فلش‌کارت‌های آموزشی مقدمه‌ای بر محاسبات در مدل‌سازی سیستم‌ها

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره مقدمه‌ای بر محاسبات در مدل‌سازی سیستم‌ها

موضوع کلی: برنامه نویسی

موضوع میانی: محاسبات سطح بالا (High-Performance Computing)

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مقدمه‌ای بر مدل‌سازی سیستم‌ها
• 2. چرایی نیاز به مدل‌سازی: از توصیف تا پیش‌بینی
• 3. انواع مدل‌های سیستم: از تحلیلی تا شبیه‌سازی
• 4. مقدمه‌ای بر محاسبات و نقش آن در مدل‌سازی
• 5. چالش‌های محاسباتی در مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده
• 6. مقدمه‌ای بر محاسبات با کارایی بالا (HPC)
• 7. دلایل نیاز به HPC در علم و مهندسی
• 8. مفاهیم کلیدی HPC: سرعت، مقیاس‌پذیری، موازی‌سازی
• 9. تاریخچه و تکامل HPC
• 10. اکوسیستم HPC: سخت‌افزار، نرم‌افزار و کاربران
• 11. مروری بر زبان‌های برنامه‌نویسی رایج در HPC (پایتون/C++)
• 12. اصول برنامه‌نویسی بهینه برای کارایی
• 13. مدیریت حافظه در برنامه‌نویسی کارا
• 14. ساختارهای داده بنیادی و اهمیت آن‌ها در HPC
• 15. آرایه‌ها و ماتریس‌ها: ستون فقرات داده در مدل‌سازی
• 16. اشاره‌گرها و ارجاعات در C++ برای کنترل حافظه
• 17. توابع و زیربرنامه‌ها برای ماژولار کردن کد
• 18. مدیریت خطا و اشکال‌زدایی در کد HPC
• 19. استفاده از کتابخانه‌های استاندارد و مزایای آن‌ها
• 20. اصول نوشتن کد خوانا و قابل نگهداری
• 21. مبانی معماری کامپیوتر: CPU و حافظه
• 22. سلسله مراتب حافظه: ثبات‌ها، کش‌ها، RAM
• 23. اثر کش (Cache Locality) و بهینه‌سازی دسترسی به حافظه
• 24. پهنای باند حافظه و تأثیر آن بر کارایی
• 25. معماری پردازنده‌های چند هسته‌ای (Multi-core CPUs)
• 26. پردازش موازی در سطح دستورالعمل (ILP)
• 27. واحدهای پردازش برداری (SIMD/AVX)
• 28. مقدمه‌ای بر واحدهای پردازش گرافیکی (GPUs)
• 29. معماری داخلی GPU و هسته‌های CUDA/OpenCL
• 30. حافظه GPU: Global, Shared, Constant
• 31. مزایا و معایب GPU در محاسبات علمی
• 32. شبکه‌های اتصال داخلی (Interconnects) در خوشه‌ها
• 33. توپولوژی‌های شبکه: از گذرگاه تا توروس
• 34. سیستم‌های ذخیره‌سازی موازی (Parallel File Systems)
• 35. ورودی/خروجی (I/O) با کارایی بالا
• 36. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی موازی
• 37. مفاهیم موازی‌سازی: وظیفه و داده
• 38. قانون امدال (Amdahl's Law) و قانون گوستافسون (Gustafson's Law)
• 39. معماری‌های حافظه مشترک (Shared Memory Architectures)
• 40. OpenMP: مبانی و دستورالعمل‌ها
• 41. موازی‌سازی حلقه‌ها با OpenMP
• 42. همگام‌سازی و بخش‌های بحرانی در OpenMP
• 43. زمان‌بندی (Scheduling) در OpenMP
• 44. معماری‌های حافظه توزیع‌شده (Distributed Memory Architectures)
• 45. MPI: مبانی و توابع اولیه (MPI_Init, MPI_Finalize, MPI_Comm_rank, MPI_Comm_size)
• 46. ارتباطات نقطه‌به‌نقطه (Point-to-Point Communications) در MPI
