فلش‌کارت‌های آموزشی مقدمه‌ای بر محاسبات در طراحی سیستم‌های انرژی

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره مقدمه‌ای بر محاسبات در طراحی سیستم‌های انرژی

موضوع کلی: برنامه نویسی

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

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مقدمه: چرا محاسبات سطح بالا در سیستم‌های انرژی؟
• 2. مروری بر معماری کامپیوترهای مدرن
• 3. واحدهای پردازش مرکزی (CPU) و سلسله مراتب حافظه
• 4. آشنایی با سیستم‌عامل لینوکس و خط فرمان
• 5. مدیریت فایل‌ها و دایرکتوری‌ها در لینوکس
• 6. مبانی برنامه‌نویسی با پایتون برای محاسبات علمی
• 7. کتابخانه‌های کلیدی پایتون: NumPy و SciPy
• 8. مقدمه‌ای بر زبان‌های کامپایلری: C++ و Fortran
• 9. مفاهیم متغیرها، انواع داده و عملگرها
• 10. ساختارهای کنترل جریان: شرط‌ها و حلقه‌ها
• 11. توابع و ماژول‌ها در برنامه‌نویسی
• 12. مدیریت کد با گیت و گیت‌هاب
• 13. نصب و مدیریت نرم‌افزارها و کتابخانه‌ها
• 14. نوشتن و اجرای اولین برنامه محاسباتی
• 15. آشنایی با محیط‌های توسعه یکپارچه (IDE) و ویرایشگرهای کد
• 16. مفاهیم کامپایل و لینک کردن کد
• 17. خواندن و نوشتن فایل‌های متنی و باینری
• 18. اصول اولیه مصورسازی داده‌ها با Matplotlib
• 19. محاسبات ممیز شناور و خطاهای عددی
• 20. جبر خطی عددی: حل دستگاه معادلات خطی
• 21. مقادیر ویژه و بردارهای ویژه
• 22. درونیابی و برازش منحنی
• 23. انتگرال‌گیری عددی
• 24. حل عددی معادلات دیفرانسیل معمولی (ODEs)
• 25. حل عددی معادلات دیفرانسیل با مشتقات جزئی (PDEs)
• 26. روش‌های تفاضل محدود (Finite Difference Method)
• 27. روش‌های حجم محدود (Finite Volume Method)
• 28. روش‌های اجزای محدود (Finite Element Method)
• 29. روش‌های مونت کارلو
• 30. الگوریتم‌های بهینه‌سازی: گرادیان کاهشی
• 31. الگوریتم‌های جستجو و مرتب‌سازی
• 32. ساختارهای داده کلیدی: آرایه‌ها، لیست‌ها و دیکشنری‌ها
• 33. پیچیدگی محاسباتی و نماد O بزرگ
• 34. مبانی نظری محاسبات موازی
• 35. قانون آمدال و قانون گوستافسون
• 36. طبقه‌بندی فلین: SISD, SIMD, MISD, MIMD
• 37. مدل‌های حافظه: حافظه اشتراکی و حافظه توزیع‌شده
• 38. مفهوم فرآیند (Process) و ریسه (Thread)
• 39. ارتباطات بین فرآیندی (Inter-Process Communication - IPC)
• 40. همگام‌سازی و شرایط رقابتی (Synchronization and Race Conditions)
• 41. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی با حافظه اشتراکی
• 42. آشنایی با OpenMP: دستورات (Directives) و مفاهیم اولیه
• 43. ایجاد ناحیه‌های موازی و مدیریت ریسه‌ها در OpenMP
• 44. حلقه‌های موازی و توزیع کار در OpenMP
• 45. همگام‌سازی در OpenMP: Critical, Atomic, Barrier
• 46. متغیرهای خصوصی و اشتراکی در OpenMP
• 47. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی با حافظه توزیع‌شده
• 48. آشنایی با MPI: مفاهیم اولیه و راه‌اندازی
• 49. ارتباطات نقطه به نقطه در MPI: Send و Recv
