Моделирование распределенной микропроцессорной системы обработки данных

Разработка структурной схемы и алгоритм функционирования исследуемой микропроцессорной системы (МПС). Модель исследуемой МПС в виде системы массового обслуживания. Листинг программы моделирования на языке GPSS, результаты имитационных экспериментов.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

-11-

Министерство образования Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра САПР ВС

Моделирование распределенной микропроцессорной системы обработки информации

пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу: " Микропроцессорные системы"

Выполнил: Ст. гр. 848Б

Райков А.И.

Руководитель: доц. каф. САПР ВС

Хрюкин В.И.

Рязань, 2012

Содержание

Введение

1. Анализ задания

2. Разработка структурной схемы исследуемой МПС

3. Анализ алгоритма функционирования исследуемой МПС

4. Модель исследуемой МПС в виде системы массового обслуживания (СМО)

5. Разработка программы моделирования на языке GPSS

Заключение

Библиографический список

Приложения

Введение

В настоящее время использование современных компьютеров является мощным средством реализации имитационных моделей в САПР вычислительных средств. Для того, чтобы реализовать имитационную модель сложной системы в составе САПР требуются специальные средства автоматизации моделирования, в состав которых обычно входят язык описания объектов моделирования, средства обработка языковых конструкций (компилятор или интерпретатор), система организации имитационного процесса во времени.

Применение универсальных языков программирования в имитационном моделировании вычислительных систем позволяет достигнуть гибкости при разработке, отладке и испытании модели. Однако при этом затрачиваются большие усилия на программирование, так как моделирование элементов вычислительных систем, отсчёт модельного времени, управление и контроль процесса моделирования существенно усложняются. Поэтому целесообразно применять специализированные средства имитационного моделирования, которые имеют следующие преимущества перед универсальными языками:

- существенно меньшие затраты времени на программирование;

- возможность предварительной разработки набора стандартных компонент имитационных моделей для заданного класса объектов;

- удобство описания моделей, а также представления входных и выходных данных;

- автоматическое формирование необходимых типов данных и распределение памяти в процессе имитационного эксперимента и т.д.

Одним из таких специализированных и эффективных средств имитационного моделирования и исследования сложных техническим систем является GPSS (GENERAL PURPOSE SIMULATION SYSTEM). Это универсальная система имитационного моделирования дискретных объектов и процессов и одноимённый входной язык, предназначенные для построения моделей и проведения вычислительного эксперимента. Язык GPSS ориентирован на класс объектов, которые можно представить в виде систем массового обслуживания. В него входят специальные средства, позволяющие описывать поведение исследуемых систем в динамике.

Целью данной курсовой работы является изучение и освоение навык создания имитационных моделей систем массового обслуживания на ЭВМ с помощью специального языка моделирования GPSS , который позволяет при моделировании на ЭВМ проводить всего за несколько секунд реального времени эксперименты, отнимающие недели, месяцы и даже годы модельного времени.

1. Анализ задания

Исходные данные:

Распределенная микропроцессорная система обработки данных обеспечивает обработку заявок, поступающих от территориально удаленного объекта с частотой 100 кГц, и состоит из трех микропроцессоров, объединенных в конвейер. Из входного буфера системы заявки с равной вероятностью направляются в буфер одного из двух микропроцессоров 1-го сегмента конвейера, объем которого рассчитан на 8 заявок. Время обработки заявки в 1 сегменте конвейера составляет 206 мкс. При достижении входным буфером порогового значения в 7 заявок происходит подключение резервного (четвертого) микропроцессора и заявка передается на обработку из начала входного буфера, достигшего порогового значения, в резервный микропроцессор. Резервный микропроцессор своего буфера не имеет. Микропроцессор в 2-го сегмента обрабатывает заявки за 115 мкс.

Смоделировать работу системы обработки данных в течение 5 мс. Определить объемы входных буферов системы и микропроцессора 2-го сегмента. Оценить вероятность подключения резервного микропроцессора. Как изменяются статистические показатели работы системы при увеличении интенсивности входного потока до 125 кГц.

