فلش‌کارت‌های آموزشی مقدمه‌ای بر محاسبات در پردازش سنسورها

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره مقدمه‌ای بر محاسبات در پردازش سنسورها

موضوع کلی: برنامه نویسی

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

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. معرفی دوره: محاسبات در پردازش سنسورها
• 2. اهمیت سنسورها در دنیای مدرن
• 3. نقش محاسبات در استخراج اطلاعات از سنسورها
• 4. چرا به محاسبات سطح بالا (HPC) نیاز داریم؟
• 5. مقدمه‌ای بر معماری‌های کامپیوتری مرتبط با HPC
• 6. انواع سنسورها: مروری کلی
• 7. داده‌های سنسور: ویژگی‌ها و چالش‌ها
• 8. مفاهیم اولیه سیگنال‌های آنالوگ و دیجیتال
• 9. نمونه‌برداری (Sampling) و کوانتیزاسیون (Quantization)
• 10. خطاهای سنسور و منابع نویز
• 11. معیارهای اولیه عملکرد سیستم‌های محاسباتی
• 12. بررسی پهنای باند و تاخیر (Latency)
• 13. مفهوم گلوگاه‌ها (Bottlenecks) در عملکرد
• 14. نگاهی به مسیر پردازش داده سنسور
• 15. چالش‌های زمان واقعی (Real-time) در پردازش سنسورها
• 16. معماری پردازنده‌های مرکزی (CPU) و هسته‌ها
• 17. سلسله‌مراتب حافظه (Memory Hierarchy): Cache
• 18. Cache Coherence و False Sharing
• 19. حافظه اصلی (RAM) و پهنای باند آن
• 20. دسترسی به حافظه (Memory Access Patterns)
• 21. مفهوم دستورالعمل‌گرایی موازی (Instruction-Level Parallelism - ILP)
• 22. واحد‌های برداری (Vector Units) و SIMD
• 23. آشنایی با GPU: معماری و تفاوت با CPU
• 24. پردازنده‌های گرافیکی (GPUs) به عنوان شتاب‌دهنده‌ها
• 25. معرفی FPGAs و کاربرد آن‌ها
• 26. سیستم‌های روی تراشه (SoC) برای لبه (Edge)
• 27. ارتباط داخلی اجزای سخت‌افزاری (Bus Architectures)
• 28. مدیریت توان در سیستم‌های با عملکرد بالا
• 29. حافظه‌های غیرفرار (Non-Volatile Memory) برای سنسورها
• 30. معرفی معماری‌های ناهمگن (Heterogeneous Computing)
• 31. مفهوم موازی‌سازی (Parallelism)
• 32. تفاوت همزمانی (Concurrency) و موازی‌سازی
• 33. مدل‌های برنامه‌نویسی موازی
• 34. سیستم‌های حافظه مشترک (Shared Memory Systems)
• 35. ریسه‌ها (Threads) و فرآیندها (Processes)
• 36. معرفی OpenMP برای برنامه‌نویسی حافظه مشترک
• 37. دستورالعمل‌های اصلی OpenMP (#pragma omp)
• 38. موازی‌سازی حلقه‌ها با OpenMP
• 39. بخش‌های موازی و وظایف (Tasks) در OpenMP
• 40. متغیرهای مشترک و خصوصی در OpenMP
• 41. همگام‌سازی (Synchronization): Mutexها و Locks
• 42. Race Conditions و Deadlocks
• 43. مفهوم کاهش (Reduction) در برنامه‌نویسی موازی
• 44. قانون آمدال (Amdahl's Law) و قانون گاستافسون (Gustafson's Law)
• 45. ارزیابی شتاب (Speedup) و کارایی (Efficiency)
• 46. معرفی MPI برای برنامه‌نویسی حافظه توزیع شده (مقدماتی)
• 47. مفاهیم اولیه: Rank, Communicator در MPI
• 48. ارسال و دریافت پیام در MPI (Send/Receive)
• 49. عملیات جمعی (Collective Operations) در MPI
• 50. برنامه‌نویسی برای ارتباطات بین فرآیندی (Inter-Process Communication)
