。

• 讲座：2个分部：明确指出这门课有两个平行的讲座班次。
• 周二、周四分部：说明两个班次都在周二和周四上课，只是时间不同。
• 10:10-11:25（第1分部）：这是早上的班次，被标记为“第1分部”。
• 11:40-12:55（第2分部）：这是紧接着的第二个班次，被标记为“第2分部”。
• 您已注册其中一个分部：学校的教务系统（Registrar）已经根据学生的选课，将他们正式注册到了其中一个特定的分部。
• 将尽可能在各分部间合并课程：教授的目标是，尽管有两个分部，但在管理上将它们视为一个整体，以简化操作和确保公平性。
• 已合并：列出了两个分部共享的资源和活动。
• Courseworks/EdStem：所有学生，无论哪个分部，都将使用同一个在线课程页面和同一个论坛。
• 答疑时间安排：所有学生共享同一个助教答疑时间表，并一起参与P学分的安排。
• 家庭作业：两个分部的学生将收到完全相同的作业，截止日期和评分标准也相同。
• 考试！：这是最重要的一点，用感叹号强调。期中和期末考试对所有学生都是统一的，在同一时间、同一地点（或使用相同的在线形式）进行，试卷内容也一样。
• 未合并（官方）：列出了两个分部在官方层面仍然保持独立的部分。
• 讲座时间：根据教务处的规定，两个分部有各自独立的、预定的上课时间。虽然教授在下一页会说学生可以灵活选择，但从官方注册的角度看，每个学生都属于一个特定的时间段。

这页幻灯片进一步阐明了关于两个分部的灵活政策，旨在给予学生更多的便利。

• 教务处已将您注册到特定分部：再次重申学生的官方注册身份是由学校教务处（Registrar）决定的，这是行政上的事实。
• 您属于哪个分部并不重要：这是教授给出的一个非官方但非常实用的建议。他告诉学生，不要过分在意自己注册的是哪个分部，因为在实际操作中，这个区别几乎没有影响。
• （除了下一页所述的小例外）：这是一个重要的提醒，表明这个“不重要”的说法有一个小小的附加条件，将在下一张幻灯片中解释。这通常与教室容量等极端情况有关。
• 所以您可以：基于“分部不重要”的原则，教授明确授权学生可以做以下两件事：
• 参加任何分部的讲座（或参加一个以上）：这意味着，即使一个学生正式注册在早上的第1分部，如果某天他想睡个懒觉，他可以去参加中午的第2分部的讲座。反之亦然。他甚至可以为了复习或加深理解，把两个讲座都听一遍。这给了学生极大的灵活性。
• 期中和期末考试是“集中”的，时间和地点不会因您注册的分部而异：再次强调考试的统一性。使用“集中”（centralized）这个词，进一步确认了考试是独立于讲座分部安排的，所有学生将被集中在同一个标准下进行评估。

这页幻灯片详细说明了之前提到的“小例外”以及关于考试冲突的重要规定。

• 分部政策例外：标题明确了这是对前一页灵活政策的补充说明。
• 如果教室过满（可能性不大）：教授首先安抚学生，这种情况发生的概率很低，但有必要提前说明规则。
• 优先顺序：在教室座位不足的极端情况下，决定谁可以留下听课的优先次序。这是一个三层过滤器：
• a) 尚未参加过早期版本讲座的人：这是最高优先级。比如，在第二个分部的讲座（后期版本）上，如果教室满了，那些已经听过第一个分部讲座（早期版本）又来听第二遍的学生，应该主动让座。
• b) 无法参加后期版本讲座的人：这是第二优先级。比如，在第一个分部的讲座上，如果一个学生能证明他因为下午有另一门课而无法参加第二个分部的讲座，他留下来的优先级就更高。
• c) “正式注册”的人：这是最低的、也是最基本的优先级。在前两个条件都无法区分时，那些官方注册在这个分部的学生有优先权。
• 考试：...我正在评估冲突：这部分转向了另一个重要的例外情况——考试安排。
• 由于不在上课时间进行：教授解释了为什么需要处理考试冲突。因为期中和期末考试被安排在了晚上，而不是常规的讲座时间，所以与其他课程或活动发生时间冲突的可能性更大。
• 请参阅这些幻灯片第5页上的链接和日期：提醒学生回到第5页，使用那里提供的Google Form链接来提交冲突信息。
• 可接受的理由：明确了什么样的冲突理由是正当的。
• 课程冲突：这是最常见的理由，即另一门课的考试或必须参加的实验课在同一时间。
• 宗教冲突：学生因宗教仪式或节假日而无法参加考试。
• 指明具体冲突：要求学生在提交申请时，必须提供详细信息，如冲突的课程编号，或宗教节日的名称和时间，以便核实。
• 不可接受的理由：明确了哪些理由不会被批准。
• “提早离镇”：例如为了提前开始假期而预订了机票。
• “忙碌的一周”：例如因为那周还有其他两门考试，想把这门课的考试错开。这些属于个人规划范畴，而不是无法克服的硬性冲突。

这页幻灯片列出了学生可以与教学团队（教授和助教）进行沟通的四种主要渠道。

• 沟通方式：标题表明本节内容是关于如何与课程相关的人员进行交流。
• 课堂上（讲座中）：这是最直接、最即时的沟通方式。学生可以在讲座进行中举手提问，以澄清疑点。这种方式的好处是，一个人的问题可能会帮助到所有在场的同学。教授通常会鼓励课堂互动。
• 答疑时间（Office Hours）：这是一个专门为学生答疑解惑而设定的时间段。学生可以带着自己具体的问题（关于作业、概念、考试等）去找教授或助教进行一对一或小组讨论。这比课堂提问更深入，适合解决复杂或个性化的问题。
• 通过电子邮件（Email）：这是一种异步的、正式的书面沟通方式。适合用于处理个人事务（如紧急情况、申请特殊许可等）或不便在公共场合讨论的问题。下一页幻灯片将详细说明使用电子邮件的规则。
• 在 EdStem 上：这是一种现代化的在线问答平台。它非常适合提出关于课程内容、作业题目等普遍性的问题。
• 优点1（共享性）：一个学生提出的问题和助教的解答可以被全班同学看到，避免了许多学生重复问同一个问题。
• 优点2（协作性）：学生之间也可以互相回答问题，形成一个学习社区。
• 优点3（可搜索性）：所有问答都被存档，学生可以在提问前先搜索是否已经有人问过类似的问题。

这页幻灯片详细规定了发送电子邮件的格式要求，特别是主题行的规范，以确保邮件能被及时处理。

• 给Rubenstein教授+助教发邮件：提供了一个邮件组地址 3827-staff@googlegroups.com。
• 用途：当一个问题需要整个教学团队（教授和所有助教）知晓时，应该使用这个地址。例如，报告 EdStem 平台无法访问，或者询问一个普遍性的政策问题但又觉得不适合公开提问。
• 好处：团队中任何一个有空的人都可以回复，提高了响应速度。
• 仅给Rubenstein教授发邮件：指明了何时应该单独联系教授。这通常限于非常私人的事务，如严重的健康问题、家庭紧急情况，或需要教授本人亲自批准的事项。
• 请务必在邮件主题行中包含“3827”！！！：这是本页幻灯片最核心、最关键的要求，用粗体和三个感叹号来强调其重要性。
• 原因解释：教授解释了他处理邮件的工作流程。他不是实时阅读和回复每一封邮件，而是每周集中几次，通过搜索关键词“3827”来筛选出所有与这门课程相关的邮件进行批量处理。
• 后果：如果邮件主题中没有“3827”，他的搜索过滤器就会漏掉这封邮件，导致邮件被忽略或延迟很久才被看到。
• 我经常错过的邮件主题：教授列举了一些学生常犯的错误主题，这些主题都是模糊且不含关键词的。
• “基础”、“您的课”、“问题”、“求助”、“疑问”：这些主题对于同时教多门课、处理多种事务的教授来说，完全无法提供任何有效信息，很容易被当作普通邮件或垃圾邮件而被忽略。

