Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Моделирование работы машинного зала пользователей ЭВМ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОРДОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Н.П. ОГАРЁВА»

Экономический факультет

Кафедра информационных систем в экономике и управлении

КУРСОВАЯ РАБОТА

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ МАШИННОГО ЗАЛА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЭВМ

Автор курсовой работы Альбекова Р. Р.

подпись, дата, инициалы, фамилия

Специальность 080500 Бизнес-информатика

номер, наименование

Обозначение курсовой работы КР-02069964-080500-02-12

Руководитель работы

к. т. н. доцент Афонин В.В.

подпись, дата, инициалы, фамилия

Оценка

Саранск 2012

ИМ. Н.П. ОГАРЁВА»

Экономический факультет

Кафедра информационных систем в экономике и управлении

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К курсовой работе

на тему «Моделирование РАБОТЫ МАШИННОГО ЗАЛА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЭВМ»

по дисциплине «Имитационное моделирование»

наименование учебной дисциплины

Автор курсовой работы Альбекова Р. Р.

подпись, дата, инициалы, фамилия

Специальность 080500 Бизнес-информатика

номер, наименование

Обозначение курсовой работы КР-02069964-080500-02-12

Руководитель работы Афонин В.В.

подпись, дата, инициалы, фамилия

Работа защищена ____________ Оценка _________________

Дата

Саранск 2012

ИМ. Н.П. ОГАРЁВА»

Экономический факультет

Кафедра информационных систем в экономике и управлении

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Студентка 109 группы Бизнес-информатики Альбекова Р. Р.

1 Тема «Моделирование РАБОТЫ МАШИННОГО ЗАЛА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ЭВМ».

2 Срок представления работы к защите _________________

3 Исходные данные

4 Содержание курсовой работы:

4.1 Задание

4.2 Реферат

4.3 Содержание

4.4 Введение

4.5 Постановка задачи

4.6 Разработка программной модели

4.7 Моделирование и анализ результатов моделирование

4.8 Выполнение пунктов задания

4.9 Заключение

4.10 Список используемой литературы.

Руководитель работы Афонин В.В.

подпись, дата, инициалы, фамилия

Задание принял к исполнению ___________________________

дата, подпись

Моделирование работы машинного зала пользователей ЭВМ

Вариант №2

В машинный зал с интервалом времени 10 ± 5 мин заходят пользователи, желающие произвести расчеты на ЭВМ. В зале имеется одна ЭВМ, работающая в однопрограммном режиме. Время, необходимое для решения задач, включая вывод результатов на печать, характеризуется интервалом 15 ± 5 мин. Третья часть пользователей после окончания решения своей задачи производит вывод текста программы на печать (продолжительность перфорации —3 ± 2 мин). В машинном зале не допускается, чтобы более семи пользователей ожидали своей очереди на доступ к ЭВМ. Вывод программы на печать не мешает проведению расчетов на ЭВМ.

Задание по моделированию

1. Смоделировать процесс обслуживания 100 пользователей.

2. Подсчитать число пользователей, не нашедших свободного места в очереди.

3. Определить среднее число пользователей в очереди.

4. Определить среднее время ожидания в очереди.

5. Определить коэффициенты загрузки ЭВМ и принтера.

6. Определить и построить экспериментальную функцию распределения времени ожидания в очереди.

7. Определить пропускную способность машинного зала.

8. В качестве основного программного средства моделирования принять GPSS

9. Вспомогательные вычисления и графические построения выполнить в MATLAB.

Содержание

Введение

Описание моделируемой системы
Структурная схема модели системы
Временная диаграмма
Q – схема системы
Укрупненная схема моделирующего алгоритма
Детальная схема моделирующего алгоритма
Математическая модель
Описание машинной программы решения задачи
Результаты моделирования
Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик
Описание возможных улучшений в работе системы

Заключение

Список литературы

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Введение

В данной курсовой работе моделируется и анализируется процесс работы машинного зала. Данная система является системой массового обслуживания. В следствие этого для данной системы были разработаны концептуальная, математическая и машинная модель системы, а также осуществлена формализация модели.

