Моделирование ЭВМ
Компьютерное моделирование и его роль в производственных процессах и научных исследованиях. Модель с точки зрения системного подхода, основные свойства абстрактной модели. Основные языки и этапы моделирования, формализация концептуальной модели.
Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
Вид | курсовая работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 14.11.2014 |
Размер файла | 1,6 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта»
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТА И ТЕХНИЧЕСКОГО СЕРВИСА
КАЛИНИНГРАДСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО КОМПЬЮТЕРНОМУ МОДЕЛИРОВАНИЮ
«МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭВМ»
Выполнила:
Батурина Евгения
Группа: 2КС-1
Проверил:
Ампилогов Д.В.
КАЛИНИНГРАД 2014
Содержание
Введение
1. Формализация концептуальной модели
1.1 Определение параметров и переменных моделей
1.2 Определение единицы модельного времени
1.3 Определение закона функционирования системы
2. Задание
2.1 Определение требований к вычислительным средствам
2.2 Выбор программных средств моделирования
2.3 Функциональная структура языка GPSS
2.4 Программный код
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Современное время диктует новый ритм жизни, видоизменяя все сферы человеческой деятельности. Сегодня невозможно представить себе практически ни один производственный процесс или процесс научных исследований без применения компьютерного моделирования. Как и любое другое моделирование, компьютерное моделирование направлено на создание прототипов различного рода объектов, процессов или систем, в частности сложных систем, зависящих от совокупности взаимосвязанных и от случайных факторов. Компьютерное моделирование позволяет значительно снизить затраты на проведение экспериментов, сократить сроки создания и анализа моделей, а также получить необходимые результаты в удобной форме. Важной особенностью современного моделирование является использование различного рода прикладных пакетов, направленных на моделирование определённых явлений. Такие программные продукты, в какой - то мере сами по себе уже являются результатами компьютерного моделирования и служат для оптимизации и визуализации процессов моделирования конкретных объектов, систем и процессов. Существуют различные среды компьютерного моделирования, характерные для моделирования и анализа специфических задач конкретных областей науки и техники. В своей работе я пользовалась средой GPSS, которую я считаю наиболее удобной, легкой в обращении и понимании, а также легкодоступный синтаксис выбранного мною языка. В курсовой работе будет представлено решение задачи, а также основные аспекты, связанные с моделированием современных ЭВМ. Также необходимо помнить, что основной целью, которая стояла перед выполнением курсовой работы это закрепление, полученного материала от лекционных занятий. Особенностью выполнения данной работы, является реализация поставленной задачи на персональном компьютере в программной среде GPSS.
1. Формализация концептуальной модели
компьютерный моделирование модель абстрактный
Прежде чем начать рассматривать модель, необходимо определить тип модели. Следовательно, определить тип моделирования. В данной курсовой работе будет рассматриваться модель с точки зрения системного подхода.
Модель - это не абсолютная копия оригинала, она предполагает уже некоторую степень абстрагирования.
В настоящее время понятие модели расширилось, оно включает и реальные и, так называемые ?идеальные? модели, например, математические модели. Свойствами модели обладают такие формы научных представлений о мире как законы, гипотезы, теории.
Любая модель - идеальная или материальная, используемая в научных целях, на производстве или в быту - несет информацию о свойствах и характеристиках исходного объекта (объекта - оригинала), существенных для решаемой субъектом задачи. Модель -- это физический или абстрактный объект, отражающий в той или иной степени процессы в исследуемой системе.
Программа, написанная, на компьютере является формализованным представлением процесса обработки данных. Формализованная модель также является набором знаков, потому что машина понимает только такое представление информации. Компьютерная программа является моделью по обработке различных видов информации.
Построение модели одна из главных задач, требующая анализа и основных сведений об обете исследования. Модель строится для оценки ее свойств, реакции на окружающую среду и т.п.. Большинство моделей стоится на гипотезах и предположениях, из которых затем следует идея построения модели.
В разных областях науки и жизнедеятельности человека процессы исследуются под разными точками зрения и соответственно стоят отличные друг от друга модели.
Языки моделирования можно условно разделить на искусственные и естественные. Искусственные языки создаются человеком, когда существует необходимость создания специальных целей или для разделения людей на группы. Естественные языки складываются неожиданно и в течении некоторого количества времени.