这是一个具体的反面教材，展示了一封因不遵守主题行规范而可能导致严重后果的邮件。

• 电子邮件示例：标题表明这是一个例子。
• 致：danr @cs.columbia.edu：收件人是教授本人。
• 主题：Urgent Fundies issue：这是问题的关键所在。
• Urgent（紧急）：学生认为事情很紧急。
• Fundies：这是 "Fundamentals of Computer Systems" 的一个常见昵称。
• issue（问题）：表明邮件内容是一个问题。
• 问题分析：虽然学生尝试提供了一些信息（课程昵称），但这个主题最大的问题是没有包含课程的官方编号 "3827"。正如前一页所解释的，教授的邮件过滤器是基于“3827”这个关键词的。
• 日期：April 21, 2022：邮件的发送日期。
• 邮件正文分析：
• My cat died and I’m real depressed...：学生陈述了一个真实的、令人同情的个人困境，这影响了他的情绪状态。
• ...and HW is due tomorrow.：他指出了这个困境与课程的直接关系——一个即将到期的作业。
• The TA said they wouldn’t give me an extension without your ok.：他说明了他已经尝试过联系助教，但助教表示延期需要教授的批准。这表明他遵循了正确的上报路径。
• Can you please let me know? Thanks!：他提出了一个明确的请求——希望教授批准延期。
• （下一页注释：主题中没有3827！！！）：教授在这里（或在下一页的幻灯片中）明确指出了这封邮件的致命缺陷，即主题行错误。

这张幻灯片展示了前一封邮件在两周后才被发现时，教授可能会给出的一个带有讽刺和教育意味的回复，用以强调遵守规则的重要性。

• 上半部分：重复了上一页的学生来信。
• 下半部分（教授的回复）：
• 致：xxx @xxxxx：回复给发信的学生。
• 主题：Re: Urgent Fundies issue：这是对原邮件的回复，主题保持不变。
• 日期：May 5, 2022：这是回复的日期。对比学生发送的日期（April 21, 2022），可以看出邮件被延迟了整整两周才被读到。此时，作业早已过期，课程也可能已经进展了很多。
• Hi xxx,：问候。
• Sorry to hear about your fish.：这是一个关键的讽刺点。教授故意把“cat”（猫）说成“fish”（鱼）。这暗示了因为邮件被延迟太久，他已经记不清（或者根本没仔细看）细节了，或者他想通过这种方式夸张地表达“时间过去了太久，细节已经不重要了”。这也可能是在讽刺学生，如果事情真的那么重要，为什么不使用正确的沟通方式。
• Having a fish myself, I can appreciate... and such a request has merit.：教授表面上表达了同情，承认学生的请求本身是合理的（"has merit"）。这表明他并不是一个不通情理的人，问题不在于请求的内容，而在于沟通的方式。
• However, I’m sorry but I only read this email today:：转折点，直接说明了问题的核心——他今天（5月5日）才读到这封邮件。
• since “3827” wasn’t part of the subject, I missed it when doing a pass over the email related to the class.：清晰、直接地解释了邮件被错过的原因，与之前幻灯片中描述的邮件处理流程完全一致。他明确地将责任归结于学生没有遵守主题行规则。
• Please remember to include “3827” in future correspondence related to the class.：最后，教授以一个教育性的提醒结束了邮件，再次重申了正确的做法。
• DR：教授姓名的缩写（Dan Rubenstein）。

这页幻灯片清晰地划分了两个主要在线平台——Courseworks 和 EdStem——的职责和用途。

• 我们将尽可能少地使用 Courseworks。仅用于：
• 这句话表明 Courseworks 在这门课中扮演一个次要的、辅助性的角色。教授希望将信息流和互动集中在更现代、更高效的平台（EdStem）上。
• EdStem：这里的意思是，Courseworks 的一个主要作用是作为登录 EdStem 的入口。学生通过学校官方系统认证后，跳转到 EdStem。
• 发布文件：Courseworks 将作为官方的“文件柜”，存放所有重要的静态文件。例如：
• 家庭作业：作业题目的PDF文件。
• 解决方案：作业和考试的官方答案。
• 之前的期中和期末考试：往年的考试题目，供学生复习参考。
• 助教使用的任何工具（Gradescope？）：这表明 Courseworks 可能会集成一些其他的教学辅助工具。
• Gradescope 是一个非常流行的在线作业提交和评分平台。教授在这里用问号表示，可能还没最终确定是否使用，或者授权助教团队来决定。如果使用，学生提交作业和查看批改反馈都将在 Gradescope 上进行，而 Gradescope 的入口很可能就在 Courseworks 里。
• 我们将专门使用 EdStem 进行：
• 这句话表明 EdStem 是课程信息交流和互动的主要平台。
• Courseworks 上发布内容的通知：这是一个信息发布机制。当教授或助教在 Courseworks 的文件区上传了一份新文件（比如新的作业或讲义），他们会在 EdStem 上发一个通知（Announcement）来提醒所有学生。这样学生就不需要每天去刷新 Courseworks 的文件页面，只需要关注 EdStem 的通知即可。
• 在线问答（Online Q&A）：这是 EdStem 最核心的功能。所有的学术问题、关于作业的疑问、对概念的讨论，都应该在这里进行。这创建了一个全班共享的知识库。

这页幻灯片是整个介绍中信息量最大、最关键的部分之一，详细解释了学生的最终成绩是如何计算的，包含一个基础的“原始分数”和一个可以提升成绩的“P学分”机制。

这部分定义了不考虑参与度的基础成绩。

• 组成部分：定义了计算原始分数的三个变量。
• M (Midterm)：期中考试成绩。教授给出了暂定日期和时间。
• F (Final)：期末考试成绩。教授给出了首选安排和备用安排。备用安排是利用了学校为第1分部指定的官方期末考试时间段。
• H (Homework)：家庭作业的平均分。
• 计算公式：
• S 代表原始分数（Score）。
• 10% H：家庭作业占总成绩的10%。这是一个相对较小的比重，暗示作业的主要目的是学习和练习，而不是评估。
• Max(30% M + 60% F, 45% M + 45% F)：这是考试部分成绩的计算方式，占总成绩的90%。这里使用 Max 函数是一个非常人性化的设计。它意味着系统会自动选择对学生最有利的一种权重分配方式。
• 选项1 (30% M + 60% F)：期中占30%，期末占60%。这种权重对那些期末考试发挥出色的学生有利。如果一个学生期中考得不理想，但在期末考试中表现优异，这个选项会更多地奖励他的进步。
• 选项2 (45% M + 45% F)：期中和期末各占45%。这种权重对那些在两次考试中表现都比较均衡稳定的学生有利。
• 这个 Max 机制给了学生一个“第二次机会”，减轻了单次考试失利带来的毁灭性打击。

这部分介绍了通过参与答疑时间来提升成绩的“P学分”机制。

• 提升机制：明确指出参加答疑时间可以直接提高最终成绩。
• P学分 (Participation Credit)：
• 这是一个介于 0 和 0.3 之间的数值。
• P = 0 意味着学生从未或很少参加计分的答疑时间。
• P = 0.3 意味着学生几乎每周都按要求参加并积极参与，达到了参与度的上限。
• 这个分数由助教根据学生在指定答疑时间的出勤和参与度来评定。
• 提升后的分数公式：
• 公式为：最终分数 = 100 P + (1-P) S
• 这是一个线性插值公式。它将学生的最终分数"混合"在了两个极端之间：一个是100分，另一个是学生的原始分数S。
• P 在这里充当了混合权重。
• 如果 P=0，公式变为 100 0 + (1-0) S = S。最终分数就是原始分数，没有提升。
• 如果 P=0.3（最大值），公式变为 100 0.3 + (1-0.3) S = 30 + 0.7 * S。这意味着学生的最终成绩有30分是“保底”的参与分，另外70%来自他的原始成绩S。
• 这个机制极大地帮助了那些原始分数较低但积极参与的学生，提供了一个强大的安全网。