Данная курсовая работа ориентирована на исследование аналитической и имитационной модели процесса работы машинного зала. Основной целью является построение модели, определение ее количественных и качественных характеристик, а также выбор наиболее оптимального и экономически выгодного варианта решения.

Возможным методом решения задачи является поиск такого решения, при котором производственные показатели, в данном случае число обслуженных пользователей, будут максимальными. Необходимым условием будет являться и то, каким образом будут получены результаты: сколько для этого потребуется времени, сколько пользователей останутся необслуженными.

Первым шагом при анализе любой конкретной системы является выделение элементов системы, и формулирование логических правил, управляющих взаимодействием этих элементов. Полученное в результате описание называется моделью системы. Модель обычно включает в себя те аспекты системы, которые представляют интерес или нуждаются в исследовании.

Для общих задач система моделирования должна предоставлять пользователю достаточно краткий и в то же время применимый к широкому классу систем язык моделирования, а также учитывать техническую оснащенность.

Одним из наиболее эффективных и распространенных языков моделирования сложных дискретных систем является в настоящее время язык GPSS. Он может быть с наибольшим успехом использован для моделирования систем, формализуемых в виде систем массового обслуживания. В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов СМО, как заявки, обслуживающие приборы, очереди и т.п. Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструировать сложные имитационные модели, сохраняя привычную терминологию СМО.

На персональных компьютерах язык GPSS реализован в рамках пакета прикладных программ GPSS/PC. Основной модуль пакета представляет собой интегрированную среду, включающую помимо транслятора со входного языка средства ввода и редактирования текста модели, ее отладки и наблюдения за процессом моделирования, графические средства отображения атрибутов модели, а также средства накопления результатов моделирования в базе данных и их статистической обработки. Кроме основного модуля в состав пакета входит модуль создания стандартного отчета GPSS/PC, а также ряд дополнительных модулей и файлов.

1. Описание моделируемой системы

Задача на моделирование поставлена следующим образом: в машинный зал с интервалом времени 10±5 мин заходят пользователи, желающие произвести расчеты на ЭВМ. В зале имеется одна ЭВМ, работающая в однопрограммном режиме. Время, необходимое для решения задач, включая вывод результатов на печать, равно 15±5 мин. В машинном зале не допускается, чтобы более семи пользователей ожидали своей очереди.

Смоделировать процесс обслуживания 100 пользователей. Определить среднее число пользователей в очереди, коэффициент загрузки ЭВМ, а также вероятность отказа по причине отсутствия свободных мест в очереди.

Пользователи приходят в машинный зал, и если мест в очереди нет, то они уходят не обслуженными. Если же в очереди есть хотя бы одно свободное место, то пользователь становиться в очередь и ждет, пока освободится ЭВМ. Когда ЭВМ освобождается - пользователь производит расчеты и уходит из зала.

С помощью такого алгоритма можно смоделировать процессы обслуживания различных систем массового обслуживания. Например, работу парикмахерской, работу какого-либо врача, обслуживание в библиотеке или банке и т.д.

2. Структурная схема модели системы

На основании задания, прежде всего, строим структурную схему данной СМО (рисунок1).

Рисунок 1. Структурная схема процесса функционирования ВЦ.

Анализ условия задачи и структурной схемы позволяет сказать, что в процессе взаимодействия пользователей с ВЦ (Вычислительным Центром) возможны следующие ситуации:

режим нормального обслуживания, когда в очереди есть свободные места;
режим отказа в обслуживании пользователя, когда заняты все места в очереди.

3. Временная диаграмма

Более детально процесс функционирования ВЦ можно представить на временной диаграмме (рисунок 2.)

На диаграмме:

ось 1 – моменты прихода пользователей в ВЦ;
ось 2 – пребывание заявок в очереди;
ось 3 – обработка заявок на ЭВМ;

С помощью временной диаграммы можно выявить все особые состояния системы, которые необходимо будет учесть при построении детального моделирующего алгоритма.

