Моделирование работы системы обработки информации
Постановка задачи
Система обработки информации содержит мультиплексный канал и три ЭВМ. Сигналы от датчиков поступают на вход канала через интервалы времени 5-15 мкс. В канале они буферизуются и предварительно обрабатываются в течении 7-13 мкс. Затем они поступают на обработку в ту ЭВМ, где имеется наименьшая по длине входная очередь. Емкости входных накопителей во всех ЭВМ рассчитаны на хранение величин 10 сигналов. Время обработки сигнала в любой ЭВМ равно 33 мкс.
Цель исследования: Смоделировать процесс обработки 500 сигналов, поступающих с датчиков. Определить средние времена задержки сигналов в канале и ЭВМ и вероятности переполнения входных накопителей. Обеспечить ускорение обработки сигнала в ЭВМ до 25 мкс при достижении суммарной очереди сигналов значения 25 единиц.
Формализация задачи, логическая и концептуальная модель
На первом этапе машинного моделирования формулируется модель и строится ее формальная схема, то есть основным назначением этого этапа является переход от содержательного описания объекта к его математической модели, другими словами, процесс формализации.
На приведенном ниже рисунке 1 представлена структурная схема системы.
Рисунок 1 – Структурная схема системы
Структурная схема описывает составные части, может содержать некоторые параметры, но при этом не поясняет функционирование реальной системы. Функционирование системы поясняется на основе концептуальной схемы (рисунок 2), которая отображает причинно-следственные связи между компонентами системы.
Рисунок 2 – Концептуальная схема моделируемой системы
В отличие от структурной схемы концептуальная схема сдержит логические вентили, которые указывают на условия продвижения заявок в системе.
После перехода от описания моделируемой системы к ее модели необходимо построить математические модели процессов, происходящие в различных блоках. Математическая модель представляет собой совокупность соотношений, определяющих характеристики процесса функционирования системы в зависимости от структуры системы, алгоритмов поведения, параметров системы, воздействий внешней среды, начальных условий и времени. Математическая модель является результатом формализации процесса функционирования исследуемой системы, то есть построения формального (математического) описания процесса с необходимой, в рамках проводимого исследования, степенью приближения к действительности.
Однако на практике получение модели достаточно простого вида для сложных систем чаще всего невозможно, поэтому обычно процесс функционирования системы разбивается на ряд элементарных подпроцессов. При этом необходимо так производить разбиение, чтобы построение моделей отдельных подпроцессов было элементарно и не вызывало трудностей при формализации. Таким образом, на этой стадии сущность формализации подпроцессов будет состоять в подборе типовых математических схем. Для стохастических процессов ими являются схемы массового обслуживания(СМО).
Основные требования, предъявляемые к модели процесса функционирования системы:
Полнота модели, то есть пользователь может получать набор оценок исследуемых характеристик системы с заданной точностью и достоверностью;
Гибкость модели должна давать возможность варьирования структуры, алгоритмов и параметров системы;
Длительность разработки и реализации модели сложной системы должна быть по возможности минимальной;
Структура модели должна быть блочной и допускать удаление, добавление и замену блоков без переделки всей модели;
Программные и технические средства должны обеспечивать эффективную машинную реализацию модели и удобное обращение с ней пользователя;
Должно быть организовано проведение целенаправленных экспериментов с моделью системы с использованием аналитико-имитационного подхода.