5.3. Пакеты прикладных программ моделирования

СИСТЕМ

Метод машинного моделирования все глубже входит в практику решения конкретных задач исследования и проектирования систем, ходит свое применение для широкого круга проблем в различных сферах (автоматизированные системы управления, системы автома­тизации научных исследований и экспериментов, информационно-вычислительные системы и сети коллективного пользования, систе­мы автоматизированного проектирования и т. д.). В решение этих задач вовлекается все большее количество специалистов разных квалификаций, часто далеких от использования средств вычис­лительной техники. Поэтому для таких пользователей должны быть разработаны специальные средства подготовки и общения с ЭВМ, позволяющие автоматизировать этот трудоемкий процесс [17,37].

Таким образом, возникает вопрос о создании автоматизирован­ной системы моделирования (АСМ), которая должна повысить эф­фективность выполнения пользователем следующей совокупности процедур: преобразование к типовым математическим схемам эле­ментов моделируемой системы S и построение схем сопряжения; обработка и анализ результатов моделирования системы S; ре­ализация интерактивного режима с пользователем в процессе моде­лирования системы S.

Понятие пакета прикладных программ. Создание проблемно-ори­ентированных комплексов, в том числе и АСМ, называемых пакета­ми прикладных программ, является важным направлением работ в современной вычислительной математике. При создании пакетов прикладных программ моделирования (ППМ) помимо разработки и отбора моделирующих алгоритмов и программ существенное место занимают работы по соответствующему системному обес­печению. Быстрота и удобство решения задач моделирования конк­ретных классов систем S при использовании ППМ достигаются сочетанием в единой архитектуре функционального наполнения, состоящего из модулей и покрывающего предметную область мо­делирования, и специализированных средств системного обеспече­ния, позволяющих сравнительно легко реализовать различные зада­ния и обеспечивающих пользователя разнообразным сервисом при подготовке задач моделирования и проведении машинных экспери­ментов с моделью М_м.

Характерно, что в ходе разработки и машинного эксперимента модель объекта претерпевает многочисленные изменения, которые неизбежно влекут за собой изменения соответствующих рабочих программ. В настоящее время ППМ является практически единст­венной приемлемой формой организации программ моделирова­ния, позволяющей «удержаться на плаву» в безбрежном море вер­сий и вариантов исходной концептуальной модели. Кроме того, пакетная организация программ машинного эксперимента с моделью с лью М_м дает возможность систематизировать выполнение исследований, используя теорию планирования экспериментов и способствуя тем самым повышению достоверности получаемых результата моделирования конкретной системы S.

Одной из важных проблем в области использования вычислительной техники для моделирования систем является проблема общения человека с ЭВМ при разработке модели и ее эксплуатации Для повышения эффективности такого общения требуются соответствующие алгоритмы и программные средства. Здесь можно выдылить три направления работ: 1) создание программных среден обеспечивающих пользователя различными инструментами для аи томатизации разработки программ; 2) создание программш средств, упрощающих процесс эксплуатации сетей ЭВМ инженера диспетчерским персоналом, а также обеспечивающих эффективна использование всех вычислительных ресурсов; 3) создание про­граммных средств, предоставляющих пользователям разнообрау ные услуги при решении прикладных задач. Эти три направлена сводятся соответственно к повышению уровня инструментальном исполнительной и тематической квалификации вычислительной машины.

Таким образом, пакеты прикладных программ являются одна из основных форм специализированного программного обеспечения. НИМ — это комплекс взаимосвязанных программ моделиро­вания и средств системного обеспечения (программных и языювых), предназначенных для автоматизации решения задач моделирования. Весь круг работ, связанных с разработкой алгоритма и программ моделирования, а также с подготовкой и проведением машинных экспериментов, называется автоматизацией моделирова­ния и реализуется в виде конкретных АСМ.

В структуре НИМ можно выделить три основных компонент функциональное наполнение, язык заданий и системное наполнение

Функциональное наполнение пакета. Функциональное наполнен» ППМ отражает специфику предметной области применительно к конкретному объекту моделирования, т. е. системе S, и представ­ляет собой совокупность модулей. Под модулем здесь понимаете конструктивный элемент, используемый на различных стадиях фун­кционирования пакета. Язык (языки), на котором записываются модули функционального наполнения, будем называть базовым языком ППМ. Состав функционального наполнения пакета, его мощность или полнота охвата им предметной области отражают объем прикладных знаний, заложенных в ППМ, т. е. потенциаль­ный уровень тематической квалификации пакета.

