Моделирование работы двух ЭВМ и устройства подготовки данных

Методика разработки модели процесса функционирования студенческого вычислительного центра на языке имитационного моделирования GPSS/PC. Исследование различных вариантов по оптимизации модели и критерии выбора наиболее экономически выгодного из них.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

на тему:

"Моделирование работы двух ЭВМ и УПД"

Введение

В студенческом ВЦ расположены две ЭВМ и одно устройство подготовки данных (УПД). Студенты приходят с интервалом 8±2 минуты. Третья часть студентов используют УПД и ЭВМ, а остальные только ЭВМ. Допустимая очередь в машинном зале (ко всем трем устройствам) составляет четыре человека. Обработка заявок на УПД занимает 8±1 минуту, а на каждой ЭВМ - 17 минут.

Смоделировать работу ВЦ в течение 6 часов. Определить загрузку УПД и обеих ЭВМ, а также вероятность отказа в обслуживании вследствие переполнения очереди.

Данная курсовая работа ориентирована на исследование аналитической и имитационной модели процесса функционирования вычислительного центра.

Постановка задачи: в модели необходимо реализовать систему, которая бы имитировала работу вычислительного центра в течение 6 часов с заданными временными характеристиками его работы.

Целью моделирования является определение таких условий работы вычислительного центра, которые бы обеспечили максимальную загрузку устройств и при этом свести к минимуму количество отказов пользователям в связи с переполнением очереди.

Данная задача актуальна для настоящего времени, так как появилось очень много организаций, оказывающих компьютерные услуги. На примере данной модели мы можем имитировать работу одной из таких организаций, исследовать различные условия ее работы и определить такие, которые бы обеспечивали максимальную производительность.

1. Описание моделируемой системы

Исходя из условий задачи, вычислительный центр функционирует следующим образом. Студенты приходят в вычислительный центр с интервалом 8±2 минуты. Третья часть проводит предварительную работу на устройстве подготовки данных. Обработка заявок на устройстве подготовки данных длится 8±1 минуту. Далее студентам необходимо использовать одну из ЭВМ.

Все студенты занимают очередь к ЭВМ. Так как в вычислительном центре имеется всего две ЭВМ, очередь в машинном зале ограниченна и составляет четыре человека. Если в момент прихода очередного студента очередь составляет четыре человека, то он получает отказ.

Обработка заявок на ЭВМ составляет 17 минут.

2. Структурная схема модели и ее описание

На основании этого задания на моделирование процесса взаимодействия пользователей с ВЦ, считая, что задание соответствует концептуальной модели, построим структурную схему (рис. 1).

Размещено на

Размещено на

Анализ условий задачи и структурной схемы позволяют сказать, что в процессе взаимодействия пользователей с ВЦ возможны следующие ситуации:

1. режим нормального обслуживания, когда пользователь выбирает необходимое ему устройство (УПД или ЭВМ);

2. режим ожидания, когда пользователь ждет, пока не освободится одна из ЭВМ.

3. Временная диаграмма процесса функционирования системы и ее описание

Более детально процесс функционирования ВЦ можно представить на временной диаграмме (рис. 2.).

На диаграмме:

ось 1 - моменты прихода пользователей в ВЦ;

ось 2 - обработка заявок на УПД;

ось 3 - пребывание заявок в накопителе;

ось 4 - обработка заявок на ЭВМ1;

ось 5 - обработка заявок на ЭВМ2.

С помощью временной диаграммы мы можем выявить все особые состояния системы, которые необходимо будет учесть при построении детального моделирующего алгоритма.

При построении диаграммы не учитывались моменты перемещения в накопители, извлечения из накопителей, передачи заявок на устройства. Иными словами, не учтено время, затрачиваемое на перемещение заявок, согласно условия задачи.



Размещено на

Размещено на

Q - схема и ее описание

Учитывая, что по своей сути описываемые процессы являются процессами обслуживания пользователей ресурсами ВЦ, используем для их формализации аппарат Q-схем [1]. В соответствии с концептуальной моделью, используя символику Q-схем, мы можем представить структурную схему данной модели в виде, показанном на рис. 3, где И - источник, К - канал, Н - накопитель.

