Основы построения языка имитационного моделирования
Модель разрабатывается на языке GPSS и состоит из операторов, а объект " Модель " создается при помощи встроенного
текстового редактора. Объект " Процесс
моделирования " - это результат трансляции модели. Далее
процесс моделирования запускается с помощью команд GPSS. По завершении моделирования, как правило,
автоматически создается объект " Отчет ".
Текстовый объект ( текстовый файл GPSS World) предназначен для упрощения
разработки больших моделей и создания библиотеки исходных текстов.
То есть модель может быть разделена на наборы операторов,
представляющие собой отдельные текстовые файлы, а затем объектом
"Процесс моделирования" собрана из них. Объект "Процесс
моделирования" может также создавать новые текстовые файлы с
фрагментами модели, результатами моделирования, а также считывать и
записывать данные в текстовые файлы.
GPSS World предназначена для
имитационного моделирования систем с дискретными и непрерывными
процессами. Языком моделирования в ней является язык GPSS, улучшенный встроенным языком
программирования низкого уровня PLUS. Язык GPSS построен в предположении, что модель
сложной системы можно представить совокупностью элементов и
логических правил их взаимодействия в процессе функционирования
моделируемой системы. Набор абстрактных элементов, называемых
объектами, небольшой. Также набор логических правил ограничен и
может быть описан стандартными операциями. Комплекс программ,
описывающих функционирование объектов и выполняющих логические
операции, является основой для создания программной модели.
Кроме этого комплекса в составе GPSS World имеется программа- планировщик, выполняющая следующие
функции:
обеспечение продвижения по заданным разработчиком маршрутам
динамических объектов, называемых транзактами ;
планирование событий, происходящих в модели, путем регистрации
времени наступления каждого события и выполнения их в нарастающей
временной последовательности;
регистрация статистической информации о функционировании
модели;
продвижение модельного времени в процессе моделирования
системы.
Чтобы обеспечить правильную последовательность обработки
событий во времени, имеются системные
часы, хранящие значения абсолютного модельного времени
Объекты в моделируемой системе предназначены для
различных целей. Совершенно не обязательно, чтобы в одной модели
участвовали все типы объектов. Необходимо лишь наличие блоков и
транзактов, иначе модель работать не будет.
Объекты подразделяются на 7 категорий и 15 типов, которые представлены в табл. 6.1.
Таблица 6.1. Объекты GPSS
Категории
Типы объектов
Динамическая
Транзакты
Операционная
Блоки
Аппаратная
Одноканальные устройства,
памяти (многоканальные
устройства), логические ключи
(переключатели)
Вычислительная
Переменные, функции, генераторы
случайных чисел
Статистическая
Очереди, таблицы
Запоминающая
Ячейки, матрицы ячеек
Группирующая
Числовые группы, группы
транзактов, списки
Рассмотрим назначение объектов GPSS.
Динамическими объектами
являются транзакты, которые
создаются в определенных точках модели, продвигаются планировщиком
через блоки, а затем уничтожаются. Транзакты являются аналогами
единиц - потоков в реальной системе. Они могут представлять собой
различные элементы даже в одной модели. С каждым транзактом связаны
параметры, которые используются для
конкретных данных. Каждый транзакт может иметь любое число
параметров. Параметры нумеруются или им даются имена. Номера
параметров и имена используются для ссылок на значения, присвоенные
параметрам. Транзактам может присваиваться приоритет.Приоритет определяет
предпочтение, которое получает транзакт, когда он и другие транзакты
претендуют на один и тот же ресурс.
Объекты аппаратной категории
- это абстрактные элементы, на которые может быть
декомпозирована реальная система. Воздействуя на эти объекты,
транзакты могут изменять их состояние и влиять на движение других
транзактов. К объектам этого типа относятся одноканальные
устройства, памяти (многоканальные устройства) и логические
ключи.
Одноканальные устройства
(ОКУ) представляют собой оборудование, которое в любой момент
времени может быть занято только одним транзактом. Например, один
канал передачи данных, одноканальный
ремонтный орган, один станок изготовления деталей, одно транспортное
средство.
Многоканальные устройства
(МКУ) предназначены для имитации оборудования,
осуществляющего параллельную обработку. Они могут быть использованы
одновременно несколькими тран-зактами. МКУ можно использовать в
качестве аналога, например, многоканального ремонтного органа,
нескольких каналов связи.
Для моделирования такого оборудования, как
переключатели, имеющие только два состояния, в GPSS используются логические ключи.
Операционные объекты,
т. е. блоки, задают логику функционирования модели системы и
определяют пути движения транзактов между объектами аппаратной
категории. В блоках могут происходить события четырех основных
типов:
создание или уничтожение транзактов;
изменение числового атрибута объекта;
задержка транзакта на определенный период времени;
изменение маршрута движения транзакта в модели. Версия GPSS, реализованная в системе GPSS World, содержит 53 типа блоков.
В зависимости от назначения блоки подразделяются на
несколько групп.