这页幻灯片通过重申公式、解释极端情况并使用图表，来直观地展示P学分对最终成绩的影响。

• 回顾：提升后的分数 = 100 P + (1-P) \* S：首先，教授重复了上一页的核心公式，以加强记忆。
• 0 < P < 0.3：强调了P值的范围。P值大于0，意味着只要有参与就有回报。P值小于0.3，意味着参与度的回报有上限。括号里的附注“您仍然需要参加期中和期末考试”是在提醒学生，P学分不能替代考试，你不能通过攒满P学分就直接获得30分而不参加考试。
• 极端情况分析：
• 从不参加答疑时间：P=0，提升后的分数 = S：这是无参与度的基准情况。如果P为0，公式 1000 + (1-0)S 就简化为 S。你的最终成绩就是你的原始分数。
• 总是参加：P=0.3，提升后的分数 = 30 + 0.7 \ S：这是最大参与度的理想情况。如果P为0.3，公式 1000.3 + (1-0.3)S 就简化为 30 + 0.7S。这意味着你的成绩有30分的“基础分”，剩下的70%由你的原始分数决定。
• 图表解读：
• 标题：“答疑时间参与如何帮助提高您的成绩”，直白地说明了图表的意图。
• X轴 (横轴)：原始期末/期中平均分 [0-100]。这里用考试平均分来近似代表原始分数S（因为考试占S的90%）。
• Y轴 (纵轴)：最终分数 [0-100]。
• 三条线：
• 底部线（不参加答疑时间，P=0）：这是一条从 (0,0) 到 (100,100) 的直线（实际上是 y=x，这里x近似为考试平均分）。你的最终分数就是你的原始分数，没有任何提升。
• 顶部线（完全参加答疑时间，P=0.3）：这是一条从 (0,30) 到 (100,100) 的直线（y = 30 + 0.7x）。可以看出，即使你的原始分是0，你也能得到30分。并且，这条线始终在底部线的上方，意味着在任何原始分数水平上，完全参与都能带来更高的最终成绩。
• 中间线（半数参加答疑时间，P=0.15）：这是一条介于两者之间的直线（y = 15 + 0.85x），从 (0,15) 到 (100,100)。它代表了中等程度参与带来的中等程度回报。
• 图表的关键信息：三条线之间的垂直距离，代表了通过参与答疑时间所获得的“成绩提升量”。可以看出，原始分数越低，这个提升量对最终结果的“拯救”作用越显著。例如，当原始分为50时，不参与是50分，完全参与是 $30 + 0.7*50 = 65$ 分，净增15分。当原始分为90时，不参与是90分，完全参与是 $30 + 0.7*90 = 93$ 分，净增3分。虽然绝对提升量变小了，但对于冲击A等第来说，这3分也可能至关重要。

这页幻灯片通过展示过去两个学期（2024年春季和2023年春季）的真实成绩分布数据，来证明P学分制度的实际效果。

• 3827 S'24 成绩一览 / 3827 S'23 成绩一览：标题指明了数据的来源年份和学期（Sp24/S'24 代表 Spring 2024）。
• 面积图 (Area Chart)：教授选择了面积图这种形式来展示数据。通常，这种图的X轴会是成绩等级（A+, A, A-, B+, ... , F），Y轴是获得该等级的学生人数或百分比。
• 原始成绩与最终成绩分布：每个图的核心是比较两种分布：
• 原始成绩分布：如果只按照原始分数S来划分等级，学生们的成绩会如何分布。这可以看作是“没有P学分”时的基准情况。
• 最终成绩分布：在应用了P学分公式（100P + (1-P)S）计算出最终成绩后，学生们的成绩分布。
• 图表预期解读：
• 通过比较这两个分布，学生可以直观地看到P学分制度的影响。预期会观察到，“最终成绩”的分布会整体向右“漂移”（即向高分段移动）。
• 具体来说，可能会看到：
• 获得C、D、F等低等级的人数显著减少。
• 获得B和A等第的人数显著增加。
• 这种变化在B和C区段可能最为明显，因为P学分对中等偏下分数的“提拉”作用最强。
• 教授展示这些图是为了用真实数据告诉学生：“我所说的P学分能帮你，不是空话，这是过去几届学生身上实际发生过的事情。”

这页幻灯片详细说明了关于家庭作业的政策，包括数量、目的、评分方式和与答疑时间的关联。

• 将布置家庭作业（8或9份）：明确了整个学期作业的总量。8到9份作业意味着大约每1-2周就会有一次作业，保持了学习的连贯性。
• 家庭作业将在答疑时间讨论/完成：这揭示了家庭作业和答疑时间的核心关系。教授设计作业的目的，不仅仅是让学生独立完成，更是希望它们成为答疑时间讨论的“素材”和“议程”。学生应该带着作业中的问题去参加答疑时间，与助教和同学一起解决。
• 家庭作业将按3分制提交和评分：：这是一个非常重要的评分政策，采用了粗略的等级制（coarse grading）而不是百分制。
• 0：没做 (No effort)：完全没交或者交上来的是白卷。
• 1：做得不好 (Some effort, but poor)：提交了作业，但完成度很低，错误百出，或者只是抄了题目。这表明学生付出了少量努力，但理解非常不到位。
• 2：大部分正确 (Good effort, mostly correct)：作业大部分都完成了，思路基本正确，但可能在一些细节或难题上有错误。这是大多数认真完成作业的学生会得到的分数。
• 3：几乎完美 (Excellent effort, nearly perfect)：作业完成度非常高，所有题目都思路清晰、解答正确，几乎没有错误。这代表了最高水平的完成度。
• 这种评分制的含义：
• 减轻评分负担：对助教来说，不需要在每个小细节上扣分，可以更快地给出反馈。
• 强调完成和理解，而非分数：由于作业总分只占10%，且采用等级制，学生就不必为了扣掉的一两分而过度焦虑。重点在于通过做作业这个过程来学习和理解概念。得到2分还是3分的差别，对最终总成绩的影响微乎其微。
• 鼓励尝试：学生知道即使有些题目做不出来，只要付出了努力，完成了大部分内容，就能拿到2分（一个“好”的等级），因此更愿意去尝试难题。
• 学习/准备在答疑时间讨论某些内容：这是对学生的建议。在去答疑时间之前，应该先自己尝试做作业，找出自己不懂的地方，并准备好具体的问题。这样答疑时间的效率才会高。
• 完成家庭作业将帮助您准备考试：最后，教授点明了做作业的最终目的。作业中的问题类型和难度与考试题目类似。认真完成每一份作业，是准备考试最有效的方式。

这页幻灯片专门介绍了“家庭作业#0”的内容和目的。

• 家庭作业 #0：标题明确了讨论的对象。
• 初步的家庭作业（非强制）：
• 初步 (preliminary)：说明这是在正式的第一份作业之前的一个预备作业。
• 非强制 (not mandatory)：明确指出这份作业不计入最终成绩，学生可以自行选择是否完成。但教授的言外之意是“强烈推荐”。
• 以确保您具备课程所需的背景知识：这阐明了作业#0的核心目的——自我评估。通过完成这份作业，学生可以检验自己是否已经掌握了学习CSEE 3827所必需的数学和逻辑基础。如果觉得很困难，这是一个危险信号，表明学生可能需要复习先修课程的知识，或者这门课对他来说可能为时过早。
• 所列出的背景知识主题：这里列举了作业#0将涵盖的关键知识点，这些都是计算机系统基础课程的基石。
• 模块化算术 (Modular Arithmetic)：也称时钟算术。在计算机中，由于寄存器的位数是有限的，所有算术运算实际上都是在某个模下进行的（例如，一个8位的加法器是在模 $2^8=256$ 下运算）。理解溢出等概念需要模块化算术的知识。
• 基本逻辑 (Basic Logic)：指布尔代数中的 AND (与)、OR (或)、NOT (非) 等基本运算。这是数字 电路 设计的语言。
• 位移 (Bit Shifts)：指将一个二进制数的位向左或向右移动的操作。左移一位相当于乘以2，右移一位相当于除以2，这是非常高效的计算方式，在底层编程和硬件 设计中非常常见。
• 科学计数法 (Scientific Notation)：主要关联到浮点数的表示法。计算机内部存储小数的方式（如 IEEE 754 标准）就是基于科学计数法的原理。
• 数据流 (Dataflow)：这是一个概念，指数据如何在计算单元之间流动和被处理。在设计电路时，需要考虑数据从输入端到输出端的路径和时序。
• 2的幂问题 (Powers of 2)：计算机的世界是建立在二进制之上的，因此对2的幂次非常熟悉是至关重要的。
• 排列 k 位的方法：k个二进制 位可以表示 $2^k$ 个不同的状态。这是信息论和编码的基础。
• 门深度 (Gate depth)：在电路中，这关系到信号传播的延迟。一个由多级逻辑门组成的电路，其门深度决定了计算结果需要多长时间才能稳定下来。
• 编码/内存 (Encoding/Memory)：
• 编码：如何用二进制来表示不同类型的信息（数字、字符、指令等）。
• 内存：存储这些编码信息的地方。问题可能涉及地址和数据的概念，比如需要多少位的地址才能访问一定大小的内存空间。

