Введение

Компьютерное моделирование нашло практическое применение во всех сферах деятельности человека, начиная от моделей техниче­ских, технологических и организационных систем и заканчивая про­блемами развития человечества и вселенной. Еще с детства человек через игрушки и игры узнает мир и таким образом моделирует дейст­вительность. Вместо того, чтобы учиться на своих ошибках или на ошибках других людей, целесообразно закреплять и проверять по­знание реальной действительности полученными результатами на компьютерной модели. В этом случае есть возможность «проигры­вать» на модели любые ситуации, включая те, при которых реальная система вышла бы из строя. Это позволяет моделировать катастрофы, редкие события и т. п. Одно из преимуществ компьютерного модели­рования - это также моделирование того, что не существует на самом деле, то есть моделирование виртуальной реальности. Вспомним компьютерные игры: сидя в самолете или космическом корабле, мы осуществляем полет так, как будто мы действительно находимся там.

Когда же необходимо использовать компьютерное моделирова­ние? Всегда, когда можно поставить вопрос, «что будет, если ...?». Следовательно, компьютерное моделирование используют, прежде всего, для принятия решений. Модель позволяет проигрывать любые ситуации и получать наиболее эффективные решения проблемы.

Из всех видов моделирования, а это в первую очередь математи­ческое, графическое и прочее, рассмотрим имитационное моделиро­вание. Обзор систем моделирования в работе [3] показывает, что имитационное моделирование является едва ли не самым популяр­ным средством, используемым на практике для этих целей. Основная его ценность состоит в применении методологии системного анализа. Имитационное моделирование разрешает осуществить исследование анализируемой или проектируемой системы по схеме операционного исследования, которое содержит взаимосвязанные этапы:

- содержательная постановка задачи;

- разработка концептуальной модели;

- разработка и программная реализация имитационной модели; проверка правильности,

- достоверности модели и оценка точности результатов модели­рование;

- планирование и проведение экспериментов;

- принятие решений.

Это позволяет использовать имитационное моделирование как универсальный подход для принятия решений в условиях неопреде­ленности с учетом в моделях трудно формализуемых факторов, а также применять основные принципы системного подхода для реше­ния практических задач.

Широкому внедрению этого метода на практике препятствует необходимость создания программных реализаций имитационных моделей, которые воссоздают в модельном времени динамику функ­ционирования моделируемой системы. В отличие от традиционных методов программирования разработка имитационной модели требу­ет перестройки принципов мышления. Недаром принципы, положен­ные в основу имитационного моделирования, дали толчок к развитию объектного программирования. Поэтому усилия разработчиков про­граммных средств имитации направлены на упрощение программных реализаций имитационных моделей: для этих целей создаются спе­циализированные языки и системы. Программные средства имитации в своем развитии изменялись на протяжении нескольких поколений, начиная с языков моделирования и средств автоматизации конструи­рования моделей [4] до генераторов программ [5], интерактивных и интеллектуальных систем [6], распределенных систем моделирова­ния. Основное назначение всех этих средств - уменьшение трудоем­кости создания программных реализаций имитационных моделей и экспериментирования с моделями.

Одним из первых языков моделирования, облегчающих процесс написания имитационных программ, был язык GPSS, созданный в виде конечного продукта Джеффри Гордоном в фирме IBM в 1962 г. Этот язык в свое время входил в первую десятку лучших языков про­граммирования, опережая транслятор с языка АЛГОЛ, и был реали­зован практически на всех типах ЭВМ. В настоящее время есть трансляторы для операционных систем DOS - GPSS/PC, для OS/2 и DOS - GPSS/H и для Windows - GPSS World. Изучение этого языка и создания моделей позволяет понять принципы разработки имитаци­онных программ и научиться работать с имитационными моделями.

GPSS (General Purpose Simulation System - система моделирова­ния общего назначения) - язык моделирования, который используется для построения событийных дискретных имитационных моделей и проведения экспериментов на ЭВМ.

Модели систем на GPSS могут быть записаны в виде блок-схем или представлены в виде последовательности строк программы, эк­вивалентных блок-схеме. Блок-схема - это набор фигур с характер­ными контурами блоков языка GPSS, соединенных между собою ли­ниями. Блоки - это подпрограммы, реализованные средствами макро­ассемблера. В разных версиях языка количество блоков для создания имитационных программ разное и составляет около 40. В язык моде­лирования GPSS входят специальные средства для описания динами­ческого поведения систем через изменение состояний в дискретные моменты времени, то есть время моделирования изменяется случайно от события к событию.

Система GPSS представляет собой язык и транслятор. Как каж­дый язык он содержит словарь и грамматику, с помощью которых могут быть разработаны модели систем определенного типа. Транс­лятор языка работает в две фазы. На первой фазе компиляции прове­ряется синтаксис и семантика написания строк GPSS-программы или всей программы в целом, а на второй (интерпретирующей) осуществ­ляется продвижение транзактов по модели от блока к блоку.