 |
Разработка моделирующего алгоритма и машинная реализация
|
|
|
|
Содержание
Введение
1. Основная часть
1.1 Постановка задачи
1.2 Структурная схема
1.3 Временная диаграмма
1.4 Q-схема
1.5 Разработка моделирующего алгоритма и машинная реализация
1.6 Блок-диаграмма
1.7 Математическое описание системы
1.8 Текст GPSS - программы
1.9 Проведение моделирования и анализ результатов
1.10 Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик
1.11 Возможные улучшения в работе системы
Заключение
Список литературы
Приложения
Приложение 1. Листинг программы
Приложение 2. Отчет программы
Введение
Основной задачей настоящей курсовой работы является написание программы, моделирующей работу вычислительного центра и возможные пути ее улучшения.
Современные вычислительные центры не всегда работают оптимизировано, что ведет к простоям оборудования, персонала и дополнительным затратам. Поэтому решение задачи оптимизации работы вычислительного центра является актуальной в наше время.
В настоящей курсовой работе рассматривается проблема моделирования процессов в Q-схемах - одном из важнейших, с точки зрения применения на практике, классов математических схем, разработанных для формализации процессов функционирования систем массового обслуживания (СМО) в теории массового обслуживания.
При написании курсовой работы были использованы следующие источники: книги Советова Б.Я., Яковлева С.А. "Моделирование систем: Учебник для вузов" и "Моделирование систем. Практикум", Шрайбер Т. Дж. "Краткое практическое руководство по GPSS", Королёв А.Г. "Моделирование систем средствами Object GPSS. Практический подход в примерах и задачах".
|
|
|
Основная часть
Постановка задачи
В ВЦ имеются три ЭВМ. Задания на обработку поступают с интервалом 20±5 мин в пункт приема. Здесь в течение 12±5 мин они регистрируются и сортируются оператором, после чего каждое задание поступает в одну из свободных ЭВМ. Продолжительность обработки задания на ЭВМ составляет 10±5 мин.
Смоделировать процесс функционирования ВЦ при обработке 100 заданий. Определить возможные места возникновения очередей и оценить их временные характеристики. Определить коэффициенты загрузки ЭВМ.
Структурная схема
Для описания описанных процессов, прежде всего, используют структурные схемы, которые отражают физические составляющие элементы системы для лучшего понимания её работы. Приведем структурную схему (рисунок 1).
Рисунок 1 - Структурная схема процесса функционирования ВЦ
Таким образом, в работе ВЦ возможны следующие ситуации:
. Нормальная работа ВЦ, когда задания поступают от оператора на ЭВМ;
2. Простой ВЦ, когда на ЭВМ не поступают заявки на обработку данных.
Временная диаграмма
При рассмотрении структурной схемы можно построить временную диаграмму (рисунок 2), более наглядно отображающую процесс функционирования системы.
t0=0
Рисунок 2 - Временная диаграмма процесса функционирования ВЦ
На временной диаграмме:
ось 1 - моменты прихода заданий в ВЦ;
оси 2 - поступление заданий к оператору;
ось 3,4,5 - поступление заданий на ЭВМ.
алгоритм моделирующий вычислительный центр
Данная временная диаграмма показывает практически все особые состояния, которые могут произойти в системе и которые необходимо учесть при построении моделирующего алгоритма.
Q-схема
Для изучения Q-схем используются два подхода: аналитический и имитационный. При аналитическом подходе подлежащая анализу схема описывается с помощью формул, отражающих зависимости между ее различными параметрами. Однако, следует отметить, что разработанные методы аналитического изучения Q-схем подходят далеко не для каждой конкретной системы, они пригодны лишь для систем общего типа. Поэтому при аналитическом изучении систем их необходимо упрощать до систем основных типов, что в последствии сказывается на результатах исследования. При имитационном подходе ставится эксперимент на машинной модели системы, которая предварительно реализуется на одном из созданных специально для этого языков имитационного моделирования. Так как описанные процессы являются процессами массового обслуживания, то для формализации задачи используем символику Q-схем.
|
|
|
В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q-схем, структурную схему данной СМО (рисунок 1) можно представить в виде, показанном на рисунке 3.
Рисунок 3 - Структурная схема функционирования СЦ в символике Q-схем
Источник И имитирует процесс поступления заданий в вычислительный центр. Задания поступают в накопитель Н1. Если на момент прихода задания накопитель окажется занят, то задание встает в очередь на обслуживании. После накопителя, задание поступает к оператору, где он их обрабатывает. Затем задание поступает на любое свободное ЭВМ. Обслуженные задания образуют выходной поток.
Необходимо отметить, что в исходной постановке данную задачу можно решить только методом имитационного моделирования. Для решения одним из аналитических методом, базирующихся на теории массового обслуживания, ее следует предварительно упростить, что, естественно, скажется на точности и достоверности полученных результатов.
После формализации задачи можно переходить к построению моделирующего алгоритма.
Моделирующий алгоритм должен адекватно отражать процесс функционирования системы и в то же время не создавать трудностей при машинной реализации модели. При этом моделирующий алгоритм должен отвечать следующим основным требованиям:
· обладать универсальностью относительно структуры, алгоритмов функционирования и параметров системы;
· обеспечивать одновременную и независимую работу необходимого числа элементов схемы;
|
|
|
· укладываться в приемлемые затраты ресурсов ЭВМ для реализации машинного эксперимента;
· проводить разбиение на автономные логические части;
· гарантировать выполнение рекуррентного правила - событие, происходящее в момент времени tk может моделироваться только после того, как промоделированы все события, произошедшие в момент времени tk-1< tk.
Разработка моделирующего алгоритма и машинная реализация
На втором этапе моделирования системы математическая модель воплощается в конкретную машинную модель Мм. Второй этап моделирования представляет собой практическую деятельность, направленную на реализацию идей и математических схем в виде машинной модели, ориентированной на использование конкретных программно-технических средств (в данной курсовой работе - это GPSS и средства ПЭВМ).
Удобной формой представления логической структуры моделей процессов функционирования систем и машинных программ является схема.
Разработку моделирующего алгоритма удобно производить в 2 этапа:
1) разработка обобщенного (укрупненного) алгоритма;
2) разработка детального алгоритма.
Укрупненный алгоритм показывает наглядно принцип функционирования модели, скрывая детали конкретной реализации и взаимодействия отдельных блоков схемы, что помогает увидеть общее направление работы модели.
Детальный алгоритм более глубоко отражает функционирование блоков схемы, в нем более подробно описываются способы реализации каждого блока схемы.
На рисунке 4 изображена обобщенная схема моделирующего алгоритма.
Рисунок 4 - Обобщенная схема моделирующего алгоритма процесса функционирования ВЦ
Блок-диаграмма
Так как, в рассматриваемом примере моделирования для реализации был выбран язык GPSS, то необходимо разработать блок-диаграмму модели, по сути представляющую собой логическую схему, адаптированную к особенностям использования для машинной реализации модели GPSS.
Такая блок-диаграмма, сохраняя в основном структуру модели, использует графические аналоги соответствующих операторов GPSS. Это существенно упрощает этап алгоритмизации модели и ее программирования, так как дальнейшие действия сводятся к формальной перекомпоновке пространственной блок диаграммы GPSS в линейную форму GPSS-программы.
|
|
|
Блок-диаграмма модели процесса функционирования сборочного цеха приведена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Блок-диаграмма модели процесса функционирования ВЦ
|
|
|