这部分详细阐述了答疑时间（Office Hours）的具体安排、P学分（参与分）的获取方式，以及相关的各种规则和细节。

• 固定答疑时间：教授公布了他自己固定的答疑时间是每周三和周四的清晨（8-9点）。
• 不确定性：他提前告知学生，这个时间并非100%保证，他可能因为出差、会议等原因每周缺席一次。他强调学生需要通过查看课程日历或EdStem上的通知来获取最准确的信息，培养了学生主动查阅信息的习惯。
• 预约机制：除了固定时间，教授也接受学生预约。他给出了高效预约的建议：
• 在邮件中主动提供自己的空闲时间：例如，“教授，我想和您约个时间讨论我的项目想法。我周一、周三下午3点后都有空。”
• 这样做的目的：避免了不必要的邮件一来一回。如果学生只问“您什么时候有空？”，教授回复他的空闲时间，学生再看自己的时间，可能又不匹配，沟通效率极低。
• PS - 我的空闲时间有限：教授坦诚自己的时间非常宝贵，暗示学生应该优先使用助教的答疑时间来解决常规问题，只在有非常必要、非他不可的情况下才来预约，并珍惜预约的时间。

• P分的获取方式：这里详细说明了如何获得P分，不仅仅是出席。
• 分配制：每个学生都会被分配到一个由助教主持的、特定的答疑时间小组。
• 参加完整：要求学生不能迟到早退，需要参加完整的一小时。
• 参与：不能只是坐在那里，需要积极提问、参与讨论、帮助同学。
• 展示作业：需要向助教展示你已经努力尝试过作业，即使没有做完。这证明你是有备而来的。
• 时间安排的操作指南：
• 再次强调了提交空闲时间的截止日期和网址。
• 必须提供至少10小时：这是一个硬性要求，为了确保排班算法有足够的灵活性来为每个人找到位置。如果只提供很少的时间，很可能无法匹配。
• 优先级选择：系统允许学生标记自己对某个时间段的偏好程度（第一、第二、第三选择）。
• 时间块单位：要求学生以整点或半点开始的时间块来选择。
• 算法优化：告知学生后台会有一个算法来处理所有人的请求，尽可能满足大家的高优先级选择。

这部分是关于P学分和答疑时间的一些精细化规则和例外情况。

• P学分的唯一来源：粗体强调，只有参加你自己被分配到的那个特定答疑时间，才能获得P学分。
• 自由参加其他时间：虽然P学分有指定时间，但学生仍然被鼓励去参加任何其他助教的答疑时间来解决问题，只是这些额外的参与不计P分。
• 教授的OH不计P分：明确指出，去教授的答疑时间是为了解决更深层次或特殊的问题，不用于常规地赚取P分。这进一步将学生引导至助教资源。
• P分补领机制：提供了一个灵活性。如果学生某周因为合理原因（如生病、面试）无法参加自己分配的时间，可以提前与助教沟通，申请参加另一个时间段来“补领”该周的P分。助教有权酌情批准。
• 每周上限：规定了P分的获取不能“囤积”。你不能因为上周错过了，就这周参加两次来弥补。每周最多只能获得一份P学分。这保证了学习的持续性。
• 更改分配：如果学生想永久性地更换自己被分配的答疑时间小组（比如因为学期中课表变动），这是一个正式的请求，需要助教和教授双方的批准。

这页幻灯片提供了获取答疑时间表的技术方式，并从理念层面再次强调了参加答疑时间的重要性。

• 提供...日历：告知学生有一个集中的、动态更新的日历，包含了所有教授和助教的答疑时间。
• 动态更新：强调了这个日历的权威性。如果任何时间有变动，日历会是最新最准的信息来源。这再次培养学生依赖官方渠道获取信息的习惯。
• 提供两种链接格式：
• ical：.ics 是一个标准的日历文件格式。学生可以点击这个链接，将整个课程的答疑时间日历“订阅”到自己的个人日历应用中（如Google Calendar, Apple Calendar, Outlook）。订阅的好处是，一旦源日历有更新（如助教取消了一次OH），学生的个人日历也会自动同步更新。
• html：这是一个网页链接。学生可以点击它，在浏览器中查看日历。这适合那些不想订阅，只想临时查看一下时间安排的学生。

在讲完所有复杂的规则之后，教授回归到教育的初衷，从理念上鼓励学生。

• 真正学习/理解材料的好机会：教授强调，答疑时间的根本价值在于学习，而不是仅仅为了P学分。这是一个可以进行深入、互动式学习的绝佳环境，远比单向的讲座更有效。
• 即使它不是成绩要求的一部分，您也应该去：这句话试图将学生的动机从功利主义（为了分数）提升到求知欲（为了学懂）。他暗示，即使没有P学分这个激励，聪明的学生也应该主动利用这个资源。
• 助教们都非常期待与您见面/合作：这是一句非常人性化的鼓励。它试图消除学生（特别是内向的学生）对去答疑时间的恐惧或害羞。教授在告诉学生：助教们不是高高在上的评判者，而是友好的、渴望帮助你的合作伙伴。这营造了一种欢迎和支持的氛围。

这页幻灯片介绍了助教团队的联系方式，并首次明确了关于使用大型语言模型（LLMs，如ChatGPT）的政策。

• 10位助教：公布了助教团队的规模。10位助教对于一门本科高级课程来说是一个相当庞大的团队，这表明课程注册人数很多，也表明学校和系里对这门课的教学支持非常重视。
• 助教名单：幻灯片原文中会列出所有助教的名字，这有助于学生将面孔与名字对应起来。
• 统一联系方式：
• 邮件组 3827-staff@googlegroups.com：再次强调了这个统一的邮件入口，用于联系整个教学团队。
• EdStem：再次强调了EdStem是另一个联系教学团队（尤其是进行公开提问）的主要渠道。

这部分是教授对一个非常现代的教育挑战——如何对待学生使用AI工具——给出的务实而明智的指导。

• 考试中的禁令：
• 在考试中您将无法访问LLMs：这是一个绝对的、明确的禁令。考试环境将被严格控制，以确保学生是在没有外部AI辅助的情况下，独立展示自己的知识。
• 而考试是您成绩的大部分：教授紧接着解释了为什么这个禁令很重要。因为考试在最终成绩中占压倒性的比重（90%的基础分），所以学生必须培养出独立解决问题的能力，否则在考试中将无计可施。
• 家庭作业中的政策：
• 我无法阻止您使用它们：教授采取了一种非常现实的态度。他承认，在课后、在学生自己的电脑上，技术上不可能完全禁止学生使用LLMs。与其制定一个无法执行的禁令，不如引导学生如何正确地使用。
• 学习的唯一方法是实践：这是教授的核心教育理念。他强调，真正的学习来自于亲身挣扎、尝试和犯错的过程。直接从LLM复制答案会剥夺这个宝贵的实践机会。
• 因此，当遇到困难时，请策略性地使用它们寻求帮助：这是教授给出的“官方指南”。他没有说“不准用”，而是说“策略性地用”。
• “策略性地”意味着：
• 不是直接要答案：比如，不应该问“请给我第3题的完整代码”，而应该问“我卡在第3题的这个部分，我的思路是这样的，为什么会出错？”或者“你能给我解释一下卡诺图中‘无关项’的概念吗？”
• 作为导师或解释者：把LLM当作一个24小时在线的助教，用它来澄清概念、获取提示、解释错误信息，而不是把它当作一个答案生成器。
• 用于验证：在你独立完成解题后，可以尝试让LLM用不同方法解一遍，来验证自己的答案是否正确。

这页幻灯片开始阐述学习本课程的价值和重要性，首先聚焦于对计算机 硬件的基本理解。

• 基本计算机科学硬件理解：开宗明明义，这门课的核心价值在于揭示计算机 “在底层”（under the hood）是如何工作的。我们每天都在使用智能手机、笔记本电脑，但这门课将带你拆开这些黑盒子，理解其运行的基本原理。
• 硬件理解：接下来，教授通过一系列具体而深刻的问题，来激发学生的好奇心，并预告课程将要解答这些问题。
• 为什么有时钟？
• 这是一个非常根本性的问题。计算机的绝大多数操作都是同步的，需要一个统一的节拍器来协调所有电路单元的工作。这个节拍器就是时钟。
• 例子：教授用一个虚构的“苹果M5芯片”和具体的“4.7 GHz时钟频率”为例，使问题非常具体化。
• 4.7 GHz 意味着每秒有47亿个时钟周期（cycles）。
• 一条“指令”期间完成了什么？：这引出了指令和时钟周期的关系。一条指令（如加法、读取内存）可能需要一个或多个时钟周期来完成。这门课将设计一个处理器，让你亲眼看到在每个时钟周期里，数据是如何在寄存器、ALU、内存之间流动的。
• 为什么时钟不能更快？：这涉及到物理极限。提高时钟频率会增加功耗和产热（想想你的笔记本电脑为什么会发烫），同时信号在电路中传播需要时间，当时钟周期短于信号从A点到B点所需的最长时间时，系统就会出错。这与电路的门深度、关键路径等概念紧密相关，这些都是课程将要讲解的内容。
• CPU到底能做什么？
• CPU (中央处理器) 是计算机的大脑，但它实际上能做的操作非常有限和基本。
• 学习基本 CPU 指令集（MIPS）：课程将以 MIPS 架构为例。MIPS 是一种精简指令集计算机（RISC），其指令集相对简单、规整，非常适合教学。学生将学习像 add (加法), lw (从内存加载字), sw (向内存存储字), beq (条件分支) 等这样的基本 指令。
• 为其构建架构（从数字角度）：这是课程最核心的部分。学生将使用之前学的逻辑门、加法器、寄存器等“积木”，一步步搭建起一个能够执行 MIPS 指令的完整处理器。
• 指令如何组合以实现低级语言指令：课程将揭示高级语言（如C或Java）中的一个简单语句，比如 a = b + c;，是如何被编译器编译成多条基本的机器 指令（如两条 lw 指令从内存加载 b 和 c，一条 add 指令进行计算，一条 sw 指令将结果存回 a 的内存地址）来执行的。这建立了从软件到硬件的桥梁。