Моделирование начинается:
Первый этап
1) Постановка задачи (что вы хотите получить в результате моделирования .какой целью вы задаетесь приступая к работе)
2) Описание задачи (конкретизировать или поставить задачу в определенные рамки)
3) Исследование характеристик объекта (необходимо следить за последствиями .которые может оказать модель на окружающую себя среду и человека)
4) Какое надо произвести воздействие на изучаемый объект, чтобы его параметры удовлетворяли заданному условию.
Второй этап
1) Разработка схемы данной модели (схема R)
Рассмотрение модели, вместо системы влечет за собой упрощение.
Модель необходима для:
1. Понимания принципа работы устройства, его структуры, рассмотреть
как развивается модель в разных условиях и ее поведение в этих условиях, а также увидеть основные свойства.
2. Необходимо научится управлять моделью.
3. Предсказывать последствия модели, а также рассматривать какие последствия будут у предмета, взаимодействовавшего с этой моделью.
Основные свойства абстрактной модели:
1) Конечность - модель должна иметь конечный результат.
2) Упрощение - модель должна быть простой и легко воспроизводимой.
3) Целенаправленность - у любой модели должна быть цель, т.к. модель отображает часть системы.
4) Приблизительность - действительность всех действий, которые происходят с моделью или их приближенность.
5) Полнота - модель должна учитывать все основные понятия системы, для получения более точного результата.
6) Информативность - в модели, необходимо содержать всю необходимую информацию о системе и по возможности получать информацию от других источников.
7) Адекватность - модель достаточно точно описывает систему:.
8) Устойчивость - модель должна описывать поведение системы при различных условиях, даже если условия неустойчивы.
9) Наглядность - основных свойств и применений системы, которую необходимо написать.
10) Целостность - модель реализует абстрактную систему и поэтому должна быть единым целым, неделимой.
11) Замкнутость - учитывать цикличность системы, отношений и связи.
12) Доступность.
13) Адаптивность - модели необходимо приспособится к любым исходам.
14) Технологичность для воспроизведения модели, описывающей определенную систему.
15) Эволюционируемость - возможности развития и повышения уровня сложности.
16) Управляемость - модели нужно иметь минимум один параметр изменения.
Одним из основных свойств модели является ее адекватность. У этого существуют различные зависимости:
а) степени полноты и достоверности сведений об исследуемой системе;
б) степени детализации модели;
в) корректности параметризации модели, под которой понимается установления соответствия между параметрами системы и модели;
г) уровня подготовки и опыта самого исследователя.
Формализация - отображение результатов мышления в точных понятиях или утверждениях.
Структурную модель системы еще называют структурной схемой. На структурной схеме отражается состав системы и ее внутренние связи.
Концептуальная модель - это модель, представленная множеством понятий и связей между ними, определяющих смысловую структуру рассматриваемой предметной области или ее конкретного объекта.
Чаще всего концептуальная модель представляется в виде диаграммы сущностей-связей, что будет приведено ниже. Чтобы понять, как работает модель, надо построить ее схему. На этом этапе идет переход от словесного описания объекта моделирования к его математической модели. Одна из главных целей это упрощение описания системы, отделение собственно системы S от внешней среды E и выбор основного содержания модели путем отбрасывания всего второстепенного с точки зрения поставленной цели моделирования.
Построим формальную схему (R-схему) заданной вычислительной системы:
Рисунок № 1 (R-схема)
С-1 - сетевая машина
С-2 - сетевая машина
С-3 - сетевая машина
О - очередь
Э - электронно-вычислительная машина (компьютер)
Исходные данные перед поступлением в ЭВМ должны прости очередь (структура данных с дисциплиной доступа к элементам «первый пришёл -- первый вышел»). И только потом данные из очереди попадут в ЭВМ.
Данные для ЭВМ подготавливаются в виде пакета управляющих и определяющих карт, которым составляется по схеме модели, набранной из стандартных символов. Созданная программа GPSS, работая в режиме интерпретации, генерирует и передаёт транзакты из блока в блок. Каждый переход транзакта приписывается к определенному моменту системного времени.
1.1 Определение параметров и переменных модели
Анализ развития наиболее сложных технических систем позволяет сделать вывод о все более глубоком проникновении ЭВМ в их структуру. Вычислительные машины становятся неотъемлемой, а зачастую и основной частью таких систем. Прежде всего это относится к сложным радиоэлектронным системам. Среди них различные автоматические системы, в том числе системы автоматической коммутации (электронные АТС), системы радиосвязи, радиотелеметрические системы, системы радиолокации и радионавигации, различные системы управления.