Одной из ключевых проблем разработки ППМ является модуляризация, т. е. разбиение функционального наполнения пакета на модули. Тщательно выполненный анализ объекта моделирования и проведенная на его основе модуляризация позволяют сократить объем работ по реализации ППМ, повышают его надежность и об­легчают дальнейшую эволюцию пакета.

Число разнообразных форм модулей, используемых в пакетах, весьма велико. Прежде всего следует выделить программные моду­ли, модули данных и модули документации. Для программных модулей известны, например, такие формы, как подпрограмма; конструкция алгоритмического языка, допускающая автономную трансляцию; макроопределение; файл, содержащий такой текст фрагмента программы, который рассматривается как самостоятель­ный объект для изучения или редактирования; набор указаний, задающих способ построения конкретной версии программы; ре­ализация абстрактного типа данных и др.

Уточним, что понимается под конструктивностью модуля. Пре­жде всего имеется в виду алгоритмическая конструктивность, так как модуль представляет собой элемент полученного в результате модульного анализа предметной области алгоритмического базиса, служащего основой для построения программ моделирования. Кро­ме того, на алгоритмическую конструктивность модулей влияют структуры типичных вычислительных алгоритмов, связи между эле­ментами алгоритмического базиса, используемые в этих структу­рах, информационные потоки.

Помимо алгоритмической следует выделить и технологическую конструктивность модулей, определяемую дисциплиной работы в конкретной машинной модели М_м и системной средой, на базе которой разрабатывается и эксплуатируется ППМ. На технологи­ческую конструктивность воздействуют такие факторы:

— формы представления программных модулей М_м;

— виды управляющих связей между отдельными частями про­граммных комплексов (открытые и закрытые подпрограммы);

— методы разработки (сверху вниз, снизу вверх и др.) про­граммных комплексов, применяемые при работе с моделирующим алгоритмом системы S;

— базовый язык или языки программирования, используемые при подготовке программ моделирования;

— ограничения на размеры программ моделирования;

— возможности штатных системных средств, обеспечивающих редактирование связей, загрузку и сегментацию программных ком­плексов, редактирование текстов.

Требования, вытекающие из алгоритмической и технологичес­кой конструктивности, составляют в совокупности регламент модуляризации, т. е. принятую разработчиками пакета форму представ­ления материала в функциональном наполнении, а также способы его создания и эволюции. Если описание языка заданий рассматри­вать как спецификацию сопряжения пользователя с пакетом, то посредством регламента модуляризации определяется сопряжение с пакетом (точнее, с функциональным наполнением пакета) его разработчиков.

Язык заданий пакета. Язык заданий ППМ является средством общения пользователя (разработчика или исследователя машинной модели М_ы процесса функционирования системы S) с пакетом . Он позволяет описывать последовательность выполнения различных операций, обеспечивающих решение задачи моделирования, или постановку задачи моделирования, которой эта последователь­ность строится автоматически. Архитектура ППМ, т. е. предостав­ляющийся пользователю внешний вид АСМ, определяется тем, какие задачи система может решать и какие возможности дает она пользователю. Язык заданий отражает основные архитектурные решения, принятые разработчиками ППМ, стремившимися повы­сить уровень квалификации вычислительной системы в определен­ной прикладной области. Именно через язык заданий пользователь воспринимает и оценивает, какие «вычислительные услуги» пред­оставляет АСМ и насколько удобно их использование, т. е., други­ми словами, каков фактический уровень тематической квалифика­ции системы.

Общая структура и стиль языка заданий ППМ в значительной степени зависят от дисциплины работы, принятой в обслуживаемой пакетом предметной области. Можно выделить две основные (в определенном смысле противоположные) дисциплины проведения моделирования:

— активную дисциплину, предусматривающую при создании ко­нкретных рабочих программ модели М_м модификацию и настройку имеющихся модулей функционального наполнения, а также раз­работку новых модулей;

— пассивную дисциплину, предусматривающую проведение ма­шинных экспериментов с моделью М_м без модификации функци­онального наполнения ППМ.