这页幻灯片继续探讨课程的重要性，引入了对内存的理解和一种新的思维方式——并行思维。

• 硬件理解（续）：
• 内存是什么（从硬件角度）？：继CPU之后，课程将探讨另一个核心组件——内存（RAM）。
• 例子：教授再次使用苹果M5芯片的例子，提出了一个非常实际的问题：为什么内存容量的选项是16GB, 24GB, 32GB这些特定的数字，而不是任意的数字？这背后与地址线的数量、内存芯片的规格和内存控制器的设计紧密相关。例如，地址线的数量决定了CPU能寻址的最大内存空间（$2^{\text{地址线位数}}$ 字节）。
• 我们将构建内存（从数字角度）：与构建CPU一样，课程也将从最基本的逻辑单元（如锁存器或触发器）出发，搭建起一个可以根据地址存取数据的简化内存模型。学生将理解SRAM（静态随机存取内存）的基本工作原理。
• 学习其使用基础知识：课程不仅教如何“造”内存，还教如何“用”内存。
• 存储数据：内存最基本的功能。
• 存储地址 [指针]：这是软件中一个极其强大的概念。指针本身就是一个变量，但它存储的不是数据，而是另一个数据所在的内存 地址。理解这一点对于学习C/C++等语言至关重要。
• 实现栈：栈（Stack）是一种后进先出（LIFO）的数据结构，对于函数调用（存储返回地址和局部变量）至关重要。课程将展示如何通过操作一个特殊的寄存器——栈指针（Stack Pointer），在内存中实现栈的压入（push）和弹出（pop）操作。
• 大脑的新技能：“并行思维”：
• 这是课程带来的一个更抽象但极其重要的认知提升。
• YouTube链接：教授提供了一个视频链接作为例子。(链接内容可能是一个电影或游戏片段，展示了多个事件同时发生并被主角快速处理的场景)。他特意标注了“警告：暴力内容”，提醒学生注意。这个链接的目的是为了给“并行”一个生动、形象的展示。
• 计算机“大脑”与人脑的对比：
• 人脑：我们习惯于串行思维（sequential thinking），即一步一步地思考和解决问题。
• 电路：硬件的天然属性是并行的。一个电路板上的数百万个晶体管在每个时钟周期同时都在工作。硬件 设计的核心思想就是如何利用这种并行性来加速计算。
• 一次处理多个“线程”：例如，一个32位的加法器，并不是一位一位地进行加法，而是通过复杂的电路（如超前进位加法器），在很大程度上并行地计算所有32位的结果。即使是我们后面要学的流水线 处理器，也是将一条指令的执行过程分解成多个阶段，让多条指令的不同阶段并行执行。

这部分通过一个引人注目的商业案例——NVIDIA公司的股价飙升——来将课程内容与当前科技行业最热门的趋势（AI和GPU）联系起来，极大地提升了课程的现实意义和吸引力。

• 问：这是哪家科技公司？：教授以一个悬念开始，展示了一张股价图。
• 股价图：显示了从2019年到2024年，某公司股价从32.23美元暴涨到547.10美元的惊人增长曲线。这是一个超过15倍的增长，在金融市场上是极为罕见的。
• 小字 NVDA：图表的角落里给出了答案的线索——股票代码 NVDA。在金融领域，这是NVIDIA公司的唯一标识。
• 答：NVIDIA：教授揭晓答案。NVIDIA（英伟达）是全球领先的图形处理器制造商。
• 他们生产 GPU：点明了NVIDIA的核心业务。GPU 是 图形处理器 (Graphics Processing Unit) 的缩写。
• GPU是什么？：教授抛出了一个关键问题，直接关联到课程内容。
• GPU最初是为了并行处理计算机 图形渲染而设计的。图形计算（如计算数百万个多边形的位置和颜色）具有高度的并行性，因此GPU被设计成拥有数千个小型的、相对简单的处理核心，可以同时执行大量的类似计算。
• 这与CPU的设计哲学形成对比。CPU的核心数量较少（几个到几十个），但每个核心都非常强大和复杂，擅长处理复杂的、串行的逻辑任务。
• 在这门课中，我们学习CPU是什么：这是理解GPU的一大步：
• 这是教授的核心论点。虽然这门课不直接教GPU的设计，但它教授了设计一个处理器（CPU）的所有基本原理：指令集、数据通路、控制单元、流水线、内存交互等。
• CPU是理解GPU的“基石”。GPU中的每个小核心，都可以看作是一个简化版的CPU。只有在你深刻理解了一个CPU是如何从逻辑门构建起来之后，你才能真正理解GPU是如何通过大规模复制和特化这些基本单元来实现其强大的并行 计算能力的。
• NVIDIA的成功，很大程度上是因为它的GPU后来被发现极其适合用于并行 计算要求极高的人工智能和机器学习任务（特别是深度学习中的矩阵运算），从而引爆了当前的AI革命。

这页幻灯片从更广阔的视角，论述了本课程的知识对于后续几乎所有计算机科学领域的重要性，展示了其作为“基石”的地位。

• 对于未来的计算机科学课程非常有用：这是一个总括性的论断，强调了本课程的基础性和普适性。
• 在显而易见和令人惊讶的地方：暗示了其影响的广泛性，有些是直接的，有些是间接但深刻的。
• 具体领域分析：
• 基本编程：
• 理解操作的复杂性：学习了架构，你就知道不同的编程操作在硬件层面的成本是不同的。例如，整数加法可能只需要1个时钟周期，而浮点数除法可能需要几十个时钟周期。访问缓存中的数据和访问主内存中的数据，时间差异可能是上百倍。
• 理解代码为什么“慢”：当你写的代码性能不佳时，你将能从硬件层面去分析原因。比如，是不是因为大量的缓存未命中（Cache Miss）导致CPU一直在等待内存？或者是不是循环中的一个数据依赖导致流水线停顿（Pipeline Stall）？
• 系统 (操作系统/网络/数据库)：
• 理解“底层”：这些高级系统软件都是运行在硬件之上的，它们的设计必须充分考虑硬件的特性和限制。
• 操作系统：需要管理CPU时间（进程调度）、内存（虚拟内存、分页）、中断处理，这些都与硬件架构紧密相连。
• 网络：网络协议栈的实现，数据包的校验和计算，都可以在硬件层面进行加速。
• 数据库：查询优化需要考虑数据在磁盘和内存中的布局，以最大限度地提高缓存命中率。
• 编程语言：
• 编译/解释：无论是一门编译型语言（如C++）还是一门解释型语言（如Python），其代码最终都必须被转换成CPU能够直接执行的机器代码。学习MIPS汇编，就是学习这种最底层的“语言”。这有助于理解编译器优化（如指令重排）和解释器的工作原理。
• 机器学习/人工智能：
• 专用芯片设计：呼应了前一页NVIDIA的例子。当今AI的飞速发展，很大程度上得益于像GPU和TPU（Tensor Processing Unit）这样的专用硬件。这些芯片正是根据AI算法（特别是神经网络）的计算特性（如大规模矩阵乘法）而设计的。理解硬件设计原理，是设计下一代AI加速器的基础。
• 量子计算：
• 这是一个令人惊讶的联系。虽然量子计算的物理原理完全不同，但目前对量子计算机的编程，很大程度上还停留在“量子电路”的层面。程序员需要直接操作量子比特（qubits）和量子门（quantum gates）。这种思维方式——直接用基本的门来构建算法——与本课程中用逻辑门来构建经典电路的思维方式惊人地相似。
• 我确信还有很多...：教授以开放式的结尾，鼓励学生自己去发现和体会这门课与其他领域的更多联系。