При построении таких систем в значительной степени используются принципы и структуры организации вычислительных машин и вычислительных систем (ВС.). Характерной особенностью является наличие в системах нескольких процессоров, объединенных различными способами в специализированную ВС. При этом осуществляется переход от «жесткой» логики функционирования технических систем к универсальной «программной» логике. В силу этого все более значительную роль в таких системах, наряду с аппаратными средствами, играет специализированное системное и прикладное программное обеспечение.
Для проведения эксперимента потребуется только один персональный компьютер без внешних устройств. Время выполнения эксперимента ограничено лишь временем доступа к персональному компьютеру.
Детерминированная модель - аналитическое представление закономерности, операции и т.п., при которых для данной совокупности входных значений на выходе системы может быть получен единственный результат. Чтобы создать детерминированную модель данной вычислительной системы необходимо, заменить стохастические потоки их математическими ожиданиями:
- интервал между приходами пользователей 10 мин
- время подготовки задания 1-ым пользователем 16 мин
- время подготовки задания 2-ым пользователем 17 мин
- время подготовки задания 3-им пользователем 18 мин
- время выполнения задания на ЭВМ 0.8 мин
- вероятность прихода каждого из пользователей 0.33
1.2 Определение единицы модельного времени
Модельное время - время, которое можно выбрать по своему усмотрению в зависимости от условия задачи.
В исходной задаче за единицу модельного времени (emd) необходимо взять интервал минимального реального времени. Минимальный интервал реального времени (emd) в течение которого система не меняет своего исходного состояния. В текущей задаче модельное время равно 0.1 мин.
1.3 Определение закона функционирования системы
Работу этой вычислительной системы можно представить в виде временных диаграмм.
Рисунок № 2 (зависимость модельного времени Emd от поступающей информации из сетевой машины С-1)
Рисунок № 3 (зависимость модельного времени Emd от поступающей информации из сетевой машины С-2)
Рисунок № 4 (зависимость модельного времени Emd от поступающей информации из сетевой машины С-3)
Рисунок № 5 (временная зависимость от того, как данные поступают в ЭВМ - компьютер)
2. Задание
Условие задачи представлено на рисунке:
Рисунок № 6 (условие задачи)
2.1 Определение требований к вычислительным средствам
Для решения исходной задачи потребуется один компьютер, на который установлена программа GPSS. Время, потраченное, на выполнение решение задачи ограничено, временем доступа к компьютеру.
2.2 Выбор программных средств моделирования
Для написания программы, я выбрала среду GPSS. Язык, который используется в этой среде, называется GPSS. GPSS (General Purpose
Simulation System) - язык, который используется для моделирования абстрактных систем и систем массового обслуживания (СМО), а также для пространственного движения объектов. Объекты языка GPSS связанны со СМО - система, которая производит обслуживание поступающих в неё требований. Обслуживание требований в СМО производится обслуживающими приборами. Эти объекты, о которых говорилось, ранее называются транзактами. Транзакты можно создавать и удалять по мере необходимости, для решения какой либо задачи. В любой модели существуют определенные блоки, каждый из которых отвечает за свою собственную функцию. Функция дает транзактам понять, куда двигаться или перемещаться, чтобы получить конечный результат. Данные для ЭВМ подготавливаются в виде пакета управляющих и определяющих карт, которым составляется по схеме модели, набранной из стандартных символов. Созданная программа GPSS, работая в режиме интерпретации, генерирует и передаёт транзакты из блока в блок. Каждый переход транзакта приписывается к определенному моменту системного времени.
2.3 Функциональная структура языка GPSS
I) Уровень определяется комбинацией основных функциональных объектов таких, как:
- устройства
- память
- логический переключатель
- очередь
- транзакты;
II) Уровень - блок-схема модели, составленная из типовых блоков, между которыми перемещаются транзакты.
1) Транзакты являются абстрактными подвижными элементами, которые являются аналогами различных объектов реального мира (сообщения, транспортные средства, люди, детали и т.д.) Транзакты двигаются по модели, они могут создаваться и уничтожаться.
Перемещаясь между блоками модели в соответствии с логикой моделирования, транзакты вызывают (и испытывают) различные действия:
- возможны их задержки в некоторых точках модели (связанные с обслуживанием, ожиданием в очереди),
- изменение маршрутов и направления движения,
- создание копии транзактов.
2) Устройства моделируют объекты, в которых может происходить обработка транзактов, что связано с затратами времени. Устройства являются аналогами каналов СМО (каждое устройство в данный момент времени, может быть, занять лишь одним транзактом). В GPSS существует возможность проверки состояния устройства.
