دوره صفر تا صد برنامه‌نویسی بلادرنگ: ساخت سیستم‌های پاسخگو و کارا همراه با فلش‌کارت آموزشی — ارائه روی فلش مموری

📚 کتاب آموزشی جامع

📚 اطلاعات کتاب

عنوان کتاب: کتاب صفر تا صد برنامه‌نویسی بلادرنگ: ساخت سیستم‌های پاسخگو و کارا

موضوع کلی: معماری و طراحی سیستم‌های بلادرنگ

موضوع میانی: برنامه‌نویسی و پیاده‌سازی سیستم‌های بلادرنگ

📋 سرفصل‌های کتاب (100 موضوع)

• 1. مقدمه‌ای بر سیستم‌های بلادرنگ
• 2. تاریخچه و کاربردهای سیستم‌های بلادرنگ
• 3. مفاهیم کلیدی: دترمینیسم، پیش‌بینی‌پذیری و زمان‌بندی
• 4. تفاوت سیستم‌های بلادرنگ با سیستم‌های معمولی
• 5. طبقه‌بندی سیستم‌های بلادرنگ: سخت، نرم و سفت
• 6. قیود زمانی: مهلت (Deadline)، جیتر (Jitter) و تأخیر (Latency)
• 7. معماری کامپیوتر برای سیستم‌های بلادرنگ
• 8. نقش سخت‌افزار: پردازنده، حافظه و تایمرها
• 9. معرفی چرخه‌ی عمر توسعه سیستم‌های بلادرنگ
• 10. زبان‌های برنامه‌نویسی برای سیستم‌های بلادرنگ: C، C++ و Ada
• 11. مفهوم وظیفه (Task) و فرآیند (Process)
• 12. مدل‌های وظیفه: متناوب، نامتناوب و پراکنده
• 13. چرخه‌ی حیات یک وظیفه: ایجاد، آماده، اجرا، مسدود، خاتمه
• 14. ساختار بلوک کنترل وظیفه (Task Control Block - TCB)
• 15. مفهوم هم‌روندی (Concurrency) و موازی‌سازی (Parallelism)
• 16. مشکلات هم‌روندی: شرایط رقابتی (Race Conditions)
• 17. بخش‌های بحرانی (Critical Sections) و نیاز به انحصار متقابل (Mutual Exclusion)
• 18. روش‌های ساده انحصار متقابل: غیرفعال کردن وقفه‌ها
• 19. مقدمه‌ای بر سمافورها (Semaphores)
• 20. سمافورهای باینری و شمارشی
• 21. پیاده‌سازی الگوریتم‌های انتظار و سیگنال (Wait & Signal)
• 22. میوتکس‌ها (Mutexes) و تفاوت آن با سمافور
• 23. مشکل بن‌بست (Deadlock): تعریف و شرایط وقوع
• 24. روش‌های پیشگیری و اجتناب از بن‌بست
• 25. الگوریتم بانکدار برای اجتناب از بن‌بست
• 26. مشکل گرسنگی (Starvation) و راه‌های مقابله
• 27. ارتباط بین وظیفه‌ها (Inter-Task Communication - ITC)
• 28. حافظه اشتراکی (Shared Memory) به عنوان روش ارتباطی
• 29. صف‌های پیام (Message Queues)
• 30. پیاده‌سازی الگوی تولیدکننده-مصرف‌کننده (Producer-Consumer Problem)
• 31. پیاده‌سازی الگوی خوانندگان-نویسندگان (Readers-Writers Problem)
• 32. همگام‌سازی وظایف با استفاده از رویدادها (Events)
• 33. متغیرهای شرطی (Condition Variables)
• 34. مبانی زمان‌بندی (Scheduling Fundamentals)
• 35. زمان‌بندی قابل قبضه (Preemptive) و غیرقابل قبضه (Non-preemptive)
• 36. معیارهای ارزیابی الگوریتم‌های زمان‌بندی
• 37. زمان‌بندی مبتنی بر اولویت ثابت (Fixed-Priority Scheduling)
• 38. الگوریتم زمان‌بندی نرخ یکنوا (Rate-Monotonic Scheduling - RMS)
• 39. تحلیل زمان‌بندی‌پذیری برای RMS: آزمون بهره‌وری پردازنده
• 40. الگوریتم زمان‌بندی مهلت یکنوا (Deadline-Monotonic Scheduling - DMS)
• 41. زمان‌بندی مبتنی بر اولویت پویا (Dynamic-Priority Scheduling)
• 42. الگوریتم اولین مهلت زودتر (Earliest Deadline First - EDF)
• 43. تحلیل زمان‌بندی‌پذیری برای EDF
• 44. مقایسه عملکرد و پیچیدگی الگوریتم‌های RMS و EDF
• 45. مشکل وارونگی اولویت (Priority Inversion)
