Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем (3-е изд., 2001) (1186218), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

Соответствующие алгоритмы програм­мируются в обозначениях, не связанных ни с какой ЭВМ.Язык моделирования представляет собой процедурно-ориенти­рованный язык, обладающий специфическими чертами. Основныеязыки моделирования разрабатывались в качестве программногообеспечения имитационного подхода к изучению процесса функци­онирования определенного класса систем [31].Особенности использования алгоритмических языков. Рассмот­рим преимущества и недостатки использования для моделированияпроцесса функционирования систем языков имитационного модели­рования (ЯИМ) и языков общего назначения (ЯОН), т.

е. универсаль­ных и процедурно-ориентированных алгоритмических языков. Це­лесообразность использования ЯИМ вытекает из двух основныхпричин: 1) удобство программирования модели системы, играющеесущественную роль при машинной реализации моделирующих ал­горитмов; 2) концептуальная направленность языка на класс систем,необходимая на этапе построения модели системы и выборе общегонаправления исследований в планируемом машинном эксперимен­те. Практика моделирования систем показывает, что именно ис­пользование ЯИМ во многом определило успех имитации какметода экспериментального исследования сложных реальныхобъектов.Языки моделирования позволяют описывать моделируемые си­стемы в терминах, разработанных на базе основных понятий ими­тации.

До того как эти понятия были четко определены и фор­мализованы в ЯИМ, не существовало единых способов описанияимитационных задач, а без них не было связи между различными146разработками в области постановки имитационных экспериментов.Высокоуровневые языки моделирования являются удобным сред­ством общения заказчика и разработчика машинной модели Мм.Несмотря на перечисленные преимущества ЯИМ, в настоящеевремя выдвигаются основательные аргументы как технического, таки эксплуатационного характера против полного отказа при модели­ровании от универсальных и процедурно-ориентированных языков.Технические возражения против использования ЯИМ: вопросыэффективности рабочих программ, возможности их отладки и т. п.В качестве эксплуатационных недостатков упоминается нехваткадокументации по существующим ЯИМ, сугубо индивидуальныйхарактер соответствующих трансляторов, усложняющий их реали­зацию на различных ЭВМ, и трудности исправления ошибок.

Сни­жение эффективности ЯИМ проявляется при моделировании задачболее разнообразных, чем те, на которые рассчитан конкретныйязык моделирования. Но здесь следует отметить, что в настоящеевремя не существует и ЯОН, который был бы эффективен прирешении задач любого класса.Серьезные недостатки ЯИМ проявляются в том, что в отличиеот широко применяемых ЯОН, трансляторы с которых включеныв поставляемое изготовителем математическое обеспечение всехсовременных ЭВМ, языки моделирования, за небольшим исключе­нием, разрабатывались отдельными организациями для своих до­статочно узко специализированных потребностей. Соответству­ющие трансляторы плохо описаны и приспособлены для эксплу­атации при решении задач моделирования систем, поэтому, несмот­ря на достоинства ЯИМ, приходится отказываться от их практичес­кого применения в ряде конкретных случаев.При создании системы моделирования на базе любого языканеобходимо решить вопрос о синхронизации процессов в модели,так как в каждый момент времени, протекающего в системе (си­стемного времени), может потребоваться обработка несколькихсобытий, т.

е. требуется псевдопараллельная организация имитиру­емых процессов в машинной модели Ми. Это является основнойзадачей монитора моделирования, который выполняет следующиефункции: управление процессами (согласование системного и ма­шинного времени) и управление ресурсами (выбор и распределениев модели ограниченных средств моделирующей системы).Подходы к разработке языков моделирования. К настоящемувремени сложились два различных подхода к разработке языковмоделирования: непрерывный и дискретный — отражающие основ­ные особенности исследуемых методом моделирования систем [35,43, 46]. Поэтому ЯИМ делятся на две самостоятельные группы,которые соответствуют двум видам имитации, развивавшимся не­зависимо друг от друга: для имитации непрерывных и дискретныхпроцессов.147Для моделирования непрерывных процессов могут быть исполь­зованы не только АВМ, но и ЭВМ, последние при соответствующемпрограммировании имитируют различные непрерывные процессы.При этом ЭВМ обладают большей надежностью в эксплуатациии позволяют получить высокую точность результатов, что привелок разработке языков моделирования, отображающих модель в видеблоков таких типов, которые играют роль стандартных блоковАВМ (усилителей, интеграторов, генераторов функций и т.

п.).Заданная схема моделирующего алгоритма преобразуется в системусовместно рассматриваемых дифференциальных уравнений. Моде­лирование в этом случае сводится, по сути дела, к отысканиючисленных решений этих уравнений при использовании некоторогостандартного пошагового метода.Примером языка моделирования непрерывных систем на ЭВМпутем представления моделируемой системы в виде уравнений в ко­нечных разностях является язык DYNAMO, для которого уравненияустанавливают соотношения между значениями функций в момен­ты времени t и t+dt и между значениями их производных в моментвремени t+dt/2.