Размещено на

Размещено на

Источник И имитирует процесс прихода пользователей в ВЦ. Система клапанов регулирует процесс занятия пользователями (в терминах Q-схем - заявками) канала К1, соответствующего УПД на структурной схеме (рис. 1), очереди (накопитель Н1), каналов К2, К3, соответствующих ЭВМ с теми же номерами. Если накопитель заполнен полностью (4 человека), то есть клапан 1 закрыт, а клапан 2 открыт, то заявка теряется, что соответствует уходу пользователя из ВЦ не обслуженным.

Если канал К2 занят, то клапан 3 закрыт, а клапан 4 открыт; если канал К3 занят, то клапан 4 закрыт.

Заявки, обслуженные каналом К1, затем обслуживаются каналами К2 или К3, имитирующими работу ЭВМ1 и ЭВМ2.

Отметим, что при такой постановке задачи оценки вероятностно-временных характеристик процесса функционирования ВЦ использование аналитического подхода, базирующегося на теории массового обслуживания, не представляется возможным, так как в явном виде не получены выражения для вычисления искомых характеристик. Поэтому для получения необходимых оценок аналитическим методом нужно предварительно упростить модель (естественно, за счет точности и достоверности получаемых результатов). В исходной постановке воспользуемся методом имитационного моделирования.

4. Укрупненная схема моделирующего алгоритма и описание ее блоков

При разработке машинной модели процесса функционирования ВЦ на первом этапе необходимо составить обобщенную и детальную логическую схемы моделирующих алгоритмов.

Обобщенная (укрупненная) схема моделирующего алгоритма задает общий порядок действий при моделировании системы без каких-либо уточняющих деталей. Обобщенная схема показывает, что необходимо выполнить на очередном шаге моделирования.

Обобщенная схема моделирующего алгоритма данной задачи, построенная с использованием «принципа t» [1], представлена на рис. 4. Это наиболее универсальный принцип, позволяющий определить последовательные состояния процесса функционирования системы через заданные интервалы времени t. Состояние процесса в момент времени t₀+jt может быть однозначно определено из соотношений математической модели по известным начальным условиям.

Блок 1 производит запуск системы на выполнение.

На следующем этапе происходит ввод начальных данных (блок 2). Изменяющимися входными данными по условию задания могут быть время обработки заявки на УПД, время работы на ЭВМ. Для исследования поведения системы при длительном периоде работы вводится время работы системы.

Блок 3 определяет момент завершения работы системы. Если текущее время в системе меньше заданного времени работы, то управление передается блоку 4.

Если текущее время больше или равно заданному, то система прекращает свою работу, а управление передается блокам 9 - 11.

Данная последовательность блоков осуществляет извлечение данных из накопителей, памятей, устройств, обработку статистики, с последующим созданием отчета и вывода результатов исследования созданного объекта, т.е. отчета в блоке 11, на экран, принтер или в файл, с последующей обработкой результатов самим исследователем.



Размещено на

Размещено на

Блок 5 осуществляет передачу заявок из накопителя на ЭВМ.

Блок 6 производит передачу заявок из накопителя на УПД.

Блок 7 проверяет, поступила ли очередная заявка. Если поступила, то управление передается блоку 8. Если заявка не поступила, управление передается блоку 3.

Блок 8 осуществляет постановку заявки на обслуживание к одному из устройств или отказ в обслуживании.

Блоки 4 - 8 реализуют саму модель.

модель язык имитационный вычислительный

5. Математическая модель

Математическая модель представляет собой совокупность соотношений (например, уравнений, логических условий, операторов), определяющих характеристики процесса функционирования системы S в зависимости от структуры системы, алгоритмов поведения, параметров системы, воздействия внешней среды Е, начальных условий и времени. Математическая модель является результатом формализации процесса функционирования исследуемой системы, т.е. построения формального (математического) описания процесса с необходимой в рамках проводимого исследования степенью приближения к действительности.

Запишем переменные и уравнения имитационной модели ВЦ в следующем виде:

эндогенные переменные:

t_...