2.1. Построение логической схемы модели.
Рекомендуется строить модель М по блочному принципу, т. е. в виде некоторой ограниченной совокупности блоков. Построение модели системы из таких блоков обеспечивает необходимую гибкость модели М в процессе ее эксплуатации, а также дает ряд преимуществ на стадии ее машинной отладки. При построении блочной модели проводится разбиение процесса функционирования системы на отдельные достаточно автономные подпроцессы. Таким образом, модель функционально подразделяется на подмодели, каждая из которых может быть разбита на еще более мелкие элементы. Блоки такой модели бывают основные и вспомогательные. Каждый основной блок соответствует некоторому подпроцессу, имеющему место в моделируемой системе S, а вспомогательные блоки представляют лишь составную часть машинной модели. Они не отражают функции моделируемой системы и необходимы лишь для машинной реализации модели, фиксации и обработки результатов моделирования.
Рассматриваемый пример моделирования процесса функционирования фрагмента СПД ориентирован на использование языка GPSS/РG, в котором уже предусмотрена символика изображения схемы модели на языке блок-диаграмм (см. Приложение1) для реализации модели, что практически освобождает пользователя от выполнения этого подэтапа и позволяет перейти к следующим
2.2. Получение соотношений модели.
Одновременно с выполнением подэтапа построения логической схемы модели необходимо, где это возможно, получить математические соотношения в виде явных функций. Этот подэтап соответствует неявному заданию возможных математических соотношений на этапе построения концептуальной модели. При выполнении первого этапа еще может не быть информации о конкретном виде таких математических соотношений, на втором этапе эти соотношения необходимо получить. Схема машинной модели М должна представлять собой полное отражение заложенной в модели концепции и иметь описание всех блоков модели с их наименованиями; единую систему обозначений и нумерацию блоков; отражение логики модели; задание математических соотношений в явном виде.
Так как в 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. Блок-диаграмма модели процесса функционирования фрагмента СПД для данного примера приведена на рис. 6, где для структурных элементов модели, показанных на рис. 5, введены следующие обозначения: для накопителей H1, Н2, Н3 и H4 соответственно, BUFI, BUF2, BUF3 и BUF4; для источников H1 и H2 соответственно GEN1 и GEN2; для каналов обслуживания: в узлах коммутации для ЦП К1 — GPU1 и К3 — GPU2, в каналах связи при дуплексной передаче К2 — DCH1 и К4 — DCH2.
2.3. Проверка достоверности модели системы. Эта проверка является первой из выполняемых на этапе реализации модели. Так как модель представляет собой приближенное описание процесса
Рис. 6. Блок-диаграмма GPSS-модели процесса взаимодействия узлов коммутации
функционирования реальной системы S, то до тех пор, пока не доказана достоверность модели, нельзя утверждать, что с ее помощью мы получим результаты, адекватные тем, которые могли бы бьпь получены при проведении натурного эксперимента с реальной системой. Проверка модели на рассматриваемом подэтапе должна дать ответ на вопрос, насколько логическая схема модели и используемые соотношения отражают замысел ее, сформированный на первом этапе. При этом проверяются возможность решения поставленной задачи, точность отражения замысла в логической схеме, полнота логической схемы модели, правильность используемых математических соотношений. Только после этого можно считать, что имеется логическая схема модели, пригодная для дальнейшей работы по реализации модели на ЭВМ.
В рассматриваемом примере моделирования процесса функционирования фрагмента СПД проверка достоверности модели проводится просто, так как блок-диаграмма GPSS однозначно соответствует формализации модели в виде Q-схемы. Для этого достаточно еще раз сопоставить блок-диаграмму, приведенную на рис. 6, с Q-схемой модели на рис. 5 с учетом расширения описания элементов Q-схемы (источников, накопителей и каналов) блоками различных категорий GPSS.
2.4. Выбор вычислительных средств для моделирования. На этом подэтапе необходимо окончательно решить вопрос о выборе ЭВМ для реализации модели на основе следующих требований: наличие необходимого математического обеспечения; доступность выбранной ЭВМ для разработчика модели; обеспечение всех этапов реализации модели; возможность своевременного получения результатов моделирования.
