کتاب صوتی بهینه‌سازی الگوریتم‌های بلادرنگ

🎓 دوره آموزشی جامع

📚 اطلاعات دوره

عنوان دوره: دوره بهینه‌سازی الگوریتم‌های بلادرنگ

موضوع کلی: برنامه نویسی

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

📋 سرفصل‌های دوره

• 1. مقدمه‌ای بر برنامه‌نویسی با کارایی بالا (HPC)
• 2. اهمیت و چالش‌های سیستم‌های بلادرنگ (Real-time)
• 3. معیارهای کلیدی ارزیابی عملکرد (Performance Metrics)
• 4. مروری بر پیچیدگی زمانی و مکانی (Big O Notation)
• 5. ساختارهای داده کارآمد برای HPC
• 6. الگوریتم‌های پایه و تکنیک‌های طراحی
• 7. معماری سخت‌افزار: CPU، حافظه، کش
• 8. مقدمه‌ای بر معماری GPU و GPGPU
• 9. اصول سیستم‌عامل‌های بلادرنگ (RTOS)
• 10. زبان‌های برنامه‌نویسی برای HPC و Real-time (C/C++, Rust, Go)
• 11. روش‌های بنچمارکینگ و تست عملکرد
• 12. ابزارهای پروفایلینگ کد (Gprof, Valgrind, Perf)
• 13. شناسایی گلوگاه‌های عملکردی
• 14. تحلیل تأثیر سلسله مراتب حافظه
• 15. بهینه‌سازی دسترسی به حافظه و الگوهای داده
• 16. تأثیر خطای پیش‌بینی شاخه (Branch Prediction)
• 17. مفهوم خط لوله (Pipelining) در CPU
• 18. تأخیر (Latency) و توان عملیاتی (Throughput)
• 19. اثر همگام‌سازی کش (Cache Coherency)
• 20. اندازه‌گیری دقیق زمان با ابزارهای سیستم
• 21. بهینه‌سازی‌های کامپایلر: فلگ‌ها و گزینه‌ها
• 22. باز کردن حلقه‌ها (Loop Unrolling)
• 23. برداری‌سازی (Vectorization) و دستورالعمل‌های SIMD
• 24. هم‌ترازی داده‌ها (Data Alignment)
• 25. استفاده بهینه از حافظه نهان (Cache Optimization)
• 26. الگوریتم‌های مرتب‌سازی با کارایی بالا
• 27. الگوریتم‌های جستجوی بهینه
• 28. تبدیل‌های ریاضی سریع (Fast Fourier Transform - FFT)
• 29. استفاده از جداول جستجو (Lookup Tables)
• 30. دستکاری بیتی (Bit Manipulation) برای سرعت
• 31. حذف محاسبات تکراری
• 32. کاهش فراخوانی توابع (Function Call Overhead)
• 33. بهینه‌سازی ورودی/خروجی (I/O Optimization)
• 34. مدیریت منابع سیستم عامل برای کارایی
• 35. تقریب‌ها و الگوریتم‌های حدودی برای سرعت
• 36. مقدمه‌ای بر موازی‌سازی: داده و وظیفه
• 37. قانون آمدال (Amdahl's Law) و قانون گستافسون (Gustafson's Law)
• 38. طبقه‌بندی فلین (Flynn's Taxonomy)
• 39. معماری‌های حافظه مشترک و توزیع شده
• 40. مفاهیم فرآیند (Process) و ریسه (Thread)
• 41. شرایط رقابت (Race Conditions) و بن‌بست (Deadlocks)
• 42. همگام‌سازی: مفاهیم اولیه
• 43. هزینه‌های موازی‌سازی (Overhead)
• 44. تجزیه وظایف برای موازی‌سازی
• 45. طراحی الگوریتم‌های قابل موازی‌سازی
• 46. مقدمه‌ای بر OpenMP
• 47. نواحی موازی (Parallel Regions) در OpenMP
• 48. دستورالعمل‌های حلقه‌ها و بخش‌ها در OpenMP
• 49. همگام‌سازی در OpenMP: Critical, Atomic, Barrier
• 50. قفل‌ها (Locks) در OpenMP
