8. Инструментальные средства моделирования систем

Структура программного обеспечения, используемого для осуществления имитационных экспериментов, содержит четыре уровня. Самый нижний – программирование в кодах, автокоды, машинно-ориентированные языки, операционные системы. Следующий уровень – алгоритмические языки высокого уровня и соответствующие системы программирования. Здесь же находятся и СУБД – системы управления банками данных. Третий уровень – специализированные алгоритмические языки моделирования. И, наконец, интегрированные системы имитационного моделирования.

Определение: Инструментальные средства – набор аппаратно-программных средств, представляемых пользователю-разработчику или пользователю-исследователю машинной модели.

Язык моделирования отражает определенную структуру понятий, применяющихся для описания многих явлений. Высокий уровень проблемной ориентации языка сильно упрощает программирование моделей, а предусмотренные в нем возможности сбора, обработки и вывода данных позволяют быстро и подробно анализировать результаты численного эксперимента.

Основные моменты, характеризующие качество языка моделирования:

• удобство описания статической структуры системы ее динамики и начального состояния;

• удобство ввода исходных данных моделирования и варьирования структуры, алгоритмов и параметров модели;

• реализуемость статистического моделирования;

• эффективность анализа и вывода результатов модели;

• простота отладки и контроля работы программы;

• доступность восприятия и использования языка.

Определение: язык моделирования – процедурно-ориентированный язык, обладающий специфическими чертами, являющийся средством для описания специфических процессов.

Рассмотрим преимущества и недостатки использования для моделирования процесса функционирования системы языков имитационного моделирования (ЯИМ) и языков общего назначения (ЯОН), то есть универсальных и процедурно-ориентированных алгоритмических языков.

Почему используют ЯИМ:

• удобство программирования модели системы (играет существенную роль при машинной реализации моделирующих алгоритмов);

• концептуальная направленность языка на класс систем, необходимая на этапе построения модели системы и выборе общего направления исследования в планируемом машинном эксперименте;

• языки моделирования позволяют описывать моделируемые системы в терминах, разработанных на базе основных понятий имитации.

Технические возражения против использования ЯИМ:

• вопросы эффективности рабочих программ;

• возможности отладки программ и т. д.

Эксплуатационный недостаток: нехватка документации по существующим ЯИМ, индивидуальный характер соответствующих трансляторов, усложняющий реализацию на различных ЭВМ.

К настоящему времени сложилось два подхода к разработке языков моделирования: непрерывный и дискретный. Следовательно, ЯИМ можно разделить на две группы: для имитации непрерывных и дискретных систем.

8.1. Архитектура языков имитационного моделирования

Архитектуру ЯИМ, то есть концепцию взаимосвязей элементов языка как сложной системы и технологию перехода от системы (S) к ее машинной модели (M_m) можно представить следующим образом (рис. 9.1):

1. Объекты (системы) описываются (отображаются в языке) с помощью атрибутов языка;

2. атрибуты взаимодействуют с процессами, адекватными реально протекающим явлениям в системе (S);

3. процессы требуют условий, определяющих логическую основу и последовательность взаимодействия этих процессов во времени;

4. условия влияют на события, имеющие место внутри объекта моделирования (S) и при взаимодействии с внешней средой (E);

5. события изменяют состояния системы M_m в пространстве и во времени.

С помощью машинных моделей исследуется поведение и характеристики системы на определенном отрезке времени. Поэтому при выборе языка программирования важной задачей является реализация двух функций: корректировка временной координаты состояния системы; обеспечение согласованности различных блоков и событий в системе (синхронизация во времени).

Функционирование модели M_m должно протекать в искусственном времени. При этом не надо забывать, что компоненты реальной системы S функционируют одновременно, а компоненты M_m – последовательно так как реализуются с помощью ЭВМ последовательного действия. Поэтому необходимо создать "механизм" задания времени в ЯИМ для синхронизации действий элементов модели системы.