Активная дисциплина работы свойственна специалистам, созда­ющим программное обеспечение АСМ, а пассивная дисциплина характерна для деятельности так называемых конечных пользова­телей, т. е. специалистов, которые не обязательно имеют высокий уровень подготовки в области программирования. Такое выделение двух дисциплин работы достаточно условно и преследует цель подчеркнуть контрастность системных подходов, используемых при автоматизации процесса моделирования.

Так, характерной особенностью языков заданий пакетов, об­служивающих проведение моделирования в режиме активной дис­циплины, является их направленность на описание схем программ решения конкретных задач моделирования процессов, причем цент­ральное место в таких языках (их обычно называют языками сбор­ки) занимают не средства описания данных и манипулирования ими, что свойственно универсальным процедурно-ориентирован­ным языкам программирования, а средства:

— конструирования схем программ, в которых указывается порядок выполнения и взаимодействия модулей при моделировании конкретной системы S;

— развития или модификации функционального наполнения

ППМ;

— управления процессами генерации и исполнения рабочей про­граммы, реализующей задание пользователя.

Главная цель разработки языка заданий ППМ, обеспечивающе­го решение задач моделирования в режиме пассивной дисциплины, заключается в том, чтобы «спрятать» от конечного пользователя основную массу алгоритмических подробностей моделирования его конкретной системы S, или, другими словами, повысить уровень непроцедурное™ языка. Такие языки, называемые языками запро­сов, ориентированы обычно на формулирование содержательных постановок задач, т. е. запросов, указывающих, «что необходимо получить», без явного задания того, «как это получить». Пользова­тель тем самым избавляется от необходимости конкретизировать способы и средства решения его задачи моделирования конкретной системы S, что позволяет понизить порог требований к уровню его программистской подготовки.

Язык заданий ППМ может быть реализован как в форме само­стоятельного языка, так и в форме встроенного языка, т. е. расшире­ния существующего языка программирования. Независимо от формы реализации разработчик языка должен стремиться к тому, чтобы лексика, синтаксис и семантика языка заданий были как можно ближе к пользовательскому восприятию решаемых задач моделирования, т. е. чтобы языковые конструкции приближались к концептуальной модели М_х.

Системное наполнение пакета. Системное наполнение ППМ пред­ставляет собой совокупность программ, которые обеспечивают вы­полнение заданий и взаимодействие пользователя с пакетом, адек­ватное дисциплине работы в данной прикладной деятельности. Можно сказать, что системное наполнение организует использова­ние потенциала знаний, заложенных в функциональном наполнении, в соответствии с возможностями, предусмотренными в языке зада­ний ППМ. Реализация функций системного наполнения ППМ осу­ществляется на основе согласованного использования:

— штатных общецелевых средств системного обеспечения;

— средств системного наполнения, расширяющих и сопрягаю­щих возможности компонентов штатного обеспечения;

— специальных средств системного наполнения, выполняющих управляющие, архивные и обрабатывающие процедуры с учетом специфики моделирования процесса функционирования системы S.

Язык (языки), на котором пишутся программы системного напо­лнения пакета, называется инструментальным языком ППМ.

Можно выделить такие ставшие уже традиционными состав­ляющие системного наполнения пакета:

— резидентный монитор, осуществляющий интерфейс какмежду отдельными компонентами системного наполнения, так и между ними и штатным программным обеспечением;

— транслятор входных заданий, формирующий внутреннее представление заданий и реализуемый обычно в виде макрогенера­тора или препроцессора;

— интерпретатор внутреннего представления задания;

— архив функционального наполнения (подсистема хранения программного материала);

— банк данных об объекте моделирования и машинном экс­перименте;

— монитор организации процесса машинного моделирования (взаимодействия модулей по данным и управлению);

— планировщик процесса машинного моделирования, который определяет последовательность выполнения модулей, реализу­ющую задание ППМ;

— монитор организации интерактивного взаимодействия с пользователем (исследователем системы S).

