Моделирование работы библиографической системы

Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту по Моделированию систем на тему:

Моделирование работы библиографической системы

Автор проекта (работы)

О. М. Чапура

Руководитель проекта

Е.Г.Степанова

Ставрополь, 2011

АННОТАЦИЯ

В курсовой работе моделируется работа библиографической системы. Система построена на базе двух ЭВМ и имеет один терминал для ввода и вывода информации.

Производится исследование моделируемого объекта, строятся структурная схема модели системы, временная диаграмма, Q-схема системы, укрупненная схема моделирующего алгоритма, определяется математическая модель и проводится анализ результатов моделирования системы. Также определяется эффективность смоделированной системы и ищутся рекомендации по ее улучшению.

Моделирование производится на языке GPSS с использованием прикладной программы GPSS World.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
• 1.1 Описание моделируемой системы
• 1.2 Структурная схема модели системы и ее описание
• 1.3 Временная диаграмма и ее описание
• 1.4 Q-схема системы и ее описание
• 1.5 Укрупненная схема моделирующего алгоритма
• 1.6 Математическая модель
• 1.7 Описание машинной программы решения задачи
• 1.8 Результаты моделирования и их анализ
• 1.9 Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик
• 1.10 Описание возможных улучшений в работе системы
• 1.11 Окончательный вариант модели с результатами.
• СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЯ

В данной курсовой работе моделируется работы библиографической системы в течение 8 ч. Для определения эффективности смоделированной системы необходимо определить длину очереди, коэффициенты загрузки ЭВМ, вероятность отказа обслуживания. При необходимости представить рекомендации к улучшению работы системы.

Задача решается с помощью языка моделирования GPSS. На персональных компьютерах (ПК) типа IBM/PC язык GPSS реализован в рамках пакета прикладных программ GPSS/PC. В процессе прогона имитационной модели обеспечивается возможность постоянного наблюдения в шести интерактивных графических окнах (машинная мультипликация, работа одноканальных и многоканальных устройств, функционирование блоков, отображение таблиц и матриц). Система выдает отчет о результатах моделирования, содержащий широкий спектр параметров блоков, устройств, очередей, таблиц, пользовательских списков. Данные особенности GPSS позволяют эффективно решить рассматриваемую задачу.

В ходе работы используются следующие литературные источники:

1. Советов Б. Я. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов/Б.Я.Советов, С. А. Яковлев. — 2-е изд., перераб. И доп — М.: Высш. шк., 2003. 295 с.

2. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории вероятностей. — М.: Радио и связь, 1983. — 416 с.

1 ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание моделируемой системы

Информационно-поисковая библиографическая система построена на базе двух ЭВМ и имеет один терминал для ввода и вывода информации. Первая ЭВМ обеспечивает поиск литературы по научно-техническим вопросам (вероятность обращения к ней — 0,7), а вторая — по медицинским (вероятность обращения к ней — 0,3). Пользователи обращаются к услугам системы каждые 5±2 мин. Если в очереди к терминалу ожидают 10 пользователей, то вновь прибывшие получают отказ. Поиск информации на первой ЭВМ продолжается 6±4 мин, а на второй 3±2 мин, включая вывод на печать.

Смоделировать процесс работы системы за 8 ч. Определить среднюю длину очереди к терминалу, вероятность отказа и коэффициенты загрузки ЭВМ.

1.2 Структурная схема модели системы и ее описание

Рисунок 1.2 — Структурная схема модели

На структурной схеме (рисунок 1.2) изображены следующие элементы моделируемой системы:

— пользователи;

— терминал, используемый для ввода и вывода информации;

— первая ЭВМ, обеспечивающая поиск литературы по научно-техническим вопросам;

— вторая ЭВМ, обеспечивающая поиск литературы по медицинским вопросам.

Пользователи обращаются к услугам системы каждые 5±2 мин. Если очередь к терминалу превышает 10 человек, то пришедший пользователь получает отказ. Если пользователю необходима информация по научно-техническим вопросам (что возможно произойдет с вероятностью 0.7), то данную заявку обрабатывает первая ЭВМ в течении 6±4 мин. Если по медицинским — то вторая в течении 3±2 мин. Полученные результаты выводятся на печать.

1.3 Временная диаграмма и ее описание

Рисунок 1.3 — Временная диаграмма

На временной диаграмме:

— ось 0 — моменты прихода пользователей;

— оси Т1,…, Т10 — пребывание заявок в очереди к терминалу ввода и ввода информации;

— оси ЭВМ1 и ЭВМ2 — обработка заявок на ЭВМ1 и ЭВМ2 соответственно.

