Моделювання мовою GPSS
Міністерство освіти та науки
Карагандинський державний технічний університет
з дисципліни "Спецкурс інформатики"
Тема: "Моделювання на мові GPSS"
Процеси функціонування різних систем та мереж зв'язку можуть бути представлені тією чи іншою сукупністю систем масового обслуговування (СМО) – стохастичних, динамічних, дискретно-безперервних математичних моделей. Дослідження характеристик таких моделей може проводитись або аналітичними методами, або шляхом імітаційного моделювання.
Імітаційна модель відображає стохастичний процес зміни дискретних станів СМО у безперервному часі у формі моделюючого алгоритму. При його реалізації на ЕОМ виробляється накопичення статистичних даних за тими атрибутами моделі, показники яких є предметом досліджень. Після закінчення моделювання накопичена статистика обробляється, і результати моделювання виходять як вибіркових розподілів досліджуваних величин чи його вибіркових моментів. Таким чином, при імітаційному моделюванні систем масового обслуговування завжди йдеться про статистичне імітаційне моделювання.
Складні функції моделюючого алгоритму можуть бути реалізовані засобами універсальних мов програмування (Паскаль, Сі), що надає необмежені можливості у розробці, налагодженні та використанні моделі. Однак подібна гнучкість набувається ціною великих зусиль, що витрачаються на розробку та програмування дуже складних моделюючих алгоритмів, що оперують зі списковими структурами даних. Альтернативою є використання спеціалізованих мов імітаційного моделювання.
Спеціалізовані мови мають засоби описуструктури та процесу функціонування моделюваної системи, що значно полегшує та спрощує програмування імітаційних моделей, оскільки основні функції моделюючого алгоритму, а при цьому реалізуються автоматично. Програми імітаційних моделей спеціалізованими мовами моделювання близькі до описів моделюваних систем природною мовою, що дозволяє конструювати складні імітаційні моделі користувачам, які не є професійними програмістами.
Однією з найефективніших і найпоширеніших мов моделювання складних дискретних систем є нині мову GPSS (General Purpose Simulation System). Він може бути з найбільшим успіхом використаний для моделювання систем, що формуються у вигляді систем масового обслуговування. Як об'єкти мови використовуються аналоги таких стандартних компонентів СМО, як заявки, обслуговуючі прилади, черги тощо. Достатній набір таких компонентів дозволяє конструювати складні імітаційні моделі, зберігаючи звичну термінологію СМО.
Мова моделювання дискретних систем GPSS розроблена фірмою IBM на початку 70-х років XX століття і є однією з найпоширеніших у світі спеціалізованих мов програмування. Система моделювання GPSS/PC (різних версій) є торговою маркою фірми MINUTEMAN Software. Проте слід зазначити, що GPSS/PC призначений до роботи на операційній системі MS DOS. Тому є обмеження, які у ряді випадків не дозволяють здійснити розробку та експлуатацію моделей складних систем із необхідним ступенем деталізації. Зазначених недоліків практично не має загальноцільова система моделювання GPSS World, також розроблена компанією MINUTEMAN (США), але вже в 1993 році, яка пізніше також зазнала деяких змін.
GPSS - інтегруюча мовна система, що використовується для опису просторового руху об'єктів. Такі динамічні об'єкти в мові GPSS називаютьсятранзактамиі є елементами потоку. Транзакти "створюються" та "знищуються". Функцію кожного їх можна як рух через модель М з почерговою впливом її блоки. Функціональний апарат мови утворюють блоки, що описують логіку моделі, повідомляючи транзактам, куди рухатись і що робити далі. Дані для ЕОМ готуються як пакета управляючих і визначальних карт, яким складається за схемою моделі, набраної із стандартних символів. Створена програма GPSS, працюючи в інтерпретації, генерує і передає транзакти з блоку в блок. Кожен перехід транзакту приписується до певного моменту системного часу.
Задля більшої надійності АСУ ТП у ній використовується дві ЕОМ. Перша ЕОМ виконує обробку даних про технологічний процес та вироблення керуючих сигналів, а друга знаходиться в «гарячому резерві». Дані до ЕОМ надходять через 10 ± 2 с, обробляються протягом 3 с. Показники обох ЕОМ однакові. Підключення резервної ЕОМ займає 5 с, після чого вона замінює основну до відновлення, а процес повертається до нормального темпу. Відмови ЕОМ відбуваються через 300±30 с. Відновлення займає 100 с. Резервна ЕОМ абсолютно надійна. Змоделювати 1 годину роботи системи. Визначити середній час знаходження технологічного процесу у загальмованому стані та середню кількість пропущених через відмову даних.