Программные средства АСМ. Напомним, что под ППМ, ориен­тированным на решение задач машинного моделирования систем, понимается комплекс программных средств и документов, предназ­наченных для реализации функционального завершенного алгорит­ма моделирования процесса функционирования системы 5 и обес­печивающих автоматизацию управления ведением эксперимента с моделью М_м на ЭВМ [17, 37].

Сущность такого определения состоит в том, что ППМ не является набором готовых программ для проведения машинных экспериментов с моделью М_м, а представляет собой набор средств для разработки конкретных, удовлетворяющих требованиям пользователя рабочих программ моделирования, служащих для автоматизации определенных функций при построении модели, ма­шинном эксперименте и обработке результатов моделирования си­стемы S.

К программным средствам ППМ относится набор про­граммных модулей (тело пакета), из которых в соответствии с тре­бованиями пользователя по заданному алгоритму набирается конк­ретная рабочая программа моделирования заданного объекта. В со­став ППМ также входят управляющая программа, представля­ющая собой аналог супервизора ЭВМ; средства генерации рабочих программ для конкретного применения при решении задач модели­рования систем. Специальная программа (монитор) принимает от пользователя информацию о требуемой модификации программ, формирует из набора стандартных модулей законченные рабочие программы, готовые к реализации машинного эксперимента с мо­делью М_м. Такой процесс генерации (настройки) ППМ на конкрет­ные условия его использования создает значительную гибкость при решении задач автоматизации моделирования различных объектов.

между отдельными компонентами системного наполнения, так и между ними и штатным программным обеспечением;

— транслятор входных заданий, формирующий внутреннее представление заданий и реализуемый обычно в виде макрогенера­тора или препроцессора;

— интерпретатор внутреннего представления задания;

— архив функционального наполнения (подсистема хранения программного материала);

— банк данных об объекте моделирования и машинном экс­перименте;

— монитор организации процесса машинного моделирования (взаимодействия модулей по данным и управлению);

— планировщик процесса машинного моделирования, который определяет последовательность выполнения модулей, реализу­ющую задание ППМ;

— монитор организации интерактивного взаимодействия с пользователем (исследователем системы S).

Программные средства АСМ. Напомним, что под ППМ, ориен­тированным на решение задач машинного моделирования систем, понимается комплекс программных средств и документов, предназ­наченных для реализации функционального завершенного алгорит­ма моделирования процесса функционирования системы S и обес­печивающих автоматизацию управления ведением эксперимента с моделью М_м на ЭВМ [17, 37].

Сущность такого определения состоит в том, что ППМ не является набором готовых программ для проведения машинных экспериментов с моделью М_м, а представляет собой набор средств для разработки конкретных, удовлетворяющих требованиям пользователя рабочих программ моделирования, служащих для автоматизации определенных функций при построении модели, ма­шинном эксперименте и обработке результатов моделирования си­стемы S.

К программным средствам ППМ относится набор про­граммных модулей (тело пакета), из которых в соответствии с тре­бованиями пользователя по заданному алгоритму набирается конк­ретная рабочая программа моделирования заданного объекта. В со­став ППМ также входят управляющая программа, представля­ющая собой аналог супервизора ЭВМ; средства генерации рабочих программ для конкретного применения при решении задач модели­рования систем. Специальная программа (монитор) принимает от пользователя информацию о требуемой модификации программ, формирует из набора стандартных модулей законченные рабочие программы, готовые к реализации машинного эксперимента с мо­делью М_м. Такой процесс генерации (настройки) ППМ на конкрет­ные условия его использования создает значительную гибкость при решении задач автоматизации моделирования различных объектов.

Различают две разновидности генерации рабочих программ моде­лирования: статическую и динамическую.

При статической генерации из отдельных модулей формиру­ется рабочая программа моделирования, необходимая пользова­телю при исследовании конкретного объекта. При этом определя­ются необходимые устройства ввода-вывода информации, описыва­ются на специальном языке генерации необходимые свойства раз­рабатываемой программы. Созданная таким образом программа моделирования является одновариантной и при необходимости вне­сения изменений в процессе моделирования системы S требуется проведение новой генерации.