3) Память - предназначены для моделирования объектов, обладающих ёмкостью. Аналогия с многоканальными СМО - память может обслуживать одновременно несколько транзактов. При этом транзакт занимает определённую часть памяти.
4) Логические переключатели - принимают значение включено или выключено, позволяют изменять пути следования транзактов в модели.
5) Очередь. В процессе движения транзакты могут задерживаться в определенных точках модели. Если необходимо собирать информацию о длине очереди транзактов и времени задержки транзактов используют соответствующие статистические объекты.
6) Таблицы. Таблицы обрабатывают статистическую информацию, строят гистограмму распределений по любой переменной.
2.4 Программный код
simulate
10 generate 100,,,500
20 seize ustr1
30 advance 160
40 release ustr1
50 transfer ,evm
100 generate 200,,,500
110 seize ustr2
120 advance 170
130 release ustr2
140 transfer ,evm
200 generate 300,,,500
210 seize ustr3
220 advance 180
230 release ustr3
300 evm seize ustr4
310 advance 8
320 release ustr4
330 terminate 3
start 500
end
В Таблице № 1 представлены основные блоки, которые потребовались в результате написания программы:
Таблица № 1
Текст программы |
Комментарии |
|
Simulate |
Инициализации процесса моделирования |
|
Generate |
Генерация случайным образом |
|
Seize ustr |
Занять устройство |
|
Advance |
Задержка транзактов на определенное время |
|
Release ustr |
Освободить устройство |
|
Transfer , evm |
Передача транзакта в блок evm |
|
Terminate |
Заданное число транзактов, на которое этот блок изменяет содержимое счетчика завершений |
|
Start |
Задает значение счетчика завершений |
|
End |
Окончание работы модели |
Решение данной задачи представленной в виде модели расположеной на рисунках № 7, № 8.
Расчет данной задачи, представленной в виде модели:
Рисунок № 7 (отчет о проделанной работе)
Продолжение результата:
Рисунок № 8. (отчет о проделанной работе)
Заключение
Целью данной курсовой работы было смоделировать 500 заданий на ЭВМ. Была построена схема вычислительной системы, которая поможет понять, что через очередь необходимо пройти ни одному из заданий т. к. все три задания выполняются сразу после подготовки и поэтому проблема очереди решена. На протяжении всего времени работы очередь остается пустой, ЭВМ свободна.
Также целью курсовой работы было изучение языка GPSS и применение этих знаний для решения задач по моделированию различных систем и для обеспечения мира во всем мире.
Список литературы
1. Бахвалов Л.А. Моделирование систем: Учебное пособие для вузов / Л.А. Бахвалов - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2006, С. 290.
2. Лузина И.Л. Компьютерное моделирование: учебное пособие / И.Л. Лузина - Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2001, С. 105.
3. Колесов Ю.Б., Сениченков Ю.Б. Моделирование систем. Практикум по компьютерному моделированию / Ю.Б. Колесов, Ю.Б. Сениченков - Санкт- Петербург: БХВ - Петербург, 2007, С. 352.
4. Подколзин А.С. Компьютерное моделирование логических процессов. Архитектура и решателя задач / А.С. Подколзин - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, С. 1022.
5. Боев В.Д. Компьютерное моделирование / В.Д. Боев - М.: ИНТУИТ.РУ, 2010, С. 349.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Анализ и формализация задачи моделирования: построение концептуальной модели, ее формализация в виде Q-схемы. Построение имитационной модели: создание блок-схемы, представление базовой исходной имитационной модели. Исследование экономических процессов.
контрольная работа [156,0 K], добавлен 21.11.2010Основные понятия: модель, моделирование, виды моделей. Пути и способы изучения темы "Моделирование и формализация" в курсе информатики в 8 классе. Создание табличной информационной модели. Понятие информационной модели, системы и структуры системы.
методичка [1,8 M], добавлен 30.05.2013Построение концептуальной модели системы и ее формализация. Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация. Построение логической схемы модели. Проверка достоверности модели системы. Получение и интерпретация результатов моделирования системы.
курсовая работа [67,9 K], добавлен 07.12.2009Формализация как важнейший этап моделирования. Методы описания и свойства моделей. Адекватность проекта целям моделирования. Основные принципы и значение формализации. Исследование на компьютере информационных моделей из различных предметных областей.
