27. Імітаційне моделювання електронних пристроїв от: процес, подія, активність.

В настоящее время наи­более часто при анализе структурных схем используются методы имитационного моделирования. Это вызвано тем, что в отличие от аналитической имитационная модель, будучи алгоритмической по способу представления, может быть создана практически для лю­бой системы, а внесение изменений в имитационную модель суще­ственно проще, чем в аналитическую.

Для имитационного моделирования разрабатывается соответ­ствующая модель имитируемой системы. Модель строится так, чтобы отразить исследуемые характеристики системы (надежность, точность, производительность). Построение модели системы осу­ществляется на основе ее описания. Описание системы представ­ляется в виде схем, текстов, формул, таблиц экспериментальных данных, характеризующих предлагаемую структуру и функционирование системы, и содержит также характеристики внешних воз­действий и окружающей среды.

Обычно при структурном проектировании имеют дело с двумя типами задач. В этих задачах либо определяется качество функ­ционирования системы (надежность, точность, пропускная способ­ность), либо система рассматривается с позиций теории массового обслуживания и при моделировании определяется наличие оче­редей запросов к устройствам, простои устройств, коэффициент использования устройств.

Методы имитационного моделирования используются при решении задач обоих типов. Различия в решении задач заключают­ся в способах моделирования работы отдельных устройств. В задачах первого типа предполагается достаточно точное аналитиче­ское (либо алгоритмическое) описание работы каждого из блоков системы с точки зрения решаемой задачи. В задачах второго ти­па каждый из блоков системы описывается, статистическими ха­рактеристиками, определяющими время его работы (математическое ожидание времени срабатывания, дисперсия и т. п.).

Работа проектируемой системы для задач первого и второго типов анализируется путем многократного расчета реакций сис­темы на случайные внешние воздействия или случайные вариации параметров ее устройств. Статистическая обработка результатов, полученных при моделировании, дает оценки характеристик моде­лируемой системы, на основе которых выполняется коррекция схе­мы и модели. Схематично последовательность операций структур­ного проектирования представлена на рис.

Рис. 0бщая схема процесса проектирования структуры

Принципы организации моделирования. При моделировании структур систем с целью выяснения динамики их работы используются понятия: процесс, активность, событие.

Под процессом понимают описание алгоритма работы некоторой части системы в терминах работы ее блоков. В свою очередь работа каждого блока задается активностью. Блок активен, если к нему был запрос и он находится в состоянии обработки запроса. Основной характеристикой активности является время. При моделировании работы блока это время задается или может быть определено. Процесс является логически связанным набором активностей. Выделение понятий активности и процесса определяется уровнем рассмотрения системы. Так, при рассмотрении на более высоком уровне процесс может рассматриваться как активность, а при рассмотрении с большей степенью детализации активность может рассматриваться как процесс и состоять из набора других активностей.

Например, в ЭВМ выполнение операции обмена информацией с накопителями на магнитных дисках (НМД) можно рассматривать как процесс, включающий в себя три активности: установки головок считывания записи, задержки времени на время вращения носителя с нужной записью и передачи данных. Процесс более высокого уровня – выполнение программы – может содержать активности вычисления и обмена информацией с диском. Программа в свою очередь может рассматриваться как составная часть, т.е. активность задания.

Активность (т.е. выполнение каких-либо операций) инициируется в результате совершения событий. Событие – это изменение состояния какого-либо объекта системы либо запрос извне системы. Окончание работы какого-либо блока – окончание активности – является событием, которое может возбудить другие активности.

Процессы, активности и события являются основными элементами, с помощью которых можно описать динамическое поведение системы.

Структурное моделирование динамики поведения системы сводится к следующим основным действиям.

Моделирование времени поступления внешних запросов. Момент их появления определяется в соответствии с известными статистическими характеристиками внешних процессов.

Моделирование действий, соответствующих событиям, происходящим в системе (определение реакции на внешние запросы и на окончание активностей). К этим действиям относятся освобождение и занятие отдельных блоков системы, определение выполнения условий, требуемых для инициации следующих активностей, инициации активностей и др.

Моделирование интервалов времени активных состояний блоков системы. Время активного состояния блока вычисляется на вероятностной или детерминированной основе в зависимости от принципов работы блока.

Наблюдение за поведением системы и накопление статистических сведений в течение заданного интервала времени моделирования. Определяется время простоя блоков, наличие и размеры очередей к ним, процент занятости во времени и т. п.

Важным моментом в программах моделирования является способ слежения за временем и его учет. В ранних программах время постепенно увеличивалось на некоторую достаточно малую величину ∆t, при этом каждый раз анализировалось состояние моделируемой системы. В настоящее время обычно используется событийный принцип, который заключается в том, что состояние моделируемой системы анализируется в моменты возникновения событий в модели. Технически это реализуется с применением списка будущих событий.

В этот список в процессе моделирования упорядочений (в порядке увеличения времени) записывается каждое событие, которое должно произойти в системе, и момент времени, когда оно произойдет. Время же появления событий определяется длительностью выполнения активностей, либо при помощи моделирования внешних запросов. В том и другом случае оно либо известно, либо вычисляется на основании характеристик процессов. Текущее событие, обрабатываемое системой, считывается из вершины списка. Это событие инициирует какие-либо активности. Для этих активностей вычисляются моменты завершения, которые и заносятся в список будущих событий. Затем считывается следующее событие из списка, выполняются необходимые действия и т.д. В моменты считывания событий происходит изменение показаний счетчика модельного времени, который всегда показывает время наступления последнего обработанного события.