- •Учебное пособие
- •Учебное пособие
- •1. Общие вопросы моделирования систем
- •1.1. Предмет теории моделирования. Объект и модель
- •1.2 Классификация моделей
- •1.3. Основные этапы моделирования
- •2. Имитационное моделирование вычислительных систем
- •2.1. Разработка имитационной модели
- •2.1.1. Упрощение модели и выбор уровней детализации
- •2.2. Обобщенные алгоритмы имитационного моделирования
- •2.3 Проведение имитационного эксперимента
- •2.3.3 Генерирование случайных воздействий
- •2.4. Имитация функционирования системы
- •3. Моделирование систем массового обслуживания
- •3.1.Марковские системы и их математические модели
- •Приведем еще один пример. Пусть некоторая техническая система состоит
- •3.2.Методы исследования смо с простейшими потоками заявок
- •3.3.Методы исследования смо с произвольными потоками заявок
- •Контрольные вопросы к разделу
- •424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3.
- •424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17.
2.4. Имитация функционирования системы
Предположим, что ВС состоит из процессора с основной памятью (1), устройства ввода (4), принтера (2) и дисплея (3) (рис 2.4)

Рис. 2.4
через
устройство ввода поступает поток заданий
.
Процессор обрабатывает задания и
результаты обработки выдает на принтер.
Одновременно ВС используется как
информационно справочная система.
Оператор за дисплеем посылает в систему
запросы
,
которые обрабатываются процессором, и
ответы выводятся на экран. Процессор
работает в двухпрограммном режиме:
обработка задания
и с более высоким приоритетом – обработка
запросов
.
Данную
ВС можно представить упрощенно в виде
стохастической системы из четырех СМО.
Потоки заданий и запросов - это потоки
заявок, которые считаются независимыми.
Известны функции распределения периодов
следования заявок
и
и длительности обслуживания
и
заявок k-м устройством . Требуется
определить время загрузки каждого
устройства и время реакции по каждому
из потоков.
Вначале
определяется момент поступления в
систему первой заявки потока
по результатам случайного испытания в
соответствии с функцией распределения
следования заявок. Это момент времени
(верхний индекс - порядковый номер заявки
данного потока). То же самое делается
для потока
-
.
Затем находится минимальное время, т.е.
более раннее событие. Здесь это время
(рис 2.5.). Для первой заявки потока
определяется время обслуживания
устройством 4 -
путем случайного испытания и отмечается
момент окончания обслуживания
.
На рис. 2.5 ступенькой показан переход
устройства 4 в состояние “занято”.

Рис. 2.5
Одновременно
определяется момент поступления
следующей заявки
![]()
Следующее
минимальное время - момент поступления
заявки потока
.
Для этой заявки
определяется время обслуживания на
дисплее
и отмечается время окончания обслуживания
.
Определяется момент поступления второй
заявки потока
.
Снова выбирается минимальное время -
.
В этот момент заявка потока
начинает обрабатываться процессором.
По результату случайного испытания
определяется время ее обслуживания
и отмечается момент
окончания обслуживания. Следующее
минимальное время
- момент завершения обслуживания заявки
потока
устройством 4. С этого момента заявка
должна обрабатываться процессором, но
он занят обслуживанием заявки потока
.
Тогда заявка потока
переходит в состояние ожидания, становится
в очередь.
В
следующий минимальный момент времени
освобождается процессор. С этого момента
процессор начинает обрабатывать заявку
потока
,
а заявка потока
переходит на обслуживанием дисплеем.
Далее определяются соответствующие
времена обслуживания
и отмечаются моменты времени
и
. В момент
полностью завершается обработка первой
заявки потока
.
По разности
и
вычисляется время реакции по этой
заявке:
![]()
Следующий
минимальный момент времени
- это поступление второй заявки потока
.
Определяется время поступления очередной
заявки этого потока
.
Затем вычисляется время обслуживания
второй заявки на дисплее
и отмечается момент
,
после чего заявка становится в очередь,
т.к. процессор занят. Эта заявка поступает
на обслуживание тогда, когда процессор
освободился, т.е. в момент
.
В этот же момент заявка потока
начинает обслуживаться принтером.
Определяется времена обслуживания
по результатам случайных испытаний и
отмечаются моменты окончания обслуживания:
.
В момент времени
завершается полное обслуживание первой
заявки потока
.
Разность между этим моментом и моментом
времени
дает первое значение времени реакции
по потоку
-
.
Вторая
заявка потока
в момент
поступает с процессора на дисплей и
обслуживается им в течении времени
,
которое завершается в момент времени
.
Снова определяется очередное минимальное
время. Это время
,
когда в систему поступает вторая заявка
потока
.
Тогда вычисляется время поступления
третьей заявки потока
-
.
Вторая заявка обслуживается устройством
ввода в течении времени
(момент завершения -
)
и процессором -
(момент завершения -
).
В момент
состояние системы не изменяется, но
вычисляется второе время реакции по
потоку
:
.
В
момент
в систему поступает третья заявка потока
.
Определяется момент поступления
четвертой заявки потока
-
.
Третья заявка обслуживается дисплеем
в течении времени
,
но с момента окончания обслуживания
(
)
переходит в состояние ожидания, так как
занят процессор .
Следующее
минимальное время
-
время поступления четвертой заявки
потока
.
После ее обслуживания дисплеем (момент
времени
)
она также переходит в ожидание, т.е.
образуется очередь из двух заявок. После
освобождения процессора в момент
начинается обслуживание процессором
третьей заявки потока
,
а затем с момента
- дисплеем. По завершении этого обслуживания
(
)
можно вычислить третье значение времени
реакции по потоку
:
![]()
С
момента
принтер начнет обслуживание второй
заявки потока
и завершит его к моменту
,
после чего определяется второе значение
времени реакции по потоку
:
.
Эти
действия выполняются до окончания
времени моделирования. В результате
получается некоторое количество
(выборки) случайных значений времён
реакции {
}
и {
}
по первому и второму потокам. По этим
значениям могут быть определены
эмпирические функции распределения и
вычислены количественные вероятностные
характеристики времен реакций. В процессе
моделирования можно суммировать время
занятости каждого устройства обслуживанием
всех потоков; если результаты суммирования
разделить на время моделирования, то
можно получить коэффициент загрузки.
Одновременно можно определять такие характеристики системы, как время ожидания заявок в очереди, число заявок, обслуженных системой, средняя и максимальная длина очереди заявок к каждому устройству, емкость памяти и др.
Контрольные вопросы к разделу
-
В чем заключается метод имитационного моделирования?
-
Как проводится стратификация при построении ИМ системы?
-
Какие принципы используются при упрощении алгоритмов ИМ?
-
Как строится модель рабочей нагрузки?
-
Как задаются параметры модели?
-
В чем отличие алгоритма моделирования по принципу «z» от принципа «t»?
-
Как проводится оценка характеристик случайных событий?
-
Как определяется число N реализаций случайной величины?
-
Как проводится формирование последовательностей случайных чисел на ЭВМ
-
В чем сущность конгруэнтных методов
-
Как выполняется проверка случайности, равномерности и независимости генерируемых случайных чисел
-
Как выполняется генерация случайных событий
-
Как проводится имитация случайной величины с заданным законом распределения
