Metod_B1.V.DV.23.01_09.03.01_04.06.2016_kp

ВВЕДЕНИЕ

Современные системы характеризуются большой сложностью и нелинейностью, в связи с чем многие характеристики могут быть получены,

зачастую, только моделированием. С другой стороны, вычислительные системы являются мощным исследовательским инструментом и, в свою очередь, его объектом. Это усложняет моделирование, так как с одной стороны требуются знания методов моделирования, а с другой - хорошее знание процессов,

происходящих в самих вычислительных системах. Исследуемые процессы носят чаще всего недетерминистский характер, что, в свою очередь, определяет моделирование случайных явлений и их статистический анализ и отображение.

Курсовое проектирование проводится с целью получения практических навыков моделирования сложных вычислительных систем и сетей.

Учебное пособие является частью научно-методических материалов,

поддерживающих изучение курса «Моделирование» по направлению 09.03.01 -

Информатика и вычислительная техника. В нем рассматриваются вопросы методики выполнения и оформления курсовых работ на основе материалов

/1,2,3,4 / и индивидуальных заданий, ориентированных на решение задач анализа при проектировании вычислительных систем, формализованных в виде схем массового обслуживания /5/.

1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Курсовая работа предназначена для практического усвоения и закрепления основных разделов дисциплины «Моделирование». Получив индивидуальное задание, студент выполняет все этапы моделирования, прорабатывает лекционный материал, рекомендованную литературу, оформляет пояснительную

3

записку в соответствии с требованиями к оформлению технической документации

- ЕСПД /6,7/.

2. ЭТАПЫ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

Выполнение курсовой работы основано на общей технологии моделирования, состоящей из трех основных этапов.

1.Построение концептуальной модели моделируемого объекта и ее формализация.

2.Построение моделирующего алгоритма и его реализация.

3.Получение и интерпретация результатов моделирования.

Первый этап представляет собой формализацию описания моделируемого объекта на основе выбранной теоретической базы. В начале этого этапа на естественном языке дается описание состава исследуемого объекта и процесса взаимодействия между элементами объекта и объекта с внешней средой.

Второй этап включает в себя все действия по созданию имитационной модели, которые заключаются в составлении программы для ЭВМ на основе выбранного для этой цели языка моделирования. На этом этапе осуществляется проверка полученной моделирующей программы на соответствие ее той теоретической схеме, которая была положена в основу формального описания объекта моделирования и проводится исследование на разработанной модели путем "прогона" ее на ЭВМ. Перед началом исследований полезно составить такую последовательность "прогонов" модели, которая за минимальное машинное время позволила бы получить необходимый объем информации при заданном составе и достоверности исходных данных. В конце этапа осуществляется обработка результатов проведенного исследования с целью представления их в виде, удобном для анализа.

Третий этап представляет собой анализ результатов исследования. На этом этапе оцениваются те свойства реальной системы, которые наиболее важны для исследования. На основе анализа результатов подготавливаются окончательные

4

выводы по проведенному моделированию и разрабатываются рекомендации по использованию результатов моделирования для достижения поставленных целей.

В соответствии с рассмотренной технологией моделирования выделяются этапы проектирования.

Подготовительный этап. Студент выполняет анализ поставленной задачи моделирования объекта, знакомится с рекомендованной литературой и подготавливает обзор. Следует ясно представить цели решаемой задачи моделирования и внимательно анализировать требования, предъявленные к разработке концептуальной модели.

Проектный этап. На этом этапе студент рассматривает различные пути решения поставленной задачи моделирования объекта, выбирает критерий оценки эффективности модели, разрабатывает моделирующий алгоритм и программное обеспечение моделирования, производит оценку правильности выбранных алгоритмических решений и возможностей программной реализации модели на ЭВМ, а также изучает соответствующий инструментарий.

Реализационный этап. Проводится планирование машинного эксперимента,

его реализация и анализ результатов моделирования на ЭВМ. Следует обратить внимание на полноту, правильность и аккуратность ведения документации в ходе выполнения курсовой работы, выбор методики машинного эксперимента с моделью системы, полноту проверки правильности работы программы моделирования, правильность разработанного программного обеспечения моделирования и оценку корректности полученных результатов моделирования с привлечением соответствующих статистических методов.

Оформительский этап. Студент обязан оформить пояснительную записку и графический материал в соответствии с требованиями к оформлению технической документации, регламентируемыми ЕСПД.

Заключительный этап. На этом этапе проводится защита курсовых работ.