• 47. ارتباطات جمعی (Collective Communications) در MPI (MPI_Bcast, MPI_Reduce)
• 48. انواع داده سفارشی در MPI
• 49. ارتباطات غیرهم‌زمان در MPI
• 50. برنامه‌نویسی ترکیبی MPI و OpenMP
• 51. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی GPU با CUDA
• 52. هسته‌ها و بلوک‌ها در CUDA
• 53. مدیریت حافظه در CUDA
• 54. بهینه‌سازی هسته‌های CUDA
• 55. OpenCL: یک جایگزین برای CUDA
• 56. Pthreads برای موازی‌سازی در لینوکس (مقدماتی)
• 57. مفاهیم موازی‌سازی داده (Data Parallelism)
• 58. مفاهیم موازی‌سازی وظیفه (Task Parallelism)
• 59. الگوهای طراحی موازی (Parallel Design Patterns)
• 60. اهمیت اندازه‌گیری و تحلیل عملکرد
• 61. معیارهای عملکرد: فلوپس، زمان، شتاب
• 62. ابزارهای پروفایلینگ: Gprof, Valgrind, Intel VTune
• 63. شناسایی گلوگاه‌های عملکرد (Bottlenecks)
• 64. بهینه‌سازی کامپایلر و پرچم‌های آن
• 65. بهینه‌سازی دسترسی به حافظه کش
• 66. برداری‌سازی (Vectorization) و استفاده از دستورالعمل‌های SIMD
• 67. حذف سربار (Overhead) در کد موازی
• 68. تعادل بار (Load Balancing) در سیستم‌های توزیع‌شده
• 69. کاهش ارتباطات در MPI
• 70. تکنیک‌های کاهش همگام‌سازی
• 71. بهینه‌سازی الگوریتم‌ها برای موازی‌سازی
• 72. استفاده از کتابخانه‌های بهینه‌شده (BLAS, LAPACK)
• 73. تحلیل مقیاس‌پذیری برنامه‌های موازی
• 74. گزارش‌دهی و تفسیر نتایج عملکرد
• 75. مقدمه‌ای بر روش‌های عددی در مدل‌سازی
• 76. حل دستگاه معادلات خطی: مستقیم و تکراری
• 77. تبدیل فوریه سریع (FFT) و کاربردهای آن
• 78. حل معادلات دیفرانسیل معمولی (ODEs)
• 79. حل معادلات دیفرانسیل جزئی (PDEs)
• 80. شبیه‌سازی مونت کارلو (Monte Carlo Simulation)
• 81. استفاده از کتابخانه‌های علمی در پایتون (NumPy, SciPy)
• 82. کتابخانه‌های HPC برای جبر خطی (BLAS, LAPACK, ScaLAPACK)
• 83. کتابخانه‌های حل‌کننده معادلات دیفرانسیل (PETSc, Trilinos)
• 84. کتابخانه‌های موازی برای تبدیل فوریه
• 85. مدیریت و زمان‌بندی کارها در خوشه‌ها (Slurm, PBS)
• 86. محیط‌های توسعه HPC: کامپایلرها، لینک‌کننده‌ها
• 87. سیستم‌های فایل موازی (Lustre, GPFS)
• 88. کانتینرهای نرم‌افزاری برای HPC (Docker, Singularity)
• 89. اشکال‌زدایی (Debugging) برنامه‌های موازی
• 90. نظارت بر منابع سیستم (Monitoring)
• 91. مجازی‌سازی در HPC: چالش‌ها و فرصت‌ها
• 92. امنیت در خوشه‌های HPC
• 93. مدیریت داده در محیط‌های HPC
• 94. اتوماسیون و اسکریپت‌نویسی برای وظایف HPC
• 95. شبیه‌سازی سیستم‌های فیزیکی (مثال: دینامیک سیالات محاسباتی CFD)
• 96. مدل‌سازی سیستم‌های زیستی (مثال: شبیه‌سازی پروتئین‌ها)
• 97. مدل‌سازی سیستم‌های اقتصادی و مالی
• 98. کاربرد HPC در علوم زمین و آب و هوا
• 99. کاربرد HPC در هوش مصنوعی و یادگیری عمیق (مقدماتی)
• 100. چالش‌ها و فرصت‌های HPC در مدل‌سازی سیستم‌های پیچیده