• 46. پروتکل وراثت اولویت (Priority Inheritance Protocol - PIP)
• 47. پروتکل سقف اولویت (Priority Ceiling Protocol - PCP)
• 48. زمان‌بندی وظایف نامتناوب: سرورهای پس‌زمینه
• 49. سرورهای متناوب (Polling Servers)
• 50. سرورهای پراکنده (Sporadic Servers)
• 51. تحلیل پاسخ زمانی (Response Time Analysis - RTA)
• 52. سیستم‌عامل بلادرنگ (RTOS) چیست؟
• 53. معماری یک هسته بلادرنگ (RTOS Kernel)
• 54. مقایسه RTOS با سیستم‌عامل‌های عمومی (GPOS)
• 55. هسته‌های مونولیتیک و میکروکرنل‌ها در RTOS
• 56. مدیریت وظایف در یک RTOS
• 57. زمان‌بند (Scheduler) در هسته RTOS
• 58. مدیریت زمان و سرویس‌های تایمر در RTOS
• 59. مدیریت حافظه در RTOS: تخصیص استاتیک و دینامیک
• 60. سرویس‌های همگام‌سازی در RTOS (Mutex, Semaphore)
• 61. سرویس‌های ارتباطی در RTOS (Queues, Mailboxes)
• 62. مدیریت وقفه‌ها (Interrupt Handling) در RTOS
• 63. روال‌های سرویس وقفه (Interrupt Service Routines - ISRs)
• 64. تأخیر وقفه و تأخیر زمان‌بند
• 65. معرفی FreeRTOS به عنوان یک RTOS محبوب
• 66. پیکربندی و پورت کردن یک RTOS روی سخت‌افزار هدف
• 67. آشنایی با استانداردهای POSIX برای سیستم‌های بلادرنگ
• 68. انتخاب RTOS مناسب برای یک پروژه
• 69. برنامه‌نویسی سطح پایین و ارتباط با سخت‌افزار
• 70. حافظه نقشه‌شده ورودی/خروجی (Memory-Mapped I/O)
• 71. دسترسی مستقیم به حافظه (Direct Memory Access - DMA)
• 72. طراحی و پیاده‌سازی راه‌اندازهای دستگاه (Device Drivers)
• 73. کار با تایمرهای سخت‌افزاری برای ایجاد تأخیر دقیق
• 74. کنترل وقفه‌های سخت‌افزاری
• 75. ساعت‌های بلادرنگ (Real-Time Clocks - RTC)
• 76. کار با مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) و دیجیتال به آنالوگ (DAC)
• 77. پروتکل‌های ارتباطی سریال: UART, SPI, I2C
• 78. اصول طراحی نرم‌افزار بلادرنگ
• 79. الگوهای طراحی برای سیستم‌های بلادرنگ
• 80. استفاده از ماشین‌های حالت متناهی (Finite State Machines) در طراحی
• 81. مدل‌سازی سیستم‌های بلادرنگ با UML-RT
• 82. تحلیل بدترین زمان اجرا (Worst-Case Execution Time - WCET)
• 83. روش‌های استاتیک و دینامیک تحلیل WCET
• 84. تست و اعتبارسنجی سیستم‌های بلادرنگ
• 85. تکنیک‌های اشکال‌زدایی خاص سیستم‌های بلادرنگ
• 86. ابزارهای پروفایلینگ و تحلیل عملکرد سیستم
• 87. قابلیت اطمینان (Reliability) و دسترس‌پذیری (Availability)
• 88. تحمل خطا (Fault Tolerance) در سیستم‌های بلادرنگ
• 89. افزونگی (Redundancy) سخت‌افزاری و نرم‌افزاری
• 90. مکانیزم‌های سگ نگهبان (Watchdog Timers)
• 91. مدیریت خطا و استراتژی‌های بازیابی سیستم
• 92. ایمنی عملکردی (Functional Safety) و استانداردها (مانند ISO 26262)
• 93. زمان‌بندی در سیستم‌های چندپردازنده‌ای
• 94. چالش‌های همگام‌سازی در سیستم‌های چند هسته‌ای
• 95. سیستم‌های بلادرنگ توزیع‌شده
• 96. پروتکل‌های شبکه بلادرنگ (مانند CAN, TTP)
• 97. همگام‌سازی ساعت در سیستم‌های توزیع‌شده
• 98. امنیت در سیستم‌های بلادرنگ تعبیه‌شده
• 99. روندهای نوین: مجازی‌سازی در سیستم‌های بلادرنگ
• 100. جمع‌بندی دوره و پروژه نهایی: ساخت یک سیستم کنترل بلادرنگ