• 51. مدیریت وظایف (Tasking) در OpenMP
• 52. متغیرهای خصوصی و مشترک در OpenMP
• 53. مقدمه‌ای بر Pthreads
• 54. ایجاد و مدیریت ریسه‌ها با Pthreads
• 55. قفل‌های Mutex در Pthreads
• 56. متغیرهای شرطی (Condition Variables) در Pthreads
• 57. سمافورها (Semaphores) در Pthreads
• 58. مدیریت خطا و پایان ریسه‌ها در Pthreads
• 59. پدیده‌ی به اشتراک‌گذاری غلط (False Sharing)
• 60. الگوهای طراحی برای موازی‌سازی حافظه مشترک
• 61. مقدمه‌ای بر MPI (Message Passing Interface)
• 62. توابع ارتباطی نقطه به نقطه (Send/Receive) در MPI
• 63. عملیات‌های جمعی (Collective Operations) در MPI: Broadcast
• 64. عملیات‌های جمعی در MPI: Reduce و Allreduce
• 65. عملیات‌های جمعی در MPI: Gather, Scatter و Allgather
• 66. ارتباطات غیرمسدودکننده (Non-blocking Communication) در MPI
• 67. گروه‌های ارتباطی و توپولوژی‌ها در MPI
• 68. انواع داده سفارشی در MPI
• 69. مدیریت خطا و تحمل‌پذیری در MPI
• 70. الگوهای طراحی برای موازی‌سازی حافظه توزیع شده
• 71. مقدمه‌ای بر معماری GPU و GPGPU
• 72. مدل برنامه‌نویسی CUDA (Host, Device, Kernel)
• 73. ساختار ریسه‌ها، بلوک‌ها و گریدها در CUDA
• 74. سلسله مراتب حافظه GPU (Global, Shared, Local, Constant)
• 75. بهینه‌سازی دسترسی به حافظه در CUDA
• 76. همگام‌سازی و عملیات اتمیک در CUDA
• 77. Divergence و تأثیر آن بر عملکرد GPU
• 78. مقدمه‌ای بر OpenCL و مدل برنامه‌نویسی آن
• 79. مقایسه CUDA، OpenCL و SYCL
• 80. ابزارهای پروفایلینگ و دیباگینگ GPU
• 81. زمان‌بندی (Scheduling) در سیستم‌های بلادرنگ (EDF, Rate Monotonic)
• 82. مدیریت اولویت‌ها و معکوس شدن اولویت (Priority Inversion)
• 83. پاسخ‌دهی به وقفه (Interrupt Handling) و حداقل کردن تأخیر
• 84. مدیریت حافظه در سیستم‌های بلادرنگ (پیش‌تخصیص، Pools)
• 85. طراحی ساختارهای داده بلادرنگ
• 86. تحلیل بدترین حالت زمان اجرا (Worst-Case Execution Time - WCET)
• 87. حداقل کردن لرزش (Jitter) و بیشینه کردن پیش‌بینی‌پذیری
• 88. تأثیر جمع‌آوری زباله (Garbage Collection) بر بلادرنگ
• 89. تکنیک‌های تضمین پاسخگویی بلادرنگ
• 90. بررسی کیس‌های عملی سیستم‌های بلادرنگ
• 91. محاسبات ناهمگن (Heterogeneous Computing): ترکیب CPU/GPU/FPGA
• 92. استفاده از FPGAها برای شتاب‌دهی سخت‌افزاری
• 93. برنامه‌نویسی حافظه پایدار (Persistent Memory)
• 94. بهینه‌سازی برای مصرف انرژی در HPC
• 95. شبکه‌های با تأخیر کم (Low-latency Networking): InfiniBand, RDMA
• 96. الگوریتم‌های تقریبی و تصادفی برای بلادرنگ
• 97. پایداری عددی و دقت محاسبات
• 98. دیباگینگ و اعتبارسنجی سیستم‌های موازی و بلادرنگ
• 99. بررسی مطالعات موردی پیشرفته در بهینه‌سازی الگوریتم‌های بلادرنگ
• 100. روندهای آینده در HPC و محاسبات بلادرنگ