这页幻灯片巧妙地引用了ChatGPT的回答，来从一个“非人类”的、客观的视角，佐证教授在前几页所阐述的关于课程重要性的观点。

• ChatGPT #1：标题表明这是第一个与ChatGPT的互动示例。
• (ChatGPT提示和回复的截图)：说明了内容的来源。
• 问：解释为什么人类应该学习计算机架构课程：这是教授输入给ChatGPT的提示（Prompt）。这个问题非常直接和概括。
• 答：...：这是ChatGPT生成的回答。我们可以逐句分析它的逻辑：
• “...更深入地了解计算机系统如何工作，包括计算机的硬件和软件组件的设计和组织。”：ChatGPT首先点出了课程的核心价值——提供对计算机 系统（包括硬件和软件）的深入理解。这与教授之前所说的“理解底层如何工作”完全一致。
• “这种知识对于任何在计算机科学或工程相关领域工作的人都很有价值...”：接着，它强调了这种知识的普适性和职业价值，并列举了几个直接受益的职业方向：
• 软件开发 (Software development)：对应教授提到的“基本 编程”和理解代码为什么慢。
• 系统管理 (System administration)：对应教授提到的“操作系统”。系统管理员需要进行性能调优和故障诊断，这需要硬件知识。
• 网络架构 (Network architecture)：对应教授提到的“网络”。
• “...帮助人们在计算机系统的设计和实现方面做出更明智的决策...”：这指出了学习架构能提升人的决策能力。无论是自己组装一台电脑（个人使用），还是在公司里为项目选择服务器配置（专业使用），架构知识都能让你做出更合理的选择。
• “...具备故障排除和优化计算机系统以获得更好性能的能力。”：最后，它点出了两个非常实用的技能：
• 故障排除 (Troubleshooting)：当系统出问题时，能从更根本的层面分析原因。
• 性能优化 (Optimizing for better performance)：能够写出更高效的代码，设计更高效的系统。这直接呼应了教授之前提到的“理解为什么你的代码可能‘慢’”。

这页幻灯片是上一个的延续，教授向ChatGPT提出了一个更具体、更深入的问题，其回答也与教授之前的论述高度吻合，形成了强有力的呼应。

• 问：为什么...能帮助理解...看似不相关的主题？：这个提示比上一个更具挑战性。它要求ChatGPT建立计算机 架构与AI、UI设计、量子计算等多个领域之间的联系，而这些领域从表面上看与硬件关系不大。
• 答：...：ChatGPT的回答非常有条理，它将架构的知识分解为几个核心的基本原理，然后将这些原理应用到各个领域中去解释其关联性。
• 理解硬件限制：这是最基本的联系。任何软件，无论多么高级，最终都要在物理的硬件上运行。硬件的内存大小、计算速度、带宽等都构成了软件设计的“天花板”。设计高效的AI算法必须考虑模型能否在目标硬件上高效运行。
• 理解性能：这与上一点密切相关。架构知识能帮助程序员写出“硬件友好”（hardware-aware）的代码，通过优化内存访问模式、利用硬件指令等方式提升性能。这对于需要处理海量数据的AI和机器学习尤为重要。
• 理解并行计算：ChatGPT准确地抓住了现代计算的核心趋势。它指出并行计算对于AI（GPU加速）、机器学习和量子计算（量子比特的并行演化）是“至关重要”的。而计算机 架构是理解并行原理的基础。
• 理解用户界面设计 (UI Design)：这是一个“令人惊讶”的联系。流畅的用户体验（如60fps的动画）直接依赖于硬件能否在极短的时间内完成界面的渲染和计算。懂架构的UI开发者会更清楚哪些动画效果的计算成本高，从而在设计时做出权衡，避免造成卡顿。
• 理解图形 (Graphics)：这是最直接的联系之一。计算机 图形学从诞生之初就与硬件紧密绑定。渲染管线（rendering pipeline）的每一步，都是在与GPU的特定功能单元打交道。
• 理解量子计算：ChatGPT再次强调了量子计算与经典 计算机 架构的关联。它指出，理解经典架构有助于理解量子计算的基本原理和“局限性”（例如，量子比特的相干性、纠错等挑战），这与教授之前的观点一致。
• 总结部分：ChatGPT最后给出了一个高度概括的总结，重申了架构课程通过教会学生底层 硬件限制、性能优化、并行计算等核心概念，从而赋能他们理解其他看似不相关的领域。

这页幻灯片开始具体介绍课程将要涵盖的技术内容，首先是第一大部分：从最基本的数字 逻辑开始构建计算机的基石。

• 从数字/逻辑角度构建计算机：这是整个课程的核心方法论。不是从物理（晶体管物理）或高级软件（编程语言）入手，而是从抽象的数字 逻辑层面开始，一步步搭建。
• 介绍/概览：课程的开端，同本次讲座。
• 处理布尔值...：这是数字世界的基础。
• 布尔值：计算机只认识两种状态：1（真/高电平）和 0（假/低电平）。
• 基本算术：如何用布尔值（二进制）来表示数字，并进行加减乘除等运算。
• 整数#表示：#可能是笔误，应为“整数表示”。指如何用二进制表示正负整数，课程将涵盖原码、反码、补码（Two's Complement）等表示法。补码是现代计算机最普遍的整数表示方式。
• 使用AND, OR, NOT操作：这是布尔代数的三个最基本的逻辑运算，对应电路中的与门、或门、非门。它们是构建所有复杂数字 电路的“原子”。
• 构建简单布尔表达式/电路：课程的第一个动手实践阶段，用基本 逻辑门组合出有实际功能的“小零件”，这些零件是构成CPU的基础。这个部分通常被称为组合逻辑（Combinational Logic），其特点是输出仅取决于当前的输入。
• 移位器 (Shifter)：实现二进制数的左移和右移。
• 译码器 (Decoder)：将一个n位的输入转换成 $2^n$ 个输出中唯一一个有效。例如，用它来选择内存单元。
• 编码器 (Encoder)：译码器的逆操作。
• 加法器 (Adder)：实现两个二进制数的加法，是CPU中算术逻辑单元（ALU）的核心。
• 学习如何简化电路（卡诺图）：一个逻辑功能可以用多种不同的电路实现。电路简化是为了用最少的逻辑门来实现相同的功能，从而降低成本、功耗和延迟。卡诺图（Karnaugh Map）是一种图形化的、用于简化布尔表达式的经典手动方法。
• 用“状态”构建基本电路...：这是课程进入第二大主题——时序逻辑（Sequential Logic）的开端。与组合逻辑不同，时序逻辑电路的输出不仅取决于当前输入，还取决于电路过去的历史状态。
• 状态 (State)：即电路的“记忆”能力。
• 锁存器 (Latch)、触发器 (Flip-Flop)：它们是实现1位内存的最基本单元，可以“锁住”一个布尔值（0或1）。触发器是同步的（由时钟控制），是构建现代数字 系统的基础。
• 构建常见的有状态电路：使用触发器作为基本单元，来构建更复杂的、带有记忆功能的电路。
• 计数器 (Counter)：一个可以按时钟节拍自动加一（或减一）的电路。
• 寄存器 (Register)：一个可以存储一个多位 二进制数（例如一个32位的字）的电路集合。CPU内部的寄存器就是用它构建的。