При динамической генерации заранее оговариваются все варианты рабочей программы моделирования системы S, которые могут потребоваться пользователю при машинном эксперименте с моделью М_м. При решении конкретной задачи моделирования, т. е. перед каждым новым прогоном программы в ходе машинного эксперимента, вводится специальная параметрическая карта, опре­деляющая требуемый на этом прогоне вариант программы. Мони­тор пакета собирает необходимые модули и помещает их в опера­тивную память ЭВМ для решения задачи моделирования. Условия проведения машинного эксперимента при динамической генерации являются более гибкими, но при этом увеличиваются затраты ма­шинных ресурсов на моделирование (увеличивается необходимый объем памяти и время моделирования каждого варианта модели системы S).

Кроме использования программных модулей, входящих в тело ППМ, пользователь имеет возможность подключать свои собствен­ные программы моделирования в точках пользователя. Имеется также возможность замены имеющихся модулей ППМ на собствен­ные, что еще больше расширяет возможности моделирования раз­личных вариантов систем.

Таким образом, программные средства ППМ объединяют в себе три главных качества: 1) содержат алгоритмические решения по проведению моделирования и обработке результатов моделирова­ния систем, доведенные до законченной машинной реализации; 2) имеют механизм автоматической настройки на параметры конк­ретных машинных экспериментов, задаваемые пользователем паке­та на этапе генерации рабочих программ моделирования; 3) позво­ляют дополнять генерируемые ППМ рабочие программы модели­рования пользовательскими блоками, расширяющими возможно­сти проведения машинных экспериментов с конкретными объект­ами моделирования из заданного класса.

Кроме программных средств ППМ содержит комплект докумен­тов, т. е. ППМ является хорошо документированной системой для разработки рабочих программ. Без наличия этой документации использование ППМ становится неэффективным. В состав комплек­та документов ППМ входят проектная документация, являющаяся

документацией разработчиков пакета, и пользовательская, необ­ходимая для эксплуатации пакета при решении конкретных задан моделирования.

Существенный момент подготовки к генерации рабочих про­грамм моделирования — обеспечение необходимой технической ба­зы, т. е. выбор необходимой для реализации функциональных воз­можностей ППМ конфигурации технических средств. Это не только выбор типа ЭВМ и используемой версии операционной системы, но и выбор объема памяти, средств сбора, преобразования и представ­ления информации. В описании каждого пакета указывается мини­мальная конфигурация технических средств, необходимая для его работы. При этом определяющими параметрами являются объем оперативной памяти ЭВМ, количество накопителей, необходимый набор средств ввода-вывода информации. Минимальная конфигу­рация технических средств обеспечивает удовлетворительную рабо­ту ППМ. Некоторое увеличение оперативной и промежуточной памяти, а также использование дополнительных периферийных средств повышает оперативность и расширяет возможности моде­лирования. Но при этом увеличиваются затраты на технические средства АСМ.

Структурно АСМ можно разбить на следующие комплексы программ: формирования базы данных об объекте моделирования (БДО); формирования базы данных о машинном эксперименте (БДЭ); моделирования процесса функционирования объекта; рас­ширения возможностей ППМ; организации различных режимов работы ППМ.

Комплекс программ формирования БДО реализует все работы по созданию в АСМ сведений о моделируемом объекте, т. е. систе­ме S. Причем в БДО эти сведения хранятся в стандартной форме, принятой в АСМ. Информация об объекте может корректироваться по мере получения новых сведений в процессе машинного модели­рования. Для формирования БДО требуются следующие програм­мы: ввода данных об объекте (сведения об элементах системы, типовых математических схемах и операторах их сопряжения); кор­ректировки введенной информации; перевода в стандартную форму; диспетчеризации процедур ввода; формирования БДО (расположе­ния информации во внешней памяти).

В результате работы комплекса программ формирования БДЭ в АСМ формируется база данных, т. е. сведения, достаточные для проведения конкретных экспериментов с машинной моделью объекта М_м. Информация для проведения машинного эксперимента переписывается из БДО и дополняется в соответствии с планом эксперимента факторами, реакциями, критериями оценки и т. п. Для формирования БДЭ необходимы следующие программы: ввода данных о планируемом эксперименте (сведений о факторах, реакци­ях, начальных состояниях и т. п.); формирования БДЭ (выделения сведений из БДО, необходимых и достаточных для реализации конкретного машинного эксперимента с моделью М_м); корректи­ровки введенной информации о машинном эксперименте; распо­ложения информации в архивах во внешней и оперативной памя­ти ЭВМ.