Проанализируем исходные данные:

Имеем систему, состоящую из 3-х и еще одного резервного микропроцессора. Также есть удаленный объект, из которого с частотой 100 кГц поступают заявки во входной буфер. Для удобства перейдем от частоты ко времени периода поступления заявок:

где - частота поступления, а Т- время периода поступления.

мкс;

мкс;

Таким образом, данные поступают во входной буфер системы через каждые 10 мкс и с равной вероятностью поступают в буферы первого и второго микропроцессоров, если же во входном буфере накапливается больше 7 заявок, то они направляются в резервный микропроцессор (четвертый). Далее заявки обрабатываются соответственно и выходят из первого сегмента. Затем поступают в буфер третьего микропроцессора и обрабатываются в микропроцессоре №3.

По условию задания требуется определить объемы входных буферов системы и третьего микропроцессора. Вероятность подключения резервного микропроцессора определим как отношение числа заявок прошедших через микропроцессор №4 к общего числу заявок, вошедших в систему. Также выявим как изменяются статистические показатели при уменьшении периода поступления заявок.

2. Разработка структурной схемы исследуемой МПС

В нашем случае имеется система обработки информации от удаленного объекта, состоящая из:

- входного буфера данных системы;

- четырех микропроцессоров, объединенных в конвейер.

В свою очередь конвейер разбит на 2 сегмента. Первый содержит 2 микропроцессора и один резервный, а второй один микропроцессор.

Графически схема представлена на рис. 1:



Рис.1. Структурная схема исследуемой МПС

3. Анализ алгоритма функционирования исследуемой МПС

Алгоритм обработки транзактов:

1. Вход заявки (транзакта) в модель;

2. Вход в буфер системы (VHODBUF);

3. Проверка количества транзактов в очереди входного буфера системы, если больше 7, то транзакты поступают в микропроцессор №4;

4. Равновероятный переход в буферы №1 и №2;

5. Вход в буфер №1 (BUF1);

6. Выход из буфера системы (VHODBUF);

7. Вход в Микропроцессор №1 (PROC1);

8. Выход из буфера №1 (BUF1);

9. Обработка транзакта за 20±6 мкс;

10. Выход из микропроцессора №1 (PROC1);

11. Переход в буфер №3;

12. Вход в буфер №2 (BUF2) (по условию выполнения п.4);

13. Выход из буфера системы (VHODBUF);

14. Вход в Микропроцессор №2 (PROC2);

15. Выход из буфера №2 (BUF2);

16. Обработка транзакта за 20±6 мкс;

17. Выход из микропроцессора №2 (PROC2);

18. Переход в буфер №3;

19. Вход в микропроцессор №4 (PROC4) (по условию выполнения п.3);

20. Обработка транзакта за 20±6 мкс;

21. Выход из микропроцессора №4 (PROC4);

22. Вход в буфер №3 (BUF3);

23. Выход из буфера системы (VHODBUF);

24. Вход в Микропроцессор №3 (PROC3);

25. Выход из буфера №3 (BUF3);

26. Обработка транзакта за 20±6 мкс;

27. Выход из микропроцессора №3 (PROC3);

28. Уничтожение транзактов;

Блок-схема программы, моделирующей систему будет иметь вид:



Рис. 2. Блок-схема алгоритма

4. Модель исследуемой МПС в виде системы массового обслуживания (СМО)

При решении задач моделирования с помощью СМО процесс анализа связан с исследованием прохождения через эти системы заявок (транзактов). Все транзакты являются случайными процессами и при моделировании СМО могут быть известны лишь законы распределения и числовые характеристики этих случайных распределений, т.е. СМО носит статистический характер.

Устройства, в которых производится обслуживание транзактов, называются обслуживающими аппаратами (ОА) или каналами. ОА в совокупности образуют статические объекты. Транзакты являются динамическими объектами. ОА (каналы) описыва...