这页幻灯片继续介绍课程内容的后半部分，涵盖了从状态机到完整处理器的设计，以及内存系统的优化。

• 通过状态机设计有状态电路：
• 状态机（Finite State Machine, FSM）是一种强大的数学模型，用于设计任何具有“状态”和“状态转移”的系统。
• 这是设计时序逻辑电路（如交通灯控制器、序列检测器，乃至CPU的控制单元）的系统化方法。学生将学习如何画状态转移图，并将其转化为实际的逻辑 电路。
• RAM内存设计 / 寄存器设计：这些是之前内容的延续和深化，强调了构建计算机两个最关键的存储部件。寄存器是CPU内部的高速存储，而RAM是外部的主内存。
• 课程第二部分：构建一台计算机：这是课程的高潮部分。学生将把第一部分学到的所有“零件”（加法器、寄存器、内存、控制 逻辑）组装起来。
• MIPS架构和MIPS汇编：再次强调课程将使用的教学指令集。学生需要熟练阅读和编写简单的MIPS汇编 程序，因为他们设计的CPU就是要来执行这些程序的。
• ALU设计：ALU（Arithmetic Logic Unit, 算术逻辑单元）是CPU的计算核心，负责执行加、减、与、或、移位等操作。学生将设计一个能根据控制信号执行多种不同运算的ALU。
• 控制字处理（应为控制单元设计）：这是CPU设计中最复杂的部分。控制单元负责“译码”指令，并根据指令类型，生成一系列控制信号（就像提线木偶的线），去指挥数据通路（Datapath，包括ALU、寄存器堆等）的各个部件在正确的时钟周期做正确的事。
• 构建MIPS微处理器：将数据通路和控制单元组合在一起，形成一个完整的、可以执行MIPS指令的单周期或多周期 处理器。
• 包括分支和跳转：特别提到了如何处理控制流指令（如 beq 和 j）。这些指令会改变程序的执行顺序，给处理器设计带来挑战。
• 流水线架构 (Pipelined Architecture)：这是对基本 处理器的第一次重大性能优化。流水线技术通过将一条指令的执行过程分解为多个阶段（如取指、译码、执行、访存、写回），并让多条指令的不同阶段并行执行（就像工厂里的流水线），从而大大提高指令的吞吐率。学生将学习如何设计一个流水线 处理器，以及如何处理流水线带来的各种“冒险”（Hazards），如数据冒险和控制冒险。
• 第三部分：一些内存层次结构细节：在设计完CPU后，课程将转向CPU与内存系统的交互，这是决定现代计算机性能的关键。
• 内存层次结构 (Memory Hierarchy)：一个金字塔结构，从上到下依次是CPU寄存器、缓存（L1, L2, L3 Cache）、主内存（RAM）、硬盘（SSD/HDD）。越往上，速度越快，但容量越小、成本越高。
• 缓存 (Cache)：位于CPU和主内存之间的一小块高速内存。它利用了程序访问的“局部性原理”（locality），将CPU最近或将要使用的数据和指令提前从慢速的主内存加载进来，从而让CPU大部分时间都能高速访问。这是现代计算机性能的关键。
• 虚拟内存 (Virtual Memory)：一种内存管理技术，它为每个程序提供了一个私有的、巨大的、连续的地址空间（虚拟 地址空间），而这个虚拟空间被操作系统和硬件（MMU）映射到物理内存和硬盘上。它实现了内存保护、多任务处理，并允许程序使用比物理内存更大的空间。

这页幻灯片明确了学习本课程所需的先修知识和推荐的参考书籍。

• 高中代数：这是最基本的数学要求。教授特别指出，课程将学习的是布尔代数，它与我们熟悉的十进制代数在符号和运算法则上有所不同，但其背后处理变量、表达式和化简的思维方式是相通的。
• COMS 3203：这是哥大计算机科学系的一门课程，通常是“离散数学”（Discrete Mathematics）。离散数学课程中会系统地教授逻辑、集合论和布尔代数，这正是本课程第一部分所需的数学基础。这暗示了离散数学是本课程一门非常重要（甚至是隐含的）先修课。
• 高级编程语言：要求学生至少熟练掌握一门主流的编程语言，如C、Java或Python。
• 原因：这门课需要学生理解软件是如何被硬件执行的。如果学生不具备编程经验，就无法理解变量、循环、函数调用等高级概念，也就无法体会这些概念是如何被翻译成底层机器 指令的。
• “而不是汇编语言”：教授明确指出，他不要求学生在学这门课之前就懂汇编。
• 汇编语言知识非常有帮助，但并非必需：这是一个补充说明。
• 有帮助：如果学生之前在其他课程中接触过任何一种汇编语言（如x86），那么他们对寄存器、内存 地址、指令等概念会有一个先验的理解，学习MIPS汇编会更快。
• 并非必需：教授承诺会在课程中从零开始教授 MIPS 汇编，所以没有汇编基础的学生也不用担心，只要跟着课程进度学习即可。

• 推荐购买的教科书：教授列出了两本经典的、广受好评的教科书。
• 《逻辑与计算机设计基础》 by Mano：这本书通常被认为是数字 逻辑 设计领域的“圣经”之一。它非常详细地讲解了本课程第一部分的内容，从布尔代数、逻辑门到组合逻辑和时序逻辑电路的设计。
• 《计算机组织与设计：硬件/软件接口》 by Patterson & Hennessy：这本书，常被称为“P&H”，是计算机 架构领域的另一本“圣经”。它以硬件/软件接口为切入点，系统地讲解了指令集、处理器设计、流水线、内存 层次结构等。这本书的特点是使用了MIPS作为核心教学指令集，与本课程的选择一致。
• 您真的需要它们吗？在我看来不需要...：这是教授给出的一个非常坦诚和个人化的建议。
• “在我看来不需要”：他认为，他提供的讲义和幻灯片已经足够全面，足以覆盖课程的所有核心内容。他不希望学生因为经济原因而感到必须购买昂贵的教科书。
• “但有些学生觉得它们有帮助”：他也承认，不同的学生有不同的学习习惯。对于那些喜欢通过阅读系统性的文字来深入理解、或者需要更多练习题的学生来说，这两本教科书是非常有价值的补充资源。

这页幻灯片说明了课程讲义的提供方式、形式以及正确的使用方法。

• 讲义将在Courseworks上提供（来自往年）：
• 提供方式：所有的讲义都可以在 Courseworks 平台上找到。
• （来自往年）：教授很可能会在学期初，就把往年使用过的所有讲义一次性上传。这意味着学生可以提前预习。这也暗示了课程内容是相对稳定的，每年的核心知识点变化不大。
• 我本学期将使用幻灯片，偶尔会在白板上书写以进行澄清：
• 主要形式：讲座将以播放幻灯片（Slides）为主。
• 辅助形式：当遇到特别复杂或需要动态推导的概念时，教授会使用白板进行手写讲解和画图。这通常是课程的精华部分，因为这是静态幻灯片无法替代的互动和即时解释。
• 登录Courseworks后，点击“Files”：为学生提供了清晰的操作路径，告诉他们去哪里下载讲义。
• 有非常多的幻灯片：提醒学生课程的材料非常丰富，信息量很大。
• 许多动画/视觉效果：教授指出他的幻灯片包含很多动态效果。这意味着，仅仅打印出静态的PDF文件，可能会丢失很多重要的信息。这些动画通常用于分步展示一个电路的工作过程或数据的流动路径。
• 它们是为讲座创建的，而不是您的“死记硬背”指南：这是本页幻灯片最核心的警告和建议，用粗体突出显示。
• 为讲座创建：幻灯片的设计初衷是为了配合教授的口头讲解。很多幻灯片可能只有一张图或几个关键词，真正的内涵和逻辑关系需要通过听讲来理解。
• 不是“死记硬背”指南：警告学生不要把幻灯片当作可以脱离讲座独立学习的“学习指南”或“教科书”。如果仅仅是下载幻-灯片然后试图背诵，效果会非常差。这强调了“来上课”或“认真看录播”的重要性。

这页幻灯片清晰地阐述了课程中三个核心教学环节——讲座、作业和考试——之间的逻辑关系和各自扮演的角色，旨在帮助学生理解课程的教学设计哲学。

• 家庭作业的特点：教授承认作业可能“繁琐”或“有挑战性”。
• 原因：作业需要覆盖不同水平的学生，所以会包含基础巩固题、中等难度应用题和少量拔高题。
• 每个问题都有其目的：强调了作业设计的用心，没有一道题是无的放矢的。
• 考试的特点：
• 难度定位：考试题目难度约等于作业中的“中等难度”题。这意味着考试不会像作业中的难题那么刁钻，但也不会是简单的送分题。
• 评估目标：考试的目的是评估“掌握程度”（mastery）。100分是为那些不仅理解，而且能灵活运用知识的学生准备的。教授明确表示，不是每个人都被期望拿满分，这有助于降低学生的完美主义压力。
• 部分学分：教授承诺会“慷慨地”给予部分学分，鼓励学生即使不会做完，也要写下自己的思路和尝试，因为过程也会被认可。
• 成功的策略：
• 做家庭作业：直接点明了作业和考试的强关联。认真做作业是备考的最佳途径。
• 参加答疑时间：再次强调了答疑时间的两大好处：
• 减轻考试失误的“痛苦”：通过P学分这个“安全网”，一次考试失手不会是毁灭性的。
• 更好地了解你的理解程度：在答疑时间的互动中，助教能更真实地评估一个学生的努力和理解水平，这可能会在某些边缘情况下（如决定最终等级时）起到积极作用。