• 51. معرفی برنامه‌نویسی GPU با CUDA
• 52. معماری CUDA: Host و Device
• 53. مفاهیم Kernels و Grid/Block/Thread Hierarchy
• 54. انواع حافظه در GPU: Global, Shared, Registers, Constant
• 55. مدیریت حافظه در CUDA: تخصیص و انتقال داده
• 56. بهینه‌سازی دسترسی به حافظه در GPU (Memory Coalescing)
• 57. معرفی Shared Memory برای افزایش کارایی
• 58. موازی‌سازی جریان داده (Stream Parallelism) در CUDA
• 59. خطایابی و پروفایل‌کردن کد CUDA
• 60. معرفی OpenCL به عنوان یک استاندارد باز
• 61. ساختار OpenCL: Platform, Device, Context, Command Queue
• 62. برنامه‌نویسی هسته (Kernel Programming) در OpenCL
• 63. مقایسه CUDA و OpenCL
• 64. کاربرد GPU در پردازش سیگنال‌های حجیم
• 65. ماتریس‌سازی داده‌های سنسور برای پردازش GPU
• 66. استفاده از کتابخانه‌های GPU-Accelerated (مانند cuBLAS, cuFFT)
• 67. پردازش تصویر پایه با GPU برای سنسورهای بینایی
• 68. اعمال فیلترها روی GPU برای داده‌های سنسور
• 69. کاهش مصرف انرژی در GPU برای کاربردهای Edge
• 70. چالش‌های برنامه‌نویسی GPU برای سیستم‌های Embedded
• 71. پیش‌پردازش داده‌های سنسور: حذف نویز و فیلترینگ
• 72. فیلترهای پاسخ ضربه محدود (FIR) و موازی‌سازی آن‌ها
• 73. فیلترهای پاسخ ضربه نامحدود (IIR) و ملاحظات HPC
• 74. تبدیل فوریه سریع (FFT) برای تحلیل فرکانس داده‌های سنسور
• 75. پیاده‌سازی موازی FFT با OpenMP و CUDA
• 76. تشخیص ویژگی (Feature Extraction) از داده‌های سنسور
• 77. تکنیک‌های کاهش ابعاد (Dimensionality Reduction)
• 78. فیلتر کالمن (Kalman Filter) برای تخمین حالت
• 79. پیاده‌سازی موازی فیلتر کالمن
• 80. الگوریتم‌های ردیابی (Tracking) و بهینه‌سازی آن‌ها
• 81. الگوریتم‌های دسته‌بندی (Classification) برای داده‌های سنسور
• 82. معرفی مختصر یادگیری ماشین برای پردازش سنسورها
• 83. استنتاج مدل‌های یادگیری ماشین (ML Inference) روی Edge و HPC
• 84. ادغام سنسورها (Sensor Fusion) و چالش‌های محاسباتی
• 85. فشرده‌سازی داده‌های سنسور برای انتقال و ذخیره‌سازی کارآمد
• 86. کتابخانه‌های عددی با عملکرد بالا (BLAS, LAPACK)
• 87. استفاده از Eigen برای محاسبات ماتریسی
• 88. کتابخانه OpenCV برای پردازش تصویر و بینایی ماشین
• 89. کتابخانه‌های مخصوص پردازش سیگنال (مثلاً SciPy)
• 90. پروفایل‌کننده‌ها (Profilers) برای شناسایی گلوگاه‌ها
• 91. ابزارهای خطایابی برای کدهای موازی
• 92. مطالعه موردی: پردازش داده‌های LiDAR در وسایل نقلیه خودران
• 93. مطالعه موردی: نظارت بر سلامت سازه با سنسورها و HPC
• 94. مطالعه موردی: سنسورهای پوشیدنی و تحلیل داده‌های زیستی
• 95. مطالعه موردی: پردازش سنسورهای صوتی برای تشخیص الگو
• 96. امنیت و حریم خصوصی در پردازش داده‌های سنسور
• 97. سیستم‌های محاسباتی لبه (Edge Computing) برای سنسورها
• 98. آینده محاسبات در پردازش سنسورها
• 99. مروری بر چالش‌ها و روندهای نوظهور
• 100. جمع‌بندی دوره و منابع برای ادامه یادگیری