В рассматриваемом случае моделирования фрагмента СПД, исходя из ориентации на применение GPSS/РС, для машинной реализации модели требуется порядка 640К оперативной памяти.
Поэтому останавливаемся на предварительно выбранной на первом этапе ПЭВМ, в состав математического обеспечения которой входит интерпретатор GPSS/РС. Кроме того, использование операционных систем MS DOS и Windows 95/98/2000/ХР предоставляет широкие возможности по отладке и использованию программы моделирования в интерактивном режиме.
2.5. Составление плана выполнения работ по программированию. Такой план помогает разработчику при программировании модели учесть оценки объема программы и трудозатрат на ее составление. Он должен включать в себя указание языка программирования модели и типа используемой ЭВМ, оценку приблизительного числа команд, оценку примерного объема необходимой памяти, ориентировочные затраты времени на моделирование, предполагаемые затраты времени на программирование, и отладку программы на ЭВМ.
Для данного примера моделирования фрагмента СПД используется GPSS/РС, который имеет соответствующую поддержку в ПЭВМ и может работать в среде MS DOS. Число команд для реализации разработанной модели в GPSS — программе составляет порядка 60, а необходимый объем оперативной памяти 640К. Ориентировочные затраты машинного времени на моделирование варианта СПД составляют несколько минут в зависимости от типа ПЭВМ. В этом примере затраты времени на программирование при использовании GPSS составляют около трех недель с учетом часов, еженедельно отводимых на выполнение курсовой работы.
2.6. Построение схемы программы. Наличие логической схемы модели позволяет построить схему программы, отражающую разбиение модели на блоки, подблоки и т. д., особенности программирования на выбранном языке для конкретной ЭВМ, проведение необходимых корректировок и возможности тестирования программы, оценку затрат машинного времени, форму представления входных и выходных данных. Построение схемы программы — одна из основных задач на этапе машинной реализации модели.
В рассматриваемом примере при реализации программы с использованием GPSS отпадает необходимость в построении схемы программы, так как блок-диаграмма дает достаточную степень детализации, поддерживаемую средствами GPSS, для генерации рабочей программы моделирования. Тестирование полученной GPSS-программы обеспечивается специальным средством ТRАСЕ. Форма представления входных данных в GPSS-программе, в выходных — задается редактором вывода.
2.7 Проверка достоверности схемы программы. Эта проверка является второй на этапе машинной реализации модели. Очевидно, что не следует продолжать работу по машинной реализации модели Мм если нет уверенности в том, что в схеме программы, по которой будет вестись дальнейшее программирование, допущены ошибки, которые делают ее неадекватной логической схеме модели, а, следовательно, и самому объекту моделирования. При этом проводится проверка соответствия каждой операции, представленной в схеме программы, аналогичной ей операции в логической схеме модели. Учитывая, что рассмотрение вопросов тестирования и верификации программного обеспечения в других дисциплинах специальности, не будем останавливаться на выполнении этого подэтапа.