Комплекс программ моделирования процесса функционирова­ния объекта непосредственно осуществляет решение постановлен­ной задачи моделирования, т. е. реализует план ведения машинных экспериментов, их организацию на ЭВМ и обработку промежуточ­ных данных и результатов эксперимента, взаимодействие с пользо­вателем. Для решения задачи моделирования требуются следующие программы: управления машинным экспериментом, реализации стратегии эксперимента и его диспетчеризация; машинной имита­ции, включая организацию вычислений и взаимосвязь модулей модели М_ы; обработки и выдачи результатов моделирования систе­мы 5 в различных режимах взаимодействия с пользователем.

Комплекс программ расширения возможностей ППМ призван обеспечить пользователя средствами генерации новых программ моделирования при различных перестройках (объекта моделирова­ния, машинного эксперимента, обработки результатов и т. п.), возникающих при решении различных задач моделирования. При этом в качестве базового языка пакета может быть выбран либо алгоритмический язык общего назначения, либо язык имитацион­ного моделирования {SIMSCRIPT, SIMULA, GPSS и т. д.).

Комплекс программ организации различных режимов работы ППМ кроме основной работы по диспетчеризации процесса функ­ционирования ППМ призван организовать его работу в режиме диалога с пользователем как на этапе ввода данных об объекте моделирования и эксперименте, корректировки БДО и БДЭ, так и непосредственно в ходе машинного эксперимента с моделью М_н использования мультимедиа технологий. Необходимо также обеспечить режим коллективного пользования пакетом, что сущест­венно расширяет возможности и эффективность АСМ.

Обучение методам программной имитации систем. Специализиро­ванные языки и системы моделирования являются одним из базо­вых средств современной информационной технологии [35]. В по­следнее время наблюдается широкое развитие данных средств, со­вершенствование их возможностей и пользовательского интерфей­са. Имеются программные пакеты GSPT, Vissim, SIMEX, GPSS/H, Stella, SimPack, DOBSim, Mosis, QSIM, SIMPLORER, Modsim и де­сятки других [2,48]. Реализация систем моделирования на персональ­ных компьютерах расширила сферу их использования в качестве простого и эффективного средства поддержки этапа проектирования сложных объектов и систем.

Анализ рынка средств моделирования показывает, что наибольшую популярность получили транзактно-ориентированные языки класса GPSS. Это пакеты GPSSI World, GPSS/H, GPSS/PC, MicroGRSS. Языки данного класса хорошо согласуются с удобным описанием модели системы в форме Q-схемы (системы массового обслуживания).

Система моделирования GPSS/PC, отличающаяся возможностью установки на персональные компьютеры разного класса, была выбрана в качестве базовой для обучения методам программной имитации сложных систем. Пакет функционирует на персональных компьютерах моделей с i386 и выше, имеет более 70 типов блоков и команд, а также около 50 системных параметров. В процессе прогона имитационной модели обеспечивается возможность постоянного наблюдения в шести интерактивных графических окнах (машинная мультипликация, работа одноканальных и многоканальных устройств, функционирование блоков, отображение таблиц и матриц). Система выдает отчет о результатах моделирования, содержащий широкий спектр параметров блоков, устройств, очередей, таблиц, пользовательских списков.

В процессе лабораторного практикума и курсового проектирования обучающиеся приобретают навыки построения концептуальной модели исследуемой системы и ее формализации, алгоритмизации и машинной реализации модели, интерпретации результатов моделирования.

Широкие возможности GPSS/PC позволили создать на ее базе практикум по курсу "Моделирование систем", состоящий из лабораторного практикума и комплекса, поддерживающего курсовое проектирование [38, 39, 40, 51].

Особенности GPSS. Особенности построения и использования в процессе моделирования GPSS целесообразно рассмотреть на конкретном примере такого пакета, который получил широкое распространение в практике моделирования дискретных систем.

