Файл: Построение логической схемы модели.docx

Логическая схема модели представлена на рисунке 1.

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.

Рисунок 1- Логическая схема

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.

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:

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 z). 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.

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.

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 t_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 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.

рисунок 2-Схема программы

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

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.

На этом подэтапе необходимо также проверить затраты машинного времени на моделирование.

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

class task {

public:

int t_prih, // Время прихода задания

t_obr; // Время на обработку задания

task(int x, int y) {

t_prih = x;

t_obr = y;

}

task() {

t_prih = 0;

t_obr = 0;

}

};

class computer {

public:

int work; // Сюда будет записываться количество тактов до выполнения задания

computer() {

work = 0;

}

};

#define N int(1000) // Количество задач

#define iter int(100) // Количество итераций

int t_wait = 0; // Время ожидания

int t_idle0 = 0; // Время простоя 1 машины

int t_idle1 = 0; // Время простоя 2 машины

int tick = 0; // Такты

int n = 0; // Номер текущей задачи

int queue = 0; // Счетчик очереди

int TotalCompleted = 0; // Выполненные задания

task tasks[N]; // Создание N заданий

task tempTasks[N]; // Очередь заданий

computer PC[2]; // Класс компьютера

void setPCFromTask() { // Задаем машину для выполнения задачи

if (PC[1].work == 0 && PC[0].work != 0) { // Если второй свободен И первый занят, то исполняет второй

PC[1].work = tempTasks[queue].t_obr; // Передаем время обработки в переменную второй машины

tempTasks[queue] = task(0, 0); // Сбрасываем задание из очереди

queue--; // Уменьшаем счетчик очереди

}

if (PC[0].work == 0) { // Если 1 машина свободна - назначаем ей задание, дальше аналогично

PC[0].work = tempTasks[queue].t_obr;

tempTasks[queue] = task(0, 0);

queue--;

}

queue++; // Увеличиваем очередь, если все машины заняты

}

void UpdateCounter() { // Обработка счетчиков

if (PC[1].work != 0 && PC[0].work != 0 && queue != 0) t_wait += queue; // Если обе машины заняты, и очередь не пуста - такт записывается в ожидание

if (PC[0].work == 0) t_idle0++; // Если 1 машина не работает - такт записывается в простой первой машины

if (PC[1].work == 0) t_idle1++; // Если 2 машина не работает - такт записывается в простой второй машины

if (PC[0].work != 0) PC[0].work--; // Если 1 машина работала - вычитаем один такт из времени обработки задания

if (PC[1].work != 0) PC[1].work--; // Если 2 машина работала - вычитаем один такт из времени обработки задания

}

int main() {

setlocale(LC_ALL, "Russian"); // Русский язык в консоли

float total_P_idle0 = 0; // Простой первой машины

float total_P_idle1 = 0; // Простой второй машины

float total_av_wait = 0; // Время среднего ожидания

for (int i = 0; i < iter; i++) {

srand(i); // Генерируем случайное число от итерации

//Sleep(1000);

tasks[0] = task(1 + rand() % 15, 1 + rand() % 19); // Генерирация первой задачи

for (int j = 1; j < N; j++) { // И остальных задач

tasks[j] = task(tasks[j - 1].t_prih + (1 + rand() % 15), 1 + rand() % 19);

}

t_wait = 0;

t_idle0 = 0;

t_idle1 = 0;

tick = 1;

n = 0;

while (1) {

if (n == N && queue == 0 && PC[0].work == 0 && PC[1].work == 0) {

// Если текущая задача равна последней,

// очереди нет, и машины не заняты

// то выходим из цикла

break;

}

UpdateCounter(); //Обновляем счетчики

if (tick == tasks[n].t_prih) { // Если нынешний такт равен времени прихода текущей задачи,

tempTasks[queue] = tasks[n]; // то добавляем ее в очередь,

n++; // увеличиваем номер задачи

setPCFromTask(); // назначаем машину на обработку

}

else { // В противном случае смотрим, если очередь больше 0

// и хотя бы один компьютер свободен, назначаем задание

if (queue != 0 && (PC[0].work == 0 || PC[1].work == 0)) {

queue--;

setPCFromTask();

}

}

tick++; // Прибавляем такт

}

float av_wait = ((float)t_wait / N); // Среднее время ожидания задания

float P_idle0 = ((float)t_idle0 / (tick - 1)) * 100; // Вероятность простоя 1 машины

float P_idle1 = ((float)t_idle1 / (tick - 1)) * 100; // Вероятность простоя 2 машины

total_av_wait += av_wait; // Добавляем среднее время ожидания задания за итерацию в общее

total_P_idle0 += P_idle0; // Добавляем среднее время простоя 1 машины за итерацию в общее

total_P_idle1 += P_idle1; // Добавляем среднее время простоя 2 машины за итерацию в общее

TotalCompleted += N; // Добавляем кол-во выполненных заданий за итерацию в общее

cout << "Текущий процесс занял " << tick << " квантов работы" << "\n";

cout << "Выполнилось " << N << " задач" << "\n";

cout << "Среднее время ожидания задачи = " << av_wait << "\n";

cout << "Вероятность простоя 1 ПК = " << P_idle0 << "\n";

cout << "Вероятность простоя 2 ПК = " << P_idle1 << "\n\n";

}

total_av_wait /= iter; // Считаем среднее время ожидания заданий

total_P_idle0 /= iter; // Средний простой первой машины

total_P_idle1 /= iter; // Средний простой второй машины

TotalCompleted /= iter; // Среднее количество выполненных заданий

cout << "————————————————————————————————————————————————" << "\n\n";

cout << "В среднем выполнялось " << TotalCompleted << " задач в " << iter << " итерациях" << "\n";

cout << "Среднее время ожидания задачи = " << total_av_wait << "\n";

cout << "Вероятность простоя 1 ПК = " << total_P_idle0 << "\n";

cout << "Вероятность простоя 2 ПК = " << total_P_idle1 << "\n" << endl;

system("pause");

}

Смотрите также файлы

Исследование основных характеристик ферромагнетиков.docx

Статистический анализ уровня и динамики издержек производства и обращения.docx

Жиынты баалау жргізу орытындылары бойынша талдау туралы.docx

Рабочая программа учебной дисциплины Специальность.docx

Principium est potissima.docx

Файл: Построение логической схемы модели.docx

Построение логической схемы модели