ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ (IEEE Std 610.12-1990)
Кафедра информационных и управляющих систем
О.В. Александрова, В.П.Котляров, Д.А. Федотова
Архитектура вычислительных систем
Методические указания для курсового проектирования
Санкт-Петербург
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.. 5
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ (IEEE Std 610.12-1990) 7
1. ОСНОВЫ ФОРМАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ВС.. 9
2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ МОДЕЛИРУЮЩЕГО АЛГОРИТМА. 11
3. ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ НА ПРАКТИЧЕСКУЮ РАБОТУ. 11
3.1. ФОРМУЛИРОВКА ОБЩЕЙ ПОСТАНОВКИ ЗАДАЧИ. 11
3.2. ТРЕБОВАНИЯ К РЕЗУЛЬТАТАМ РАБОТЫ И ИССЛЕДУЕМЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ МОДЕЛИРУЕМОЙ ВС. 11
4. ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ, ОТЧЁТНОСТЬ ПО ЭТАПАМИ КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. 11
4.1 ПЕРВЫЙ ЭТАП ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ. 11
4.2 ВТОРОЙ ЭТАП ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ. 11
4.3. ТРЕТИЙ ЭТАП ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ. 11
4.4 ЧЕТВЕРТЫЙ ЭТАП ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ. 11
Приложение 1. 11
Формулы заданий на курсовую работу «Создание имитационной модели вычислительной системы» 11
Приложение 2. 11
Варианты отображения результатов работы имитационной модели (в пошаговом и автоматическом режимах). 11
Приложение 3. 11
Дополнительная информация к формуле задания. 11
Приложение 4. 11
ВВЕДЕНИЕ
Имитационное моделирование [1] — метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.
Имитационное моделирование — это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему и с ней проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация — это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).
Имитационная модель — логико-математическое описание объекта, которое может быть использовано для экспериментирования на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта.
К имитационному моделированию прибегают, когда:
Ÿ дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте;
Ÿ невозможно построить аналитическую модель: в системе есть время, причинные связи, последствия, нелинейности, стохастические (случайные) переменные;
Ÿ необходимо сымитировать поведение системы во времени.
Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении поведения исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между ее элементами или другими словами — симулятора (simulation modeling) исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.
Имитационное моделирование позволяет имитировать поведение системы во времени. Причём плюсом является то, что временем в модели можно управлять: замедлять в случае с быстропротекающими процессами и ускорять для моделирования систем с медленной изменчивостью.
Применение имитационных моделей дает множество преимуществ по сравнению с выполнением экспериментов над реальной системой [www.xjtek.ru/consulting/what_is_simulation/].
Стоимость. Принятие обоснованного решения с помощью имитационной модели снижает затраты, которые состоят лишь из цены программного обеспечения и стоимости консалтинговых услуг.
Время. В реальности оценить эффективность, например, телекоммуникационной сети можно лишь через месяцы эксплуатации. Имитационная модель позволяет определить оптимальность таких изменений за считанные минуты, необходимые для проведения эксперимента.
Повторяемость. С помощью имитационной модели можно провести неограниченное количество экспериментов с разными параметрами, чтобы определить наилучший вариант.
Точность. Традиционные расчетные математические методы требуют применения высокой степени абстракции и не учитывают важные детали. Имитационное моделирование позволяет описать структуру системы и её процессы в естественном виде, не прибегая к использованию формул и строгих математических зависимостей.
Наглядность. Имитационная модель обладает возможностями визуализации процесса работы системы во времени, схематичного задания её структуры и выдачи результатов в графическом виде.
Универсальность. Имитационное моделирование позволяет решать задачи из любых областей: науки и техники. В каждом случае модель имитирует, воспроизводит, реальную жизнь и позволяет проводить широкий набор экспериментов без влияния на реальные объекты.
Применение метода имитационного моделирования в области изучения свойств вычислительных систем (ВС) и многомашинных ассоциаций является обычной практикой. Поэтому учебно-методические материалы, ориентированные на выработку навыков имитационного моделирования ВС, актуальны для подготовки бакалавров по направлению «Информатика и вычислительная техника» и специалистов по специальностям «Автоматизированные системы обработки информации и управления» и «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем».
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ (IEEE Std 610.12-1990)
Simulation modeling — программная модель системы, имитирующая ее поведение во времени, когда наблюдение за поведением обеспечивается наблюдением за изменением состояний системы или ее компонент, инициируемом соответствующими множествами входных и выходных сигналов или сообщений, которыми обмениваются компоненты, система и окружение
Emulation modeling — модель системы на основе аппаратного аналога, имитирующая поведение во времени при поступлении сигналов окружения, обеспечивающая наблюдение за изменением состояний
Диаграммы События-время (Waveform) — отображают последовательности наблюдаемых сигналов или сообщений во времени.
Методы фиксации особых событий:
Ÿ Метод дельта-Т — изменение и фиксация состояний объектов моделирования осуществляется с постоянным шагом (тактом) модельного времени.
Ÿ Метод особых состояний — изменение и фиксация состояний объектов моделирования осуществляется с переменным шагом, определяемым ближайшим от текущего момента (модельного) времени, характеризующимся изменением состояния объектов моделирования (рис.1)
Рис.1 Пример временной диаграммы для метода особых состояний
На рис.1 отображены последовательности событий, поступающих от источников И1 и И2 в приемник П1, последовательность накопления событий в накопителе (Буф), последовательности фиксируемых событий в методе особых состояний, последовательность событий отказа и такты модельного времени. В методе дельта-Т, где события фиксируются каждый такт, учитывается много неизменяющихся состояний системы.