В момент времени t₁ =4 мин поступает первая заявка. Т.к. все ЭВМ не заняты заявка сразу переходит на обработку в первую ЭВМ. Обработка длится t_p1=6 мин и по завершении начинается обработка следующей заявки. Вторая заявка приходит через t₂ =3 мин после первой. В этот момент времени происходит обработка первой заявки, поэтому вторая заявка отправляется в очередь. После окончания обработки первой заявки вторая освобождает очередь и сама занимает устройство. Четвертая заявка приходит после начала обработки второй, поэтому четвертая заявка занимает освободившееся место в очереди.

Анализируя полученную временную диаграмму можно сказать, что максимальная длина очереди 5, вероятность того что пользователь получит отказ равна 0.

1.4 Q-схема системы и ее описание

математический информация моделирующий алгоритм

Наша система представляет собой многоканальную СМО с ограниченной очередью, поэтому для формализации задачи используем символику Q-схем. В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q-схем структурную схему данной СМО (рисунок 1.2) можно представить в виде, показанном на рисунке 1.4, где И — источник, К — канал, Н — накопитель.

Рисунок 1.4 — Q-схема

Источник И имитирует процесс поступления заданий, которые поступают через 5±2 минут. Канал К1 — работа первой ЭВМ в течении 6±4 минут, канал К2 — второй ЭВМ в течении 3±2 минуты. Накопитель Н имеет емкость 10. Клапан регулирует процесс поступления заявок в накопитель. Если накопитель Н заполнен, то заявки отправляются в отказ. На выходе получаем обслуженные заявки.

1.5 Укрупненная схема моделирующего алгоритма

В начале процесса моделирования происходит запуск и ввод исходных данных (блоки 1,2). Затем проверяется условие (блок 3): если терминал полон, то происходит ожидание окончания работы ЭВМ и заявка отклоняется (блок 4). Иначе заявка поступает в терминал ввода и вывода информации и затем в одну из ЭВМ и там обслуживается (блоки 5−7). Если закончился интервал моделирования (блок 8), то происходит обработка результатов моделирования и осуществляется сбор статистики (блок 9). Иначе снова проверяем терминал и обрабатываем заявки (блоки 3−7). После этого происходит вывод результатов моделирования на экран (блок 10). Окончание работы системы (блок 11).

Рисунок 1.5 — Укрупненная схема

1.6 Математическая модель

Необходимо определить среднюю длину очереди к терминалу, вероятность отказа и коэффициенты загрузки ЭВМ.

Определим переменные и уравнения математической модели:

К_заг.1, К_заг.2 — коэффициенты загрузки первой и второй ЭВМ;

P_отк — вероятность отказа в обслуживании;

L — средняя длина очереди;

— интенсивность поступления заявок;

 — пропускные способности ЭВМ;

m — емкость накопителя.

Найдем интенсивность поступления заявок, пропускные способности ЭВМ:

Используя полученные коэффициенты, найдем:

1.7 Описание машинной программы решения задачи

Машинная программа, имитирующая работу объекта исследования, приведена в приложении 2. Блок-диаграммы GPSS модели приведена в приложении 1.

Прогон модели, т. е. собственно моделирование, выполняется с помощью специальной управляющей программы, которую называют симулятором (от английского SIMULATE — моделировать, имитировать).

Оператор SIMULATE (моделировать) устанавливает предел реального времени, отводимого на прогон модели.

Строки 30−70 реализуют процесс поступления пользователей и обработки их заявок. Для создания транзактов, в нашем случае под транзактами будем подразумевать задания, входящие в модель, служит блок GENERATE (генерировать) — (строка 30), в котором определено время поступления как случайная величина в диапазоне 5−2, 5+2.

Блок TRANSFER (передать) служит для передачи входящих в него транзактов в блоки, отличные от следующего. В строках 50,120 данный блок используется в безусловном режиме. В данном режиме первое поле пустое, а во втором указывается имя блока, к которому безусловным образом направляется транзакт. В строке 70 блок используется в режиме статической передачи данных. В первом поле указывается вероятность, с которой транзакт будет направлен в блок, указанный в третьем поле, иначе транзакт будет направлен в блок указанный во втором поле.

GATE — вспомогательный блок, проверяющий состояния устройств, памятей, логических ключей. Блок GATE проверяет, если накопитель не заполнен, то заявки поступают в терминал. Иначе они получают отказ и направляются в блок BYE (строка 40).

SEIZE — RELEASEпарные блоки, обозначающие соответственно занять и освободить прибор обслуживания. Блок ADVANCE производит задержку (время обработки запроса). Для занятия и освобождения каналов обслуживания МКУ (терминала TER) используется пара блоков ENTER (войти) и LEAVE (покинуть).

Строки 170−200 — реализуют работу системы в течение заданного периода времени. Здесь используется сегмент таймера: вводится дополнительная пара блоков GENERATE и TERMINATE. В блоке GENERATE указывается 480(строка 180), что соответствует работе системы в течении 8 часов.

