Моделирование. Мод_ЛК_2_20. Модельное время. Квазипараллелизм. Лекция 2 Особенности функционирования эвм

Название	Модельное время. Квазипараллелизм. Лекция 2 Особенности функционирования эвм
Анкор	Моделирование
Дата	16.01.2022
Размер	90.45 Kb.
Формат файла
Имя файла	Мод_ЛК_2_20.pptx
Тип	Лекция #332562

Модельное время. Квазипараллелизм.

Лекция №2

Особенности функционирования ЭВМ

1) Исследуемые системы состоят из множества элементов. Все элементы системы функционируют одновременно. Однако в большинстве ЭВМ параллельное выполнение нескольких программ, имитирующих поведение отдельных элементов системы, невозможно. 2) Компьютеры, как цифровые устройства, способны имитировать поведение системы только в дискретном времени. То есть все события, возникающие в системе, должны иметь привязку к дискретной шкале времени с заданным минимальным делением (например, микросекунда, минута или сутки).

Модельное время

Чтобы обеспечить имитацию параллельных (одновременных) процессов функционирования элементов системы в ИМ используется специальная переменная tм, называемая модельным временем.
С помощью переменной tм организуются синхронизация всех событий и процессов в ИМ системы, т. е. реализуется квазипараллельная работа компонентов ИМ.

Модельное время tм следует отличать от других типов времени, используемых при моделировании систем, таких как: tр – реальное время системы, функционирование которой имитируется;
tэ – машинное время имитации, отражающее затраты ресурса времени ЭВМ на организацию имитационного моделирования.
Так, на современной ЭВМ в течение одной минуты (tэ = 1 мин) можно промоделировать годовую работу (tр = 1 год) модели.

Способы изменения модельного времени

Возможны два способа изменения модельного времени:

1) «шагом до следующего события»;

2) «фиксированным шагом».

«Шагом до следующего события»

модельное время в исходном состоянии устанавливается в 0;
Определяется время возникновения будущих событий;
После этого часы модельного времени переходят на время возникновения ближайшего события, и в этот момент обновляется состояние системы с учетом произошедшего события, а также сведения о времени возникновения будущих событий.
Процесс продвижения tм от времени возникновения одного события до времени возникновения других событий продолжается до тех пор, пока не будет выполнено некоторое указанное заранее условие останова.

В дискретных моделях

В дискретных моделях, где все изменения состояния (все события) происходят мгновенно (например, поступление посетителя в очередь, начало обслуживания…), периоды бездействия системы просто пропускаются;
Модельное время изменяется от момента возникновения одного события к моменту выполнения другого.

В непрерывных моделях

где изменения состояний системы происходят плавно, продвижение модельного времени выполняют «фиксированным шагом», изменяя tм на константу ∆tм малую по сравнению с длительностью изменения состояния системы.
при этом динамика модели является дискретным приближением реальных процессов (вследствие необходимости представить непрерывный процесс в дискретной ЭВМ).

Квазипараллелизм

Вследствие последовательного характера обработки информации в ЭВМ параллельные процессы, происходящие в исследуемой системе, преобразуются в последовательные процессы.
Процедура преобразования параллельных процессов в последовательный называется организацией квазипараллелизма.

Способы организации квазипараллелизма

В зависимости от способов описания ИМ применяют следующие основные способы организации квазипараллелизма:

событийный,
Процессный;
Транзактный;
Агрегатный;
Основанный на просмотре активностей.

Событийный способ

Событийный способ организации квазипараллелизма используется, когда элементы изучаемой системы выполняют одни и те же функциональные действия, которые приводят к одним и тем же событиям;
Множество событий можно разбить на небольшое число типов событий;
Для каждого типа событий определена последовательность действий, приводящая к изменению состояния системы, а также определены условия перехода от одного события к другому для всех типов событий.

Агрегатный способ

Используется, когда имеет место тесное взаимодействие между функциональными действиями элементов системы.
При агрегатном способе все элементы исследуемой системы представляют собой агрегаты, обменивающиеся сигналами.
Выходной сигнал от одного агрегата является входным сигналом для другого.
Моделирование поведения агрегата – это последовательная цепь переходов из одного состояния в другое под воздействием поступающих сигналов.