Студент предоставляет руководителю окончательно оформленную пояснительную записку к курсовой работе не позже чем за два дня до защиты. На заключительном этапе проводятся подготовка доклада и защита курсовой работы.

5

Рекомендуется следующая последовательность изложения доклада:

а) Тема курсовой работы.

б) Постановка задачи моделирования системы.

в) Краткий анализ состояния изучаемого вопроса. Обоснование и принятие решения по машинному моделированию.

г) Анализ полученных результатов моделирования.

3. ТЕМАТИКА КУРСОВЫХ РАБОТ

Темы курсовых работ соответствуют основным разделам учебной программы дисциплины " Моделирование" и могут быть связаны с другими дисциплинами учебного плана. Задания на курсовые работы являются индивидуальными. Общая направленность тематики курсовых работ иллюстрируется приведенными ниже примерами типовых заданий. В отдельных случаях возможны темы исследовательского характера.

Примеры типовых заданий.

Задание 1.

На ЭВМ поступают два потока задач. В первом потоке поступление задач распределено по равномерному закону с временными интервалами 6±4. Во втором потоке интервалы распределены по нормальному закону с параметрами:

математическое ожидание m=5, дисперсия D=3. Второй поток имеет более высокий приоритет, чем первый и он прерывает процесс решения задач первого потока. Время решения задач первого потока распределено по равномерному закону 12±3, второго - по равномерному закону 10±2.

Промоделировать работу ЭВМ за 8 часов. Определить количество решенных задач первого потока.

Задание 2.

Распределенный банк данных системы сбора информации организован на базе двух ЭВМ, соединенных дуплексным (двунаправленным) каналом связи.

Поступающий запрос обрабатывается на ЭВМ1 в течение времени,

распределенного по Бета закону* с параметрами m = 0.4c, D = 2, и с вероятностью

6

0.5 необходимая информация обнаруживается в ресурсах ЭВМ1. В противном случае необходима посылка запроса в ЭВМ2. Запросы поступают через 1±0.6 с,

обработка запроса на ЭВМ1 занимает 2±1с, посылка запроса в ЭВМ2 - 0.5±0.1 с,

передача по каналу связи ответа от ЭВМ2 к ЭВМ1 требует время, распределенное по экспоненциальному закону с параметром m = 0.4с.

Промоделировать прохождение 400 запросов. Определить процент запросов, обслуженных ресурсами только ЭВМ1. Варьируя параметрами системы,

определить ее оптимальную структуру, обеспечивающую минимальное время простоя оборудования.

* Алгоритмы генерации используемых в заданиях распределений случайных величин представлены в / 3/.

Задание 3.

Специализированная вычислительная система состоит из 3 процессоров и общей оперативной памяти (ОП). Задания, поступающие на обработку через интервалы времени, распределенные по закону Эрланга с параметрами m = 0.5

мин , D = 2, занимают объём ОП 20 Кбт. После трансляции первым процессором в течение 1±0.6 мин. они поступают в ОП, причем их объем увеличивается до 50

Кбт. Затем после редактирования во втором процессоре в течение 2 ± 0.3 мин.,

объем возрастает до 70 Кбт. Отредактированные задания через ОП поступают на решение, требующее время, распределенное по нормальному закону с параметрами m = 3 мин., среднеквадратическим отклонением σ = 1, и покидают систему, минуя ОП. Доступная память составляет 300 Кбт. Если в момент поступления задания память занята, задание покидает систему не обслуженным.

Промоделировать работу вычислительной системы в течение 20 часов.

Определить число отказов. Варьируя параметрами системы, определить ее оптимальную структуру, обеспечивающую минимальное время простоя оборудования.

Задание 4.

Система обработки информации содержит канал и три ПЭВМ. Сигналы от датчиков поступают на вход канала через 30±5мкс. В канале они буферизуются и

7

предварительно обрабатываются в течение 30±10 мкс. Затем они поступают на обработку в ПЭВМ, которая имеет наименьшую по длине входную очередь.

Емкости входных накопителей во всех ПЭВМ рассчитаны на хранение величин 10

сигналов. Время обработки сигнала в первой ПЭВМ распределено по Гамма закону с параметрами m = 1.5 мкс, D = 0.5, второй и третьей ПЭВМ - по показательно-степенному с параметром m = 2 мкс.

Промоделировать процесс обработки 500 сигналов, поступающих с датчиков. Определить время работы системы. Варьируя параметрами системы,

определить ее оптимальную структуру, обеспечивающую минимальное время простоя оборудования.

Задание 5.