1.8 Результаты моделирования и их анализ

После запуска процесса имитационного моделирования в программе GPSS получаем следующую статистику:

Проанализируем полученную статистику. Из отчета следует: значение системного времени изменялось от 0 до 480, что соответствует работе системы в течении 8 часов (по условию задачи моделирования), в процессе моделирования были задействованы 17 блока, используются два одноканальных устройства IBM1 и IBM2 и один многоканальный TER.

Моделью было сгенерировано 98 транзактов (задания) в течение заданного времени работы системы из них 72 обработалось первой ЭВМ и 1 еще обрабатывается, 24 — второй ЭВМ и ни один из транзактов не был не обработан.

В разделе устройства FACILITY приведена статистика использования устройств. Устройству IBM1 на момент завершения моделирования, соответствует статистика:

на обслуживании находилось 73 задания;

коэффициент использования (занятости) данного устройства UTIL 0.947;

среднее время обслуживания в устройстве AVE_TIME 6.227 единиц модельного времени.

Для устройства IBM2 статистика, на момент завершения моделирования такова:

на обслуживании находилось 24 задание;

коэффициент использования UTIL 0.152;

среднее время обслуживания в устройстве AVE_TIME 3.045 единиц модельного времени.

Многоканальное устройство TER имеет следующую статистику:

— емкость накопителя CAP 10;

— минимальное число транзактов, находившихся в накопителе 0, максимальное — 5;

— вошло 98 транзактов;

— среднее количество транзактов, пребывавших в накопителе AVE.C.2.219;

— коэффициент использования UTIL 0.222.

1.9 Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик

Определим значения вероятности отказа в обслуживании, коэффициенты загрузки ЭВМ и среднюю длину очереди используя результаты полученные в ходе имитационного моделирования.

К_заг.1 — коэффициент загрузки первой ЭВМ;

К_заг.2 — коэффициент загрузки второй ЭВМ;

P_отк — вероятность отказа в обслуживании;

L — средняя длина очереди;

N_от — число пользователей получивших отказ;

N₁, N₂ — число пользователей обслуженных первой и второй ЭВМ соответственно.

Полученные результаты примерно совпадают с результатами полученными аналитически: К_заг.1=0.84, К_заг.2=0.18, P_отк=0.0184, L=2.329.

1.10 Описание возможных улучшений в работе системы

Результаты, полученные в ходе моделирования, отражают основные особенности функционирования моделируемой системы обработки задач и позволяют качественно и количественно оценить ее поведение.

Анализируя полученные в ходе моделирования результатов, для повышения эффективности функционирования системы можно сделать следующие выводы: вторая ЭВМ имеет низкий коэффициент загрузки К=0.152 и для повышения эффективности системы рекомендуется объединить две поисковые ЭВМ.

1.11 Окончательный вариант модели с результатами

Изменим нашу программу в соответствии с рекомендациями. Ее листинг представлен в приложении 3. Получим следующую статистику:

В данной системе загруженность единственной ЭВМ равна 0,985, что повысило эффективность системы. Но при этом максимальная длина очереди равна 10 и 6 пользователей получило отказ, что является отрицательным показателем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной работы были построены структурная схема модели системы, временная диаграмма, Q-схема системы, укрупненная схема моделирующего алгоритма, определена математическая модель.

Были найдены следующие параметры системы: средняя длина очереди, коэффициенты загрузки ЭВМ, вероятность отказа обслуживания в результате имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик. Получены следующие значения: средняя длина очереди 2.5, вероятность отказа 0, коэффициенты загрузки для первой ЭВМ — 0.94, для второй — 0.152.

В ходе тестирования было обнаружено, что в моделируемой системе маленький коэффициент загрузки второй ЭВМ = 0.152, что приводит к простою и лишним затратам. Возможное решение данной проблемы в объединении двух терминалов для поиска всей информации.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Мухин Н. Н., Степанова Е. Г. Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Моделирование систем». — Ставрополь, 2001. 41 с.

2. Советов Б. Я. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов/Б.Я.Советов, С. А. Яковлев. — 2-е изд., перераб. И доп — М.:Высш. шк., 2003. 295 с.

3. Советов Б. Я., Яковлев С. А. Моделирование систем: Учеб. Для вузов — 3-е изд., перераб. И доп. — М.:Высш. шк., 2001. 343 с.

4. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории вероятностей. — М.:Радио и связь, 1983. — 416 с.

5. Вентцель Е. С. Исследование операций. — М.:Радио и связь, 1972

6. Томашевский В., Жданова E. Имитационное моделирование в среде GPSS. — М.:Бестселлер, 2003. — 416 c.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Блок-диаграмма GPSS модели

Приложение 2

Машинная программа объекта исследования

Приложение 3

Усовершенствованная программа объекта исследования