Н.В. Костромина
А.В. Алдашкин
Д.В. Морохин
Основы моделирования вычислительных систем.
Учебное пособие
Йошкар-Ола, 1999
Марийский государственный технический университет
Н.В. Костромина
А.В. Алдашкин
Д.В. Морохин
Основы моделирования вычислительных систем.
Учебное пособие
Йошкар-Ола, 1999
УДК 519.87.8
ББК 32.97в6
К 72
Рецензенты:
кафедра прикладной математики МарГУ (зав. Кафедрой, д-р физ.-мат. наук, проф В.С. Ижуткин);
доктор технических наук, профессор В.А. Песошин (КГТУ им А.Н. Туполева).
Печатается по решению
редакционно-издательского совета МарГТУ
Костромина Н.В., Алдашкин А.В., Морохин Д.В.
К 72 Основы моделирования вычислительных систем: Учебное пособие.- Йошкар-Ола: МарГТУ, 2000.- 150 с.
Приведены основные положения теории моделирования, классификация моделей, этапы моделирования; рассмотрена методика проведения статистического имитационного эксперимента. Изложены модели и методы моделирования систем массового обслуживания с простейшими и произвольными потоками заявок. Для студентов, обучающихся по специальности «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети».
УДК 519.87.8
ББК 32.97в6
ISBN 5-8158-0059-7 Костромина Н.В., Алдашкин А.В., Морохин Д.В.
МарГТУ, 2000
Введение
Роль моделирования в инженерном творчестве, научных изысканиях и в жизни человека вообще трудно переоценить. Познания любой системы по существу сводится к созданию ее модели. Перед изготовлением какого-либо устройства, разрабатывается его модель (или макет). Любое произведение искусства - это модель, отражающая действительность
Особую ценность представляют конструктивные модели, т.е. такие которые допускают не только отражение свойств, но и исследование зависимости характеристик от параметров системы. Такие модели позволяют оптимизировать функциональные системы.
Роль моделирования как метода научного познания и метода решения технических задач всегда оценивалась очень высоко.
Развитие техники привело к широкому применению физического моделирования устройств и сооружений.
Достижения математики привели к распространению математического моделирования процессов и объектов. Расчетные формулы, применяемые в инженерной практике для анализа и синтеза всевозможных систем - не что иное ,как их математические модели .
С разработкой методов имитационного моделирования существенно расширился класс систем, которые можно промоделировать.
Появление ЭВМ способствовало расширению областей применения моделирования.
В наше время трудно найти область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Например, разработаны модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека, последствий атомной войны.
На данном этапе НТП считают, что моделирование становится основной функцией ВС. Действительно в наше время основные усилия направлены на внедрение ВТ в АСУ->ТП, организационно-экономическими комплексами и процессами проектирования, для создания данных и знаний. Но любая система управления нуждается в информации об управляемом объекте или процессе, а также в модели управляемого объекта или процесса, в моделировании последствий принимаемых решений. В связи с этим применение ВС для моделирования приобретает первостепенное значение.
С другой стороны, сами ВС как сложные и дорогостоящие технические системы могут и должны стать объектами моделирования.
Моделирование целесообразно использовать на:
1) этапе проектирования ВС
2) для анализа функционирования действующих систем в экстремальных условиях или
3) при изменении их состава, структуры, способов управления или рабочей нагрузки.
1) Применение моделирования на этапе проектирования позволяет аккумулировать варианты проектных решений, определять работоспособность и производительность, выявлять распределение ресурсов, принимать решения по умолчанию состава/структуры ВС или по способу организации вычислительного процесса.
Если на этапе проектирования не удается создать модель, процесс разработки принимает итерационный характер. Предварительно выбранный вариант проектного решения анализируют путем моделирования, определяя ожидаемые характеристики. Если эти характеристики не удовлетворяют предъявляемым требованиям, по результатам анализа корректируют проект, и снова проводят моделирование. Этот процесс повторяется до достижения требуемого качества функционирования разрабатываемой ВС.
2) При анализе действующих ВС с помощью моделирования определяют границы работоспособности системы, моделируют экспериментальные условия, в которых может оказаться система. Создание таких условий на действующей системе может привести к катастрофическим последствиям. Применение моделирования может быть полезным при разработке перспектив развития ВС, усовершенствования ВС, при создании многомашинных комплексов и сетей ЭВМ. Целесообразнее использовать моделирование на действующих ВС, поскольку можно опытным путем проверить соответствие модели и оригинала и более точно определить те параметры системы, которые служат исходными данными для моделирования. Моделирование реальной ВС позволяет выявлять ее резервы и прогнозировать качество функционирования в любых условиях.