• 50. ارتباطات جمعی در MPI: Broadcast, Scatter, Gather
• 51. عملیات کاهشی (Reduction) در MPI
• 52. توپولوژی‌های مجازی و کارتزین در MPI
• 53. ورودی/خروجی موازی با MPI-IO
• 54. آشنایی با معماری GPU و محاسبات شتاب‌داده‌شده
• 55. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی با CUDA
• 56. مفاهیم کرنل، بلاک و گرید در CUDA
• 57. مدیریت حافظه در CUDA: حافظه هاست و دستگاه
• 58. الگوهای بهینه‌سازی در CUDA
• 59. مقدمه‌ای بر OpenACC
• 60. برنامه‌نویسی هیبریدی: ترکیب MPI و OpenMP
• 61. چالش‌های برنامه‌نویسی هیبریدی و تعادل بار
• 62. مدل‌های برنامه‌نویسی موازی مبتنی بر وظیفه
• 63. کتابخانه‌های علمی موازی: ScaLAPACK, PETSc
• 64. پروفایل‌سنجی و اشکال‌زدایی برنامه‌های موازی
• 65. تکنیک‌های تعادل بار استاتیک و دینامیک
• 66. کار با کلاسترهای محاسباتی و ابرکامپیوترها
• 67. سیستم‌های فایل موازی: Lustre, GPFS
• 68. زمان‌بندهای کار (Job Schedulers): SLURM و PBS
• 69. نوشتن اسکریپت‌های ارسال کار
• 70. کامپایلرهای بهینه‌ساز: GCC, Intel Compilers
• 71. استفاده از فلگ‌های کامپایلر برای بهینه‌سازی
• 72. سیستم‌های ساخت خودکار: Makefile و CMake
• 73. اشکال‌زدایی سریال و موازی: GDB, TotalView/DDT
• 74. ابزارهای پروفایل‌سنجی عملکرد: gprof, Valgrind
• 75. پروفایل‌سنجی پیشرفته: Intel VTune, Score-P/Vampir
• 76. مدیریت وابستگی‌ها و محیط‌های نرم‌افزاری با Modules/Spack
• 77. کانتینرسازی برای محاسبات علمی: Docker و Singularity/Apptainer
• 78. فرمت‌های داده علمی: HDF5 و NetCDF
• 79. ابزارهای مصورسازی داده‌های بزرگ: ParaView و VisIt
• 80. اصول بهینه‌سازی ورودی/خروجی (I/O) در HPC
• 81. کاربرد HPC در دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)
• 82. شبیه‌سازی جریان در توربین‌های بادی و آبی
• 83. مدل‌سازی احتراق در موتورها و نیروگاه‌ها
• 84. کاربرد HPC در تحلیل اجزای محدود (FEA)
• 85. تحلیل تنش و خستگی در سازه‌های انرژی
• 86. شبیه‌سازی انتقال حرارت در مبدل‌های حرارتی و راکتورها
• 87. مدل‌سازی سیستم‌های فتوولتائیک و سلول‌های خورشیدی
• 88. شبیه‌سازی دینامیک مولکولی برای مواد جدید
• 89. طراحی باتری‌ها و سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی
• 90. مدل‌سازی و بهینه‌سازی شبکه‌های برق هوشمند
• 91. محاسبات در اکتشاف و استخراج نفت و گاز
• 92. شبیه‌سازی مخازن زمین‌گرمایی
• 93. ارزیابی چرخه حیات (LCA) و تحلیل پایداری با محاسبات
• 94. یادگیری ماشین و هوش مصنوعی در پیش‌بینی تقاضای انرژی
• 95. استفاده از شبکه‌های عصبی برای مدل‌های جایگزین (Surrogate Modeling)
• 96. عدم قطعیت و تحلیل حساسیت در مدل‌های انرژی
• 97. مطالعه موردی ۱: شبیه‌سازی یک پره توربین بادی با OpenFOAM
• 98. مطالعه موردی ۲: بهینه‌سازی عملکرد یک شبکه برق کوچک با MPI
• 99. مطالعه موردی ۳: شبیه‌سازی ماده کاتد باتری با LAMMPS روی GPU
• 100. آینده محاسبات سطح بالا در صنعت انرژی و چالش‌های پیش رو