В системе коллективного пользования 7 пользователей. Время между поступлениями сообщений от каждого пользователя имеет Рэлеевский закон распределения с параметром m= 1.25 мин. Запросы пользователя поступают в процессор, где обрабатываются в течение 2 i±l мин., где i-номер пользователя.

Если в момент поступления запроса процессор занят, то запрос ставится в очередь и обслуживается в порядке поступления. Время между поступлениями запроса и началом обслуживания называется временем ответа системы. Определить максимальное время ответа в системе по каждому пользователю. Общее время работы системы 5 часов.

Варьируя параметрами системы, определить ее оптимальную структуру,

обеспечивающую минимальное время простоя оборудования.

Задание 6.

На ЭВМ для обработки принимаются три класса заданий А, В и С. Исходя из наличия оперативной памяти ЭВМ задания классов А и В могут решаться одновременно, а задания класса С монополизируют ЭВМ. Задания классов А, В, С

поступают через 5±2, 4±2, 4±1мин, соответственно, и требуют для выполнения:

класс А - время, распределенное по нормальному закону с параметрами m = 6, σ = 2, класс В - время, распределенное по Хи-квадрат закону с параметром m = 4 мин.,

8

и класс С - 5±1 мин. Задачи класса С загружаются в ЭВМ, если она полностью свободна, задачи классов А и В могут дозагружаться к решаемой задаче.

Промоделировать работу ЭВМ за 80 часов. Определить количество выполненных заданий. Варьируя параметрами системы, определить ее оптимальную структуру, обеспечивающую минимальное время простоя оборудования.

Задание 7

В системе обрабатываются заявки от трех типов пользователей. Доступ пользователей к ЭВМ осуществляется через один из 4-х терминалов. Время прихода пользователей имеет нормальный закон распределения с m = 7, σ =2.

Работа на терминале занимает 3i±0.5 мин., где i - номер терминала. Далее задания буферизуются и поступают на один из двух ЭВМ. С 1-го и 2-го терминалов - на ЭВМ1, с 3 и 4 - на ЭВМ2. Время обработки задания с 1 и 2 терминалов имеет равномерный закон распределения в интервале 3-9 мин, с 3 и 4 терминалов - закон распределения Лапласа с m = 5мин., D = 1.

Промоделировать работу системы в течение 8 часов. Определить количество обработанных заданий. Варьируя параметрами системы, определить ее оптимальную структуру, обеспечивающую минимальное время простоя оборудования.

Пример индивидуального задания исследовательского характера:

математическое моделирование поведения вероятностного преобразователя

/8/ типа код - вероятность (класс комбинационных схем).

Цель моделирования - оценка работоспособности вероятностного преобразователя при заданных ограничениях на входные и выходные вероятностные параметры.

Исходные данные.

Задана схема преобразователя код-вероятность, синтезированная в функционально полном базисе {V,^,-} по функции алгебры логики от 2n

переменных, имеющей минимальную сложность. Оценить аналитическим моделированием по заданным формулам погрешность преобразования этого типа

9

схем (при заданных входных вероятностных параметрах). Изменяя входные вероятностные параметры в заданных пределах, исследовать "устойчивость"

выходных вероятностных параметров преобразователя. 4.ТРЕБОВАНИЯ К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

4.1. Объем и содержание курсовой работы

Общий объем пояснительной записки не должен превышать 25-30 листов.

Пояснительная записка к курсовой работе должна давать достаточно полное представление о принципе решения задачи моделирования системы с обоснованием правильности решения задачи на ЭВМ. Записка иллюстрируется схемами и программами, выполняемыми с соблюдением всех требований ЕСПД.

Эти схемы и программы входят в общий объем пояснительной записки и нумеруются. Пояснительная записка к курсовой работе должна включать в указанной последовательности следующие разделы: титульный лист; бланк задания, подписанный руководителем и заведующим кафедрой; содержание

(оглавление) с указанием страниц; введение, разделы и подразделы основной части; заключение; список литературы; приложения (при необходимости).

Содержание основных разделов пояснительной записки следующее:

Титульный лист должен соответствовать установленному образцу (см.

приложение 1).

Содержание включает наименование всех разделов курсовой работы, а

также подразделов и пунктов, если они имеют наименование.

Основная часть состоит из разделов, в которых рассматривается существо проблемы, дается аналитический обзор возможностей исследования заданного объекта моделирования, обоснование выбранного подхода к моделированию,

описание концептуальной модели, ее структурная схема, описание алгоритмов и программ, результаты моделирования, анализ полученных на модели результатов и выводы по их использованию для исследования объекта моделирования.

10