Пример 5.1. Рассмотрим пакет прикладных программ моделирования и исследования на ЭВМ дискретных систем [33, 38, 40]. Этот пакет реализован на базе языка GPSS. Для ПЭВМ имеется версия языка GPSS/PC.Основное достоинство этого пакета - наличие необходимого набора типовых элементов (устройств, накопителей, переключателей и т. п.), соответствующих компонентам реальных систем (например, формализуемых в виде Q-схем), и программная реализация алгоритмов их функционирования, позволяющая строить сложные модели, сохраняя привычную для исследователя или разработчика систем S запись.

В пакете GPSS для представления моделируемой системы S в виде машинной модели М_м используется язык блок-диаграмм. Блок-диаграммой в пакете GPSS называется графическое представление операций, происходящих в моделируемой системе S. В этом случае блок-диаграмма описывает взаимодействия, происходящие внутри моделируемой системы S в процессе ее функционирования.

Для пакета GPSS были введены некоторые условности н общие представления о моделируемых системах. Введение таких обобщений позволило создать язык блок-диаграмм, в котором блоки соответствуют некоторым действиям, встреча­ющимся в системах исследуемого класса. Вводимый набор блоков для блок-диа­грамм однозначно определяет наборы операторов языка, осуществляющих описание структуры моделируемой системы S, и логических правил, определяющих ее функци­онирование.

В блок-диаграммах GPSS блоки представляют собой выполняемые над динами­ческими объектами операции, а стрелки между блоками отражают маршруты перед­вижения данных объектов по системе. Альтернативные ситуации отражаются более чем одной стрелкой, выходящей из блока.

Таким образом, процесс создания модели М_м на языке блок-диаграмм GPSS сводится к декомпозиции исходной системы 5 до уровня элементарных операций, используемых в пакете GPSS, формированию фиксированной схемы, отражающей последовательность элементарных операций, выполняемых над динамическими объектами, и определению набора логико-вероятностных правил продвижения пото­ков объектов по имеющейся схеме.

Построение блок-диаграмм GPSS предполагает знакомство программиста с на­бором операторов пакета GPSS. Набор операторов языка однозначно соответствует набору блоков для описания блок-диаграмм, поэтому построение блок-диаграммы не является самоцелью, а лишь промежуточным этапом при построении имитацион­ной модели исследуемой системы S с использованием операторов пакета GPSS. При этом процесс создания машинной модели М_м можно изобразить в виде схемы, показанной на рис. 5.5.

Условные обозначения, используемые на блок-диаграммах GPSS, представлены в табл. 5.2.

Особенности использования НИМ GPSS для моделирования систем, формализуемых в виде Q-схем, рассмотрены в гл. 8, там же приводятся примеры программ, генерированных пакетом GPSS.

Создание НИМ является крупным достижением в автоматизации моделирования больших систем. Однако любой НИМ, создан­ный на базе ЯИМ, характеризуется Некоторой узостью представле­ний, диктуемой особенностями языка, что является одним из сла­бых мест традиционных способов имитационного моделирования. В настоящее время проводится много работ по созданию систем моделирования для целых классов объектов, в основу которых положены идеи типизации способов описания структуры и динами­ки моделируемой системы S. Например, широко распространенной типовой математической схемой, используемой при моделировании организационно-производственных и информационно-вычислитель­ных процессов, является Q-схема. Для создания машинных про­грамм моделирования таких процессов могут быть привлечены такие ЯИМ, как GPSS, SIMSCRIPT u т. д. Тем не менее существуют (и продолжают разрабатываться) НИМ, в основу которых положе­ны алгоритмические языки общего назначения, позволяющие дета­льно и адекватно описать специфику процесса функционирования определенного класса систем и создать более эффективные про­граммы моделирования, причем такие НИМ, ориентированные на определенный класс объектов, способные успешно конкурировать с известными ЯИМ при решении задач моделирования конкретного класса систем.

Примеры дискретных, непрерывных и комбинированных ЯИМ приведены в табл. 5.3.

Наиболее эффективно использование НИМ при исследовании и разработке систем на основе метода машинного моделирования при реализации диалоговых процедур и концепции базы данных моделирования.