Применяется, когда все действия для элементов исследуемой системы различны и приводят к наступлению различных событий. При этом каждое действие характеризуется набором условий его выполнения;
Моделирующий алгоритм, основанный на просмотре активностей, реализует просмотр всех наборов условий, а также обрабатывает активности, условия для которых выполняются;
Моделирует время выполнения соответствующего действия и реализует само действие.

Процессный способ

сочетает в себе черты событийного способа и способа, основанного на просмотре активностей;
Он применяется, когда поведение элементов исследуемой системы может быть описано фиксированными для некоторого класса систем последовательностями событий и действий, так называемыми процессами.

Транзактный способ

Транзактный способ организации квазипараллелизма – развитие процессного способа для моделирования систем массового обслуживания.
Инициаторами появления событий в ИМ являются транзакты – динамические объекты, отождествляемые с заявками на обслуживание, которые перемещаются между элементами системы массового обслуживания.

Одну и ту же систему принципиально можно представить любым из указанных способов.
Однако построенные на их основе модели будут отличаться размерами и количеством ресурсов, затраченных на их создание, испытание и использование.

Постановка задачи и формулировка целей исследования:

• выбираются показатели эффективности функционирования исследуемой системы, отражающие цели моделирования;

• определяются управляющие параметры и контролируемые переменные;

• выполняется описание внешней среды, с которой взаимодействует объект исследования;

• составляется список возможных ограничений модели.

Построение концептуальной модели

На основании содержательного описания исследуемой системы осуществляется переход к концептуальной модели.
Концептуальная модель представляет собой упрощенное математическое или алгоритмическое описание исследуемой системы.
На этапе построения концептуальной модели проводится разбиение (декомпозиция) системы на элементы, допускающие удобное математическое или алгоритмическое описание, определяются связи между элементами.

В состав концептуальной модели входят:

• уточнённое содержательное описание объекта моделирования;

• список управляющих параметров и контролируемых переменных;

• критерии эффективности функционирования вариантов системы; • список используемых методов обработки результатов имитации и перечисление способов представления результатов моделирования.

Пример

Автозаправочная станция имеет 2 бензоколонки.
Интервалы времени между поступлением автомобилей имеют экспоненциальное распределение со средним значением µ. Время заправки автомобилей имеет равномерное распределение на интервале [a, b].
Предлагается две стратегии обслуживания прибывающих автомобилей:
1) автомобили образуют две очереди и обслуживаются соответствующими бензоколонками;
2) автомобили образуют одну общую очередь и обслуживаются освободившейся бензоколонкой.
Исходные данные: µ = 1,75 мин, a = 2 мин, b = 4 мин.

Целью моделирования является определение:

характеристик качества обслуживания автомобилей, в частности, средних длин очередей; среднего времени заправки автомобиля;

среднего времени пребывания автомобиля на АЗС;

• наилучшей стратегии обслуживания автомобилей на автозаправочной станции;

• оптимального количества бензоколонок.

Параметрами моделирования:

(управляющими характеристиками)

интенсивность поступления автомобилей на АЗС (интенсивность входящего потока);
характеристики времени заправки автомобилей;
количество бензоколонок.

Переменными моделирования

(контролируемыми характеристиками) объекта являются:

количество поступивших и обслуженных автомобилей;
коэффициенты загрузки бензоколонок;
среднее время обслуживания автомобилей;
средняя длина очереди;
среднее время ожидания в очереди и т. п

Ограничения модели связаны:

• с условиями, накладываемыми на поток поступающих автомобилей (он предполагается простейшим, отсутствуют повторные заявки);

• упрощенным алгоритмом функционирования АЗС и выбора бензоколонки для обслуживания;

• отсутствием явлений, изменяющих закономерности времени обслуживания автомобилей (технологические перерывы, отказы и сбои оборудования, отсутствие топлива, ошибки при заправке и при денежных расчетах, количество и тип топлива).

Элементами исследуемой системы являются:

входящий поток автомобилей;
две бензоколонки;
очереди.