И в этом случае моделирование, по существу,представляет собой пошаговое решение заданной системы диффере­нциальных уравнений [46].Универсальная ЭВМ — устройство дискретного типа, а поэтомудолжна обеспечивать дискретную аппроксимацию процесса функци­онирования исследуемой системы S. Непрерывные изменения в про­цессе функционирования реальной системы отображаются в диск­ретной модели Мм, реализуемой на ЭВМ, некоторой последователь­ностью дискретных событий, и такие модели называются моделямидискретных событий. Отдельные события, отражаемые в дискрет­ной модели, могут определяться с большой степенью приближенияк действительности, что обеспечивает адекватность таких дискрет­ных моделей реальным процессам, протекающим в системах S.Архитектура языков моделирования.

Архитектуру ЯИМ, т. е.концепцию взаимосвязей элементов языка как сложной системы,и технологию перехода от системы S к ее машинной модели Мы мо­жно представить следующим образом: 1) объекты моделирования(системы S) описываются (отображаются в языке) с помощьюнекоторых атрибутов языка; 2) атрибуты взаимодействуют с про­цессами, адекватными реально протекающим явлениям в моделиру­емой системе S; 3) процессы требуют конкретных условий, опреде­ляющих логическую основу и последовательность взаимодействияэтих процессов во времени; 4) условия влияют на события, име­ющие место внутри объекта моделирования (системы 5) и привзаимодействии с внешней средой Е; 5) события изменяют состоя­ния модели системы М в пространстве и во времени.Типовая схема архитектуры ЯИМ и технология его использова­ния при моделировании систем показана на рис. 5.1.148ОбъектыtoгОписанияАтрибутыВ займаВейстВия6to-аТре5оЙанияУсловияagoПроцессыВлиянияXСобытияИзмененияСостоянияРис.

5.1. Типовая схема архитектуры ЯИМ и технологияего использованияВ большинстве случаев с помощью машинных моделей исследу­ются характеристики и поведение системы S на определенном от­резке времени, поэтому одной из наиболее важных задач при созда­нии модели системы и выборе языка программирования моделиявляется реализация двух функций: 1) корректировка временнойкоординаты состояния системы («продвижение» времени, организа­ция «часов»); 2) обеспечение согласованности различных блокови событий в системе (синхронизация во времени, координацияс другими блоками).Таким образом, функционирование модели Мы должно проте­кать в искусственном (не в реальном и не в машинном) времени,обеспечивая появление событий в требуемом логикой работы ис­следуемой системы порядке и с надлежащими временными интерва­лами между ними.

При этом надо учитывать, что элементы реаль­ной системы S функционируют одновременно (параллельно), а ком­поненты машинной модели Мм действуют последовательно, так какреализуются с помощью ЭВМ последовательного действия. По­скольку в различных частях объекта моделирования события могутвозникать одновременно, то для сохранения адекватности причин­но-следственных временных связей необходимо в ЯИМ создать«механизм» задания времени для синхронизации действий элемен­тов модели системы [17, 46].Задание времени в машинной модели. Как уже отмечалось в гл. 3,существует два основных подхода к заданию времени: с помощьюпостоянных и переменных интервалов времени, которым соответ­ствуют два принципа реализации моделирующих алгоритмов, т. е.«принцип Дг» и «принцип 5z».Рассмотрим соответствующие спрособы управления временем в модели системыМ(S) на примере, показанном на рис.

3.2, где но оси реального временя отложенапоследовательность событий в системе {s,) во времени, причем события sA и s5происходят одновременно (рис. S.2, а). Под действием событий s, изменяютсясостояния модели z, в момент времени tzi, причем такое изменение происходитскачком 5г.В модели, построенной по «принципу Д(» (рис. 5.2, б), моменты системного149времени будут последовательно прини­мать значения t^—Al, t'2=2At, t'3=3At,t'A=4At, t'5=5At. Эти моменты систем­ного времени <у'(Л() никак не связаныс моментами появления событий sh ко­торые имитируются в модели системы.Системное время при этом получаетпостоянное приращение, выбираемоеи задаваемое перед началом имитаци­онного эксперимента.В модели, построенной по «при­нципу дз» (рис.

5.2, в), изменение вре­мени наступает в момент смены состо­Рис. 5.2. Способы управления временемяния системы, и последовательностьв модели системымоментов системного времени имеетвид <,"=<*!, f j - t e , ' j - ' r i . Ч-tt*.'5 = 'i5, т. е. моменты системного времени t£(5z) непосредственно связаны с момен­тами появления событий в системе st.У каждого из этих методов есть свои преимущества с точкизрения адекватного отражения реальных событий в системе 5 и за­трат машинных ресурсов на моделирование. При использовании«принципа 8z» события обрабатываются последовательно и времясмещается каждый раз вперед до начала следующего события.В модели, построенной по «принципу At», обработка событий про­исходит по группам, пакетам или множествам событий.

Характеристики

Список файлов книги