Курсовая работа: Имитационное моделирование работы вычислительной системы из трех ЭВМ в среде GPSS

Логическая схема модели представлена на рис. 3.

После генерации заявок в источнике И (блок 1) осуществляется распределение потока заданий с вероятностями 40%, 30%, 30% между накопителями Н₁ (блок 2), Н₂ (блок 3), Н₃ (блок 4). В условии задачи емкость накопителя не ограничена, поэтому отказов в системе нет. После ожидания в накопителях Н₁ , Н₂ , Н₃ , задания поступают на обслуживание в каналы К₁ (блок 5), К₂ (блок 6), К₃ (блок 7). Задание, закончившее обработку на первом канале не является решенным, поэтому поступает на ожидание последней обработки в накопители Н₂ (блок 3), Н₃ (блок 4) с вероятностным распределением 30% и 70% соответственно. Для того чтобы определить загруженность (или простои) каналов К₁ , К₂ и К₃ , можно проанализировать статистические данные, касающиеся очереди перед соответствующими каналами. После обработки в каналах К₂ и К₃ , задание поступает на удаление (блок 8 и блок 9) и покидает систему.

Рис. 3. Логическая схема

2.2 Получение математических соотношений

Для построения машинной модели системы в комбинированном виде, т.е. с использованием аналитико-имитационного подхода, необходимо часть процессов в системе описать аналитически, а другую часть сымитировать соответствующими алгоритмами. На данном этапе построения аналитической модели зададим математические соотношения в виде явных функций.

Загрузки каждой ЭВМ и максимальную длину очередей в виде явных функций записать трудно. Эти величины определим с помощью языка имитационного моделирования.

2.3 Проверка достоверности модели системы

На данном подэтапе достоверность модели системы проверяется по следующим показателям:

а) возможности решения поставленной задачи:

Решение данной задачи с помощью математических отношений нецелесообразно, так как искомые данные не имеют явных функций. Использование имитационного моделирования решает эти сложности, но для правильной реализации нужно точно и безошибочно определить параметры и переменные модели, обосновать критерии оценки эффективности системы, составить концептуальную модель и построить логическую схему. Все эти шаги построить модель данного процесса;

б) точности отражения замысла в логической схеме:

При составлении логической схемы, важно понимать смысл задачи, до этого построить концептуальную модель. Проверку точности можно выполнить при подробном описании самой схемы, при этом, сопоставлять с описанием концептуальной модели;

в) полноте логической схемы модели:

Проверить наличие всех выше описанных переменных, параметров, зависимостей, последовательности действий;

г) правильности используемых математических соотношений:

2.4 Выбор инструментальных средств моделирования

В нашем случае для проведения моделирования системы массового обслуживания с непрерывным временем обработки параметров при наличии случайных факторов необходимо использовать ЭВМ с применением языка имитационного моделирования GPSS, т.к. в настоящее время самым доступным средством моделирования систем является ЭВМ, а применение простого и доступного языка имитационного моделирования GPSS (http://www.gpss.ru) позволяет получить информацию о функции состояний z_i (t) системы, анализируя непрерывные процессы функционирования системы только в «особые» дискретные моменты времени при смене состояний системы благодаря моделирующему алгоритму, реализованному по «принципу особых состояний» (принцип dz). Кроме того, высокий уровень проблемной ориентации языка GPSS значительно упростит программирование, специально предусмотренные в нем возможности сбора, обработки и вывода результатов моделирования позволят быстро и подробно проанализировать возможные исходы имитационного эксперимента с моделью.

2.5 Составление плана выполнения работ по программированию

Выбранный язык имитационного моделирования GPSS имеет три версии: MICRO-GPSS Version 88-01-01, GPSS/PC Version 2, GPSS World Students Version 4.3.5. Micro-GPSS имеет DOS-интерфейс, который чувствителен к стилю написания программы (количеству пробелов между операндами, длине меток и имен и др.), не содержит текстового редактора. GPSS/PC лишен указанных недостатков, однако интерпретатор GPSS World Students имеет ряд преимуществ перед ним, например наличие интерфейса Windows, пошагового отладчика, возможность сбора и сохранения в файлах различной статистической информации, визуальный ввод команд. Поэтому для разработки модели был выбран именно интерпретатор GPSS World Students.

Для моделирования достаточно использовать ЭВМ типа IBM/PC, применение специализированных устройств не требуется. В программное обеспечение ЭВМ, на которой проводится моделирование, должны входить операционная система Windows (версия 9Х и выше) и интерпретатор GPSS. Затраты оперативной и внешней памяти незначительны, и необходимости в их расчете при современном уровне техники нет. Затраты времени на программирование и отладку программы на ЭВМ зависят только от уровня знаний языка и имеющихся навыков, которые были получены мною на лабораторных работах.