这部分用非常简洁的语言，定义了三者之间的“教-学-评”闭环。

• 讲座解释概念 (Lecture explains concepts)：讲座是知识输入阶段。教授在课堂上传授理论、原理和基本方法。这是“学知识”。
• 家庭作业是您运用...概念的地方 (Homework applies concepts)：作业是知识内化和应用阶段。学生需要独立地将课堂上学到的抽象概念，应用到解决具体问题上。这是“用知识”。
• 考试是您展示...掌握程度的地方 (Exam demonstrates mastery)：考试是知识输出和评估阶段。学生需要在有压力的环境下，展示自己已经将概念融会贯通，能够灵活、准确地解决问题。这是“证知识”。
• ...看不到...联系：它确实存在！：教授以一句略带感慨的总结收尾。他指出，有些学生孤立地看待这三件事，觉得讲座听不懂，作业不会做，考试考不好，但看不到这三者是一个环环相扣的有机整体。他强调这个联系是真实存在的，鼓励学生去理解并遵循这个教学逻辑。

这页幻灯片使用一个非常简单的小学数学类比，来极其生动和深刻地解释上一页提出的“讲座-作业-考试”三位一体的教学理念。

• 一个学习类比：标题表明这是一个比喻。
• 讲座：教授如何计算两个三位数的差
• 例子：149-122, 381-226, 307-199。这些例子涵盖了不借位、借一位、连续借位等所有基本情况。
• 核心：讲座传授的是基本的“减法运算法则”，即“对齐、从右到左、逐位相减、不够就向上位借一当十”。
• “您已经拥有所需的所有工具”：教授假设学生已经掌握了更基础的工具，比如个位数的减法和数的概念。
• 家庭作业：计算两个五位数的差
• 例子：30403 - 22785。
• 核心：这个问题在本质上与三位数减法完全相同，使用的还是讲座教的同一套“运算法则”。但是，它的位数更多，计算更“繁琐”，需要更多的步骤和更高的精确性。
• “将工具应用到更广的范围，而不仅仅是简单地复述”：这明确了作业的目的。作业不是让你背诵“149-122=27”，而是检验你是否真正理解了那个通用的“减法法则”，并能将其应用到一个更复杂、但同质的问题上。
• 考试：展示如何计算 29468 - 31232？
• 例子：计算一个小数减去一个大数。
• 核心：这个问题引入了一个“变化”。直接套用从右到左的减法法则会发现不够减。
• “跳出框框”思考：要解决这个问题，学生需要：

1. 识别出这是一个小数减大数的情况。
2. 转化问题：将其转化为 -(31232 - 29468)。
3. 应用已学工具：计算括号内的大数减小数。
4. 添加负号得到最终答案。
   • “更深入、更基本的理解”：能做出这个转化，表明学生不只是一个机械执行减法算法的“计算机”，而是真正理解了“减法”和“负数”的数学本质。这正是“掌握”（mastery）的体现。

这页幻灯片阐明了关于讲座出勤、录播政策以及学生在错过课程后应承担的责任。

• 讲座出勤不强制，但是…：教授首先表明，他不会通过点名来强制学生来上课。然而，“但是…”这个词强烈暗示了不来上课会有一系列负面后果。
• Zoom：...提供录音，否则录音将停止…：这是一个非常重要的“激励”政策。
• 提供录音：教授会为讲座提供录音（通过Zoom或其他平台），这为因故无法上课的学生提供了便利。
• 有条件的提供：录音的提供是有条件的——即“只要我认为课堂上的学生人数足够”。这是一个软性的威胁。如果来现场上课的人数太少，教授会停止提供录音。
• 目的：这个政策的目的是为了鼓励学生来现场上课。教授认为现场教学的互动性和效果是录播无法替代的。他通过将“录播”作为一种奖励而不是理所当然的权利，来激励学生保持课堂的活跃度。
• 录音无法直播观看：明确指出，Zoom链接只用于录制，学生不能通过它来实时远程上课。如果尝试加入，只会被放入“等候室”（Waiting Room）。
• 材料是累积的...错过一节课，下一节课可能会令人困惑：强调了课程知识的连续性和依赖性。这门课不像某些文科课程，可以独立地学习每个章节。计算机 架构的知识是层层递进的，错过了关于组合逻辑的课，你就不可能听懂时序逻辑；错过了处理器的数据通路，你就不可能理解控制单元。
• 找出您错过了什么是您的责任：明确了学生在错过课程后需要自己承担的责任。
• 不要问教授或助教：“我上节课错过了，你们讲了什么？” 这样的问题被视为不专业和懒惰的表现，会被直接拒绝。
• 请尽量减少在EdStem上提问：同样，在公共论坛上问这类问题也是不被允许的。
• 找一两个“班级伙伴”（现在）——问他们：教授给出了解决这个问题的正确途径——建立同学间的互助网络。他鼓励学生现在（在学期初）就主动结识一两位同学，形成“学习小组”或“伙伴系统”。当错过课时，应该先向伙伴求助，索要笔记，讨论错过的知识点。

这页幻灯片以非常严肃和直接的口吻，阐明了关于错过考试的极其严格的政策。

• 您需要一个非常好的理由：开宗明义，缺考不是一件小事，必须有非常严重且可证实的理由。
• 例子：教授列举了两种可被接受的理由：
• 有医生证明的疾病：需要官方的医疗文件来证明你在考试期间确实因病无法参加。
• 家庭紧急情况：例如近亲的亡故等重大变故。
• 如果您不能参加常规考试，我将给您进行一对一的口头考试：这是本政策的核心，也是最具威慑力的部分。教授明确了补考的形式不是传统的笔试，而是一对一的口试。
• 一对一口头考试 (Oral Exam)：由教授本人亲自主持，学生需要当面回答教授提出的问题，并可能需要在白板上进行推导和设计。
• 这很可怕（对您而言）：教授非常直白地表达了口试的心理压力。学生将没有时间去“慢慢想”，必须在教授的注视下，实时地、有条理地展示自己的知识和思维过程。任何一点不确定或错误都会被立刻发现。
• 比笔试更难：口试通常要求对知识有更深、更灵活的理解。教授可以针对你的回答进行追问，深入挖掘你理解的薄弱环节。你无法像在笔试中那样，通过蒙对选择题或写下一些相关公式来侥幸得分。
• 评分也更不宽容（没有部分学分）：在笔试中，即使答案错了，只要过程部分正确，也能得到一些部分学分。在口试中，一个问题的回答通常只有“对”或“错”，很难有中间地带。答错了，教授可能就直接进入下一个问题了。
• 底线：不要错过考试！：用粗体和感叹号给出了最最终的、斩钉截铁的结论。这句话总结了前面所有威慑性描述的目的——就是让学生尽一切可能避免缺考。

这是第0讲的结尾部分，教授给出了一些最后的、恳切的忠告，并重申了本周最重要的待办事项。

这部分是教授作为一名“过来人”和教育者的肺腑之言。

• 来听课！：最直接的建议。
• 我上过课：亲自到场总是最好的：教授分享自己的亲身经历，以一个学习者的身份，而不是一个教授的身份，来告诉学生现场学习的价值。这拉近了与学生的距离，使建议更具说服力。
• 如果开始落后，就更难赶上：再次强调了课程知识的累积性。
• 帮助提高您的成绩：给出了两条除了学习本身之外的、提升成绩的“软技能”。
• 去答疑时间：再次强调。并用“不要害羞”来打消学生的心理障碍，用“您的学费支付了这些”来从经济角度提醒学生，这是他们应得的权利和资源，不利用就是一种浪费。
• 参与课堂：鼓励学生在课堂上积极提问和互动。这不仅能帮助自己加深理解，也能给教授留下良好印象。

这部分转向了学术诚信和行为准则，语气非常严肃。

• 不要作弊：最严厉的警告。
• 从道德层面：教授从多个角度阐述了为什么作弊是错误的——它在道德上是错误的，对遵守规则的同学不公平，最终也欺骗了自己，损害了自己受教育的真正目的。
• 后果1：官方通报：明确表示，任何可疑的作弊行为都会被上报给学校的管理机构（教务处或学生行为办公室），这将进入学生的官方档案。
• 后果2：课程内处罚：教授保留在课程层面进行处罚的权利，处罚可以严重到直接给予不及格（F）的成绩，无论之前的考试分数如何。
• 保持尊重：提醒学生在与教学团队沟通时，应保持基本的礼貌和尊重。这暗示了过去可能出现过学生因压力大而发送不礼貌邮件的情况。

• 这部分完全重复了本讲座开头（第4页）的待办事项清单。
• 目的：在讲座的最后，再次将最重要、最有时效性的任务清晰地呈现给学生，确保他们在离开教室时，脑子里最清楚的就是“我这周需要做什么”。这是一种非常有效的教学技巧，通过重复来强化关键信息，降低学生因遗忘而错过截止日期的风险。