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

Лабораторная работа № 1

Детерминированное моделирование вычислительной системы

Цель работы: изучение основных принципов имитационного моделирования вычислительных систем (ВС); создание и отладка имитационной модели конкретной ВС на одном из универсальных языков программирования.

Имитационная модель (ИМ) представляет собой отображение некоторого идеализированного процесса функционирования реальной вычислительной системы. Для детерминированной модели предполагается отсутствие всяких случайных воздействий, при этом реальные случайные величины заменяются, как правило, их математическими ожиданиями.

Составление имитационной модели проводят на основе алгоритмической модели процесса, представленной, в частности, Q-схемой.

Программа, являющаяся имитационной моделью, описывает последовательный вычислительный процесс. При этом параллельные процессы функционирования ВС отображаются на один последовательный, реализуемый ЭВМ. Главные задачи такого отображения – создание и продвижение модельного времени, синхронизация в этом времени событий, происходящих в ВС, обеспечение «псевдораспараллеливания» процессов, создание средств слежения за правильностью работы модели.

Таким образом, этапы построения ИМ следующие:

-создание формальной схемы функционирования ВС;

-определение единицы модельного времени;

-определение существенных для модели внешних воздействий, параметров и характеристик;

-теоретическая оценка результатов;

-выбор универсального языка программирования и оформление на нем ИМ.

Пример построения ИМ

Концептуальная модель.

Вычислительный зал представляет собой двухмашинный вычислительный комплекс. Время прихода пользователей распределено по равномерному закону в интервале от 1 до 5 мин. Если ЭВМ1 занята, пользователь выполняет свое задание на ЭВМ2. Если обе ЭВМ заняты, пользователю отказывают в обслуживании. Время обработки задания на ЭВМ1 имеет

1

нормальный закон распределения с математическим ожиданием 6 мин, дисперсией 2 мин, на ЭВМ2 – экспоненциальный закон распределения с математическим ожиданием 7 мин.

Смоделировать работу вычислительного зала в течение 8 часов. Определить процент заданий,

выполненных на ЭВМ1. Варьируя параметрами системы, определить ее оптимальную структуру, обеспечивающую минимальное время простоя оборудования.

Этапы построения ИМ

1.Строится формальная схема (Q-схема) заданной вычислительной системы (рис. 1).

2.Определяется множество внешних воздействий, внутренних параметров,

характеристик, существенных для анализа функционирования системы.

Внешние воздействия: tps – время между заявками.

Внутренние параметры и характеристики системы: tm1 – время обработки задания на ЭВМ1;

tm2 – время обработки задания на ЭВМ2;

sm1 состояние ЭВМ1 (sm1 = false – ЭВМ1 свободна; sm1 = true – ЭВМ1 занята);

sm2 состояние ЭВМ2 (sm2 = false – ЭВМ2 свободна; sm2 = true – ЭВМ2 занята);

ns – наличие заявки на входе системы;

kr1 – количество заявок, выполненных на ЭВМ1; kr2 – количество заявок, выполненных на ЭВМ2; kot – количество отказов в обслуживании заявок.

И

К1

Обслуженные ЭВМ1 запросы

К2

Обслуженные ЭВМ2 запросы

Поток необслуженных заявок

2

Рис. 1. Q – схема вычислительной системы: каналы К1 и К2 ЭВМ1 и ЭВМ2

соответственно; И – источник запросов

3. На первом этапе имитационного моделирования создается детерминированная модель заданной вычислительной системы, стохастические потоки заменяются их математическими ожиданиями:

время между приходом пользователей – 3 мин,

время обработки задания на ЭВМ1 – 6 мин,

время обработки задания на ЭВМ2 – 7 мин.

4.За единицу модельного времени (емв) принимается минимальный интервал реального времени, в течение которого система не меняет своего состояния. В данной задаче за емв целесообразно принять 1 мин. Таким образом, время работы системы – 8 часов или 480 единиц модельного времени.

5.Рассчитывается теоретически значение выходной характеристики – процент выполненных на ЭВМ1 заданий.

Работу данной вычислительной системы отразим временными диаграммами (рис. 2).

Рис. 2. Временные диаграммы работы системы

3

Рис. 3. Блок-схема моделирующего алгоритма

5

А

нет

SM2=true

да

tektm2=tektm2+1

tektm2>tm2 нет

да

SM2=false, tektm2=0 kr2=kr2+1

ns=false

t=t+1

B

Рис. 3. Окончание

6

7. Разрабатывается моделирующая программа на одном из языков программирования. В

данном примере моделирующая программа представлена в двух вариантах: на языке Паскаль и на языке Си.

kot: integer; {количество отказов в обслуживании пользователей}

{ввод параметров системы} clrscr;

writeln('введите исходные данные(в ед. модельного времени):'); write('время между приходом пользователей =>');

readln(tps);

write('время обработки задания на ЭВМ1 =>'); readln(tm1);

write('время обработки задания на ЭВМ2 =>'); readln(tm2);

while t <= 480 do {условие продолжения работы системы} begin

tektps:=tektps+1; {изменение текущего времени между заявками} if tektps>=tps then {поступила очередная заявка}

begin ns:=true; tektps:=0;

end;

if sm1 then {ЭВМ1 обрабатывает заявку} begin

{изменение текущего времени работы ЭВМ1} tektm1:=tektm1+1;

if tektm1>tm1 then {заявка выполнена} begin

sm1:=false; {освобождаем ЭВМ1}

7

end;

t:=t+1; {переход к следующему моменту модельного времени}

end;

{система отработала заданное время} proz:=kr1*100/(kr1+kr2+kot);

{вывод результатов на экран} writeln; writeln;

writeln('за 8 часов работы системы на ЭВМ1 выполнено', proz:7:1,'% поступивших заявок:');

writeln('на ЭВМ2 выполнено',(kr2*100/(kr1+kr2+kot)):7:1, '% поступивших заявок:');

writeln('отказано в обслуживании',(kot*100/(kr1+kr2+kot)):7:1,'%'); writeln;writeln('нажмите на <ВВОД>');

readln; end.

Моделирующая программа на языке Си

#include<stdio.h>

#include<conio.h>

8