2.6 Спецификация и построение схемы программы

к программе на языке имитационного моделирования GPSS согласно спецификации программы предъявляются традиционные требования: структурированность, читабельность, корректность, эффективность и работоспособность.

Спецификация постановки задачи данного курсового проекта – определить максимальную длину очередей перед каждой ЭВМ (N_О1 , N_О2 , N_О3 ) и коэффициенты загрузки каждой из ЭВМ (Z_Э1 , Z_Э2 , Z_Э3 ). В качестве исходных данных задаются интервал времени (интенсивность) поступления заданий в вычислительную систему, состоящую их трех ЭВМ (t_пр ±Dt_пр ), интервал времени обработки заданий на каждой из ЭВМ (t_Э1 , t_Э2 , t_Э3 ), а также процент распределения заданий на одну из трех ЭВМ (Р_Э1 , Р_Э2 , Р_Э3 ), процент распределения заданий на последний этап обработки на вторую и третью ЭВМ (Р_Р2 , Р_Р3 ).

Спецификация ограничений на параметры исследуемой системы следующая: исходные данные должны быть положительными числами, кроме того, процент распределения заданий на одну из трех ЭВМ (Р_Э1 , Р_Э2 , Р_Э3 ) и процент распределения заданий на последний этап обработки на вторую и третью ЭВМ (Р_Р2 , Р_Р3 ), каждый по отдельности в сумме должен составлять 100%.

Схема программы (см. рис. 4) зависит от выбранного языка моделирования.

Блоки схемы соответствуют блок-диаграмме языка GPSS, что позволит легко написать текст программы, провести ее модификацию и тестирование. Для полного покрытия программы тестами необходимо так подобрать параметры, чтобы все ветви в разветвлениях проходились по меньшей мере по одному разу. Интерпретатор языка GPSS позволяет проанализировать статистические данные по каждой ветви программы.

Оценка затрат машинного времени проводится по нескольким критериям эффективности программы: затраты памяти ЭВМ, затраты вычислений (идентичны времени вычислений при последовательной обработке), время вычислений («время ответа»). Форма представления входных и выходных данных определяется интерпретатором языка GPSS и изменить ее по усмотрению пользователя невозможно.

рис. 4. Схема программы

2.7 Проведение программирования модели

Метки	Текст программы	Комментарии
Simulate	Начало программирования
Generate 3,1,,200	Генерация входных заданий
Transfer .400, Met4, Met1	40% заданий направляется на метку 1, а 60% - на метку 4
Met1	Queue EVMQ1	Сбор статистических данных о входе задания в очередь EVMQ1 к прибору EVM1
Seize EVM1	Занятие прибора EVM1
Depart EVMQ1	Сбор статистических данных о выходе задания из очереди EVMQ1 к прибору EVM1
Advance 7,4	Обработка заявки в приборе EVM1
Release EVM1	Освобождение прибора EVM1
Transfer .300, Met3, Met2	30% заданий, обработанных на приборе EVM1 направляется на метку 2, а 70% - на метку 3
Met4	Transfer .500, Met3, Met2	из 60% заданий - 30% заданий направляется на обработку к метке 2 и 30% к метке 3
Met2	Queue EVMQ2	Сбор статистических данных о входе задания в очередь EVMQ2 к прибору EVM2
Seize EVM2	Занятие прибора EVM2
Depart EVMQ2	Сбор статистических данных о выходе задания из очереди EVMQ2 к прибору EVM2
Advance 3,1	Обработка заявки в приборе EVM2
Release EVM2	Освобождение прибора EVM2
Terminate 1	Уничтожение одного задания
Met3	Queue EVMQ3	Сбор статистических данных о входе задания в очередь EVMQ3 к прибору EVM3
Seize EVM3	Занятие прибора EVM3
Depart EVMQ3	Сбор статистических данных о выходе задания из очереди EVMQ2 к прибору EVM3
Advance 5,2	Обработка заявки в приборе EVM3
Release EVM3	Освобождение прибора EVM3
Terminate 1	Уничтожение одного задания
Start 200
End	Конец моделирования

2.9 Проверка достоверности программы

На данном подэтапе последняя проверка машинной реализации модели проводится следующим образом:

а) обратным переводом программы в исходную схему, что в очередной раз подтверждает правильность пути исследования для моделирования;

б) проверкой отдельных частей программы при решении различных тестовых задач;

в) объединением всех частей программы и проверкой ее в целом на контрольном примере моделирования варианта системы.