многоканальные устройства (памяти) ENTER, LEAVE,
SAVAIL, SUNAVAIL ;
ключи (логические переключатели) LOGIC.
Блоки, сохраняющие необходимые значения для дальнейшего
использования: SAVEVALUE, MSAVEVALUE.
Блоки для получения статистических результатов:
очереди QUEUE, DEPART ;
таблицы TABULATE.
Блоки для организации списка пользователя: LINK, UNLINK.
Блоки для организации ввода-вывода:
открытие/закрытие файла: OPEN /
CLOSE ;
считывание/запись в файл: READ /
WRITE ;
установка позиции текущей строки: SEEK.
Специальные блоки: BUFFER, COUNT, EXECUTE,
INTEGRATION, SELECT, TRACE,
UNTRACE.
Вычислительная категория
служит для описания таких ситуаций в процессе моделирования,
когда связи между компонентами моделируемой системы посредством
процессом наиболее просто и компактно выражаются в виде
математических (аналитических и логических) соотношений. Для этих
целей в качестве объектов вычислительной категории введены
арифметические и булевы переменные и функции.
Переменные
представляют собой сложные выражения, которые включают
константы, системные числовые атрибуты (СЧА), библиотечные арифметические функции, арифметические и
логические операции.
Выражения могут применяться в переменных и операторах
GPSS. При применении в переменных
выражения определяются командами GPSS.
При применении в операторах GPSS
выражения определяются как часть языка PLUS.
Каждому объекту соответствуют атрибуты, описывающие его
состояние в данный момент времени. Они доступны для использования в
течение всего процесса моделирования и называются системными числовыми атрибутами (СЧА).
Например, объект вычислительной категории - генератор случайных
чисел имеет СЧА RNn - число, вычисляемое генератором
равномерно распределенных случайных чисел номер n ; у объекта динамической категории -
транзакта СЧА: PR - приоритет
обрабатываемого в данный момент транзакта; Pi - значение i
-го параметра активного транзакта и др. Всего в GPSS World имеется свыше 50 СЧА.
Булевы переменные
позволяют пользователю проверять в одном блоке GPSS одновременно несколько условий, исходя из
состояния или значения этих условий и их атрибутов.
С помощью функций
пользователь может производить вычисления непрерывных или
дискретных функциональных зависимостей между аргументом функции
(независимая величина) и зависимым значением функции.
Кроме библиотечных арифметических функций GPSS World имеет 24 встроенных генератора случайных
чисел.
Объекты запоминающей
категории обеспечивают обращения к сохраняемым значениям.
Ячейки сохраняемых величин и матрицы ячеек сохраняемых величин
используются для сохранения некоторой числовой информации. Любой
активный транзакт может произвести запись информации в эти объекты.
Впоследствии записанную в эти объекты информацию может считать любой
транзакт. Матрицы могут иметь до шести измерений.
К статистическим объектам
относятся очереди и таблицы. В любой системе движение потока
транзактов может быть задержано из-за недоступности устройств. В
этом случае задержанные транзакты ставятся в очередь - еще один тип объектов GPSS. Учет этих очередей составляет одну из
основных функций планировщика. Планировщик автоматически накапливает
определенную статистику относительно устройств и очередей. Кроме
этого пользователь может собирать дополнительную статистическую
информацию, указав специальные точки в модели.
Для облегчения табулирования статистической информации
в GPSS предусмотрен специальный объект -
таблица. Таблицы используются для
получения выборочных распределений некоторых случайных величин.
Таблица состоит из частотных классов (диапазонов значений), куда
заносится число попаданий конкретного числового атрибута в каждый,
тот или иной, частотный класс. Для каждой таблицы вычисляется также
математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение.
К группирующей категории
относятся три типа объектов: числовая группа, группа
транзактов и списки.
При моделировании транзакты хранятся в списках.
Существует пять видов списков, только в одном из которых в любой
момент времени может находиться транзакт:
текущих событий;
будущих событий;
задержки ОКУ или МКУ;
отложенных прерываний ОКУ;
пользователя.
Одноканальное устройство имеет:
список отложенных прерываний
- список транзактов, ожидающих занятия ОКУ по приоритету;
список прерываний - список
транзактов, обслуживание которых данным ОКУ было прервано;
список задержки - список
транзактов, ожидающих занятия ОКУ в порядке приоритета;
список повторных попыток -
список транзактов, ожидающих изменения состояния
ОКУ.
Многоканальное устройство имеет:
список задержки - список
транзактов в порядке приоритета, ожидающих возможность занять
освободившиеся каналы МКУ;
список повторных попыток -
список транзактов, ожидающих изменения состояния
МКУ.
Список пользователя
содержит транзакты, удаленные пользователем из списка текущих
событий и помещенные в список пользователя как временно неактивные.
Списки пользователя используются для организации очередей с
дисциплинами, отличными от дисциплины "первым пришел - первым
обслужен".
Знаете ли Вы, что целевая функция - это математическое выражение, отражающее выбранный критерий эффективности функционирования исследуемой системы в её математической модели.