презентация [1,2 M], добавлен 24.01.2011Основные понятия моделирования, виды моделей. Программа моделирования электрических и электронных цепей PSpice. Язык описания заданий на моделирование. Программа Probe и ее основные характеристики. Моделирование электромеханических преобразователей.
статья [522,6 K], добавлен 20.07.2012Построение концептуальной модели и её формализация. Алгоритмизация модели и её компьютерная реализация. Типы моделирующих алгоритмов. Интерпретация результатов моделирования. Структурная схема погрузки готовой продукции. Основные параметры системы.
контрольная работа [816,2 K], добавлен 30.06.2014Моделирование как основная функция вычислительных систем. Разработка концептуальной модели для системы массового обслуживания и ее формализация. Аналитический расчет и алгоритмизация модели, построение блок-диаграмм. Разработка и кодирование программы.
курсовая работа [164,8 K], добавлен 18.12.2011Структурная схема, классификация устройств СМО и анализ динамики ее функционирования. Формализация модели СМО средствами GPSS World. Модификация имитационной модели. Реализация модельных экспериментов. Имитационное моделирование СМО в среде GPSS World.
курсовая работа [504,6 K], добавлен 14.12.2012Методы материального моделирования в среде GPSS. Построение и разработка концептуальной модели. Алгоритмизация модели и ее машинная реализация. Экспериментальное моделирование на ЭВМ. Определение максимальной длины очереди готовых к обработке пакетов.
курсовая работа [189,0 K], добавлен 14.09.2011Компьютерное моделирование - вид технологии. Анализ электрических процессов в цепях второго порядка с внешним воздействием с применением системы компьютерного моделирования. Численные методы аппроксимации и интерполяции и их реализация в Mathcad и Matlab.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.12.2013Понятие модели - искусственно созданного объекта, дающего упрощенное представление о реальном объекте, процессе или явлении. Этапы компьютерного моделирования, их характеристика. Свойства объекта, присущие ему качества, характеристики и признаки.
реферат [195,9 K], добавлен 04.04.2015Теоретические основы моделирования систем в среде имитационного моделирования AnyLogic. Средства описания поведения объектов. Анимация поведения модели, пользовательский интерфейс. Модель системы обработки информации в среде компьютерного моделирования.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 15.05.2014Три типа задач из области информационного моделирования. Элементы системного анализа, его уровни и содержание. Табличные информационные модели, их использование. Информационное моделирование и электронные таблицы. Моделирование знаний в курсе информатики.
презентация [227,2 K], добавлен 19.10.2014Разработка модели автоматизации документооборота риэлтерской организации. Точки зрения на построение диаграмм классов в зависимости от целей их применения. Выбор среды моделирования. Визуальное моделирование в UML для роли "менеджер". Диаграмма классов.
курсовая работа [895,6 K], добавлен 28.05.2013Методы количественного и качественного оценивания систем, моделирование и разработка концептуальной модели, показатели пропускной способности, достоверности передачи данных. Интеграция систем ситуационного, имитационного и экспертного моделирования.
курсовая работа [240,3 K], добавлен 24.06.2010Формализация задач и целей моделирования. Разработка имитационной модели навигации в морском порту. Определение границ модели и характера переменных. Выбор имитаторов основных функций объекта и внешней среды. Составление структуры моделирующего алгоритма.
курсовая работа [49,6 K], добавлен 14.11.2011Сущность понятия "имитационное моделирование". Подклассы систем, ориентированных на системное и логическое моделирование. Способы построения моделирующего алгоритма. Имитационные модели производственных процессов. Структура обобщенной имитационной модели.
реферат [453,5 K], добавлен 26.10.2010Оптимизационные модели на производстве. Компьютерное моделирование и программные средства. Трехмерное моделирование в T-Flex. Инженерный анализ в ANSYS. Интерфейс табличного процессора MS Excel. Построение математической модели задачи, ее реализация.
курсовая работа [5,2 M], добавлен 13.04.2014Значение вербальных и знаковых информационных моделей для исследования объектов, процессов, явлений. Роль метода формализации в процессе создания компьютерной модели. Использование программы AutoCAD для трехмерного моделирования и визуализации объекта.
курсовая работа [866,5 K], добавлен 08.01.2015Построение и анализ модели работы магистрали передачи данных. Формализация концептуальной модели, создание моделирующего алгоритма. Компьютерная программа, имитирующая передачу данных по двухканальной магистрали для получения статистических результатов.
курсовая работа [294,0 K], добавлен 17.01.2015