SIMULATE
0001 EXPON FUNCTION RN1,C24
0,0/.100,.104/.200,.222/.300,.355/.400,.509/.500,.690/.600,.915/.700,2.200
.750,1.380.800,1.600/.840,1.830/.880,2.120/.900,2.300/.920,2.520/.940,2.810/.950,2.990/9
,3.200/.970,3.500/.980,3.900/.990,4.600/.995,5.300/.998,5.200/.999,7/1.8
0009 MET1 ENTER BUF4,1
0010 SEIZE CPU1 Обработка в CPU1
0015 ADVANCE 2
0020 LEAVE BUF4,1
0025 RELEASE CPU1
0030 ENTER BUF1,1
0035 TEST E P2,1,MET4
0040 TEST E P1,20,COP1
0045 SPLIT 1,NEX1
0046 MARK
0050 COP1 MATCH COP1
0055 LEAVE BUF1,1
0060 ASSEMBLE 2
0065 TABULATE TAB1
0070 TERMINATE
0075 MET4 SEIZE DCH1
0080 LEAVE BUF1,1
0085 TRANSFER ,DEX1
0090 NEX1 SEIZE DCH1
0095 DEX1 ADVANCE P1 Передача по DCH1
0100 RELEASE CPU2
0105 ASSIGN 1,1
0110 MET2 ENTER BUF2,1
0115 SEIZE CPU2
0120 ADVANCE 2 Обработка в CPU2
0125 LEAVE BUF2,1
0130 RELEASE CPU2
0135 ENTER BUF3,1
0140 TEST E P2,2,MET5
0145 TEST E P1,20,COP2
0150 SPLIT 1,NEX2
0155 COP2 MATCH COP2
0160 LEAVE BUF3,1
0165 TERMINATE
0170 MET5 SEIZE DCH2
0175 LEAVE BUF3,1
0180 TRANSFER ,DEX2
0185 NEX2 SEIZE DCH2
0190 DEX2 ADVANCE P1 Передача по DCH2
0195 RELEASE DCH2
0200 ASSIGN 1,1
0205 TRANSFER ,MET2
0210 GEN2 GENERATE 25,FNSEXPON
0215 ASSIGN 1,20
0220 ASSIGN 2,2
0225 TRANSFER ,MET2
0230 GEN1 GENERATE 25,FNSEXPON
0235 ASSIGN 1,20
0240 ASSIGN 2,1
0245 TRANSFER ,MET1
0250 GENERATE 1,,10000 Системные часы
0255 TERMINATE 1
0260 START 1
0261 REPORT REPORT.GPS
0263 WINDOW TABLES
Рис. 7. Текст GPSS-программы моделирования СПД
С учетом использования для реализации модели процесса функционирования СПД языка GPSS в рассматриваемом примере такая проверка не требуется, так как средствами пакета обеспечивается однозначный переход от блок-диаграммы GPSS к рабочей программе.
2.8. Проведение программирования модели. При достаточной подробной схеме программы, отражающей все операции логической схемы модели, можно приступить к программированию модели. Если имеется адекватная схема программы, то программированием модели занимается только программист без участия и помoщи со стороны разработчика модели (при выполнении курсовой работы студент выступает как в роли разработчика модели, так и в роли программиста).
В данном примере переход от блок-диаграммы GPSS к программе является формальным шагом, так как заключается в записи пространственной структуры в линейном виде, что не требует специальных навыков. GPSS-программа, полученная из блок-диаграммы, приведена на рис. 7
2.9. Проверка достоверности программы. Эта проверка является последней на этапе машинной реализации модели и должна проводиться либо путем обратного перевода программы при решении различных тестовых задач, либо объединением всех частей программы и проверки ее в целом. На этом подэтапе необходимо также уточнить оценки затрат машинного времени на моделирование.
Для рассматриваемого примера моделирования фрагмента СПД сгенерированные GPSS рабочие программы однозначно соответствуют блок-диаграмме и не требуют такой проверки, что еще раз подчеркивает преимущества использования для моделирования специализированных пакетов прикладных программ, реализованных на базе языков имитационного моделирования. Проведенная повторная оценка затрат машинного времен и на прогон модели подтверждает, что это время не превышает 2..3 мин в зависимости от типа ПЭВМ.
2.10. Составление технической документации по второму этапу. Для завершения этапа машинной реализации модели необходимо составить техническую документацию, содержащую логическую схему модели и ее описание, схему программы и принятые обозначения, полный текст программы, перечень входных и выходных величин с пояснениями, инструкцию по работе с программой, оценку затрат машинного времени на моделирование.
Техническая документация по второму этапу моделирования должна составляться при выполнении курсовой работы непосредственно при реализации соответствующих подэтапов. В рассматриваемом примере входные переменные в GPSS-программе задаются в явном виде, а выходные — определяются стандартным выводом редактора вывода GPSS. Работа с программой заключается в загрузке ее в инструментальную ПЭВМ под управлением MS DOS. При оформлении программной документации второго этапа необходимо строго придерживаться стандартов ЕСПД.