При построении диаграммы не учитывались моменты перемещения заявок в накопитель, извлечения из накопителя, передачи заявок из накопителя к устройству. Иными словами, не учтено время, затрачиваемое на перемещение заявок, согласно условию задачи.

Рисунок 2. Временная диаграмма процесса функционирования ВЦ

4. Q-схема системы

Все описанное выше есть, по сути, этап построения концептуальной модели системы. Следующим должен стать этап формализации модели. Так как описанные процессы являются процессами массового обслуживания, то для формализации задачи используем символику Q–схем. В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q–схем структурную схему данной СМО (рисунок 3) можно представить в виде, показанном на рисунке 3, где И – источник, К – канал, Н – накопитель.

поток отказов

Рисунок 3 Структурная схема ВЦ в символике Q–схем.

Источник И имитирует процесс прихода пользователей в ВЦ. Система клапанов регулирует процесс занятия пользователями (в терминах Q–схем – заявками) мест в очереди. Если в накопителе Н есть свободное место, то клапан 2 закрыт, а клапан 1 открыт, т.е заявка уходит на обслуживание в канал К, который имитирует работу ЭВМ; если накопитель Н занят, то клапан 1 закрыт, а клапан 2 открыт, т.е. заявка теряется, что соответствует уходу пользователя из ВЦ не обслуженным.

5. Укрупненная схема моделирующего алгоритма

Рисунок 4. Укрупненная схема моделирующего алгоритма процесса функционирования машинного зала

При построении укрупненной схемы использован «принцип Дt».

Любой алгоритм действий, прежде чем он начнет свое выполнение, должен быть запущенным (блок 1).

В блоке 2 осуществляется ввод параметров системы. Изменяющимися параметрами данной системы могут быть емкость накопителя, время поступления и обслуживания заявок и количество, обслуживаемых заявок.

Блок 3 осуществляет проверку достаточно ли обслужено заявок. Если обслужено требуемое количество заявок, то переход осуществляется в блок 9. Если обслужено меньшее количество заявок, то переход происходит в блок 4.

Блок 4 проверяет наличие свободных мест в очереди. Если в очереди свободных мест нет, то заявка получает отказ и переход осуществляется в блок 8. Если в очереди имеется хотя бы одно свободное место – переход в блок 5.

Блок 5 передает заявки из накопителя на обработку на ЭВМ.

Блок 6 осуществляет непосредственную обработку на ЭВМ.

В блоке 7 происходит увеличение значения счетчика времени на Δt.

В блоке 9 осуществляется обработка результатов, которые передаются в блок 10.

Блок 10 производит вывод результатов на печать, после чего работа всего алгоритма заканчивается, что фиксируется в блоке 11 (останов).

6. Детальная схема моделирующего алгоритма

Рис. 5. Детальная схема моделирующего алгоритма процесса функционирования машинного зала

Любой алгоритм действий, прежде чем он начнет свое выполнение, должен быть запущенным (блок 1).

Блок 3 осуществляет прием заявки.

Блок 5 передает заявки из накопителя на обработку на ЭВМ.

Блок 6 осуществляет непосредственную обработку на ЭВМ.

В блоке 7 происходит проверка обслужено ли 100 заявок. Если обслужено 100 заявок, то осуществляется переход в блок 9. Если еще не обслужено 100 заявок, то переход осуществляется к блоку 3 и цикл повторяется заново.

В блоке 9 осуществляется обработка результатов, которые передаются в блок 10.

7. Математическая модель системы

Перед построением детального моделирующего алгоритма необходимо определить переменные и уравнения математической модели. В нашем случае это будут:

t_n- время решения задачи на ЭВМ ;

N₀- число обслуженных пользователей;

N₁- число пользователей, получивших отказ;

Операционные характеристики системы:

7.1

7.2

где – вероятность отказа в обслуживании;

– коэффициент загрузки ЭВМ;

– суммарное время занятости ЭВМ;

T – общее имитируемое время работы машинного зала.

Вероятность отказа показывает на сколько эффективно работает система. Чем ниже этот показатель, тем эффективнее работа системы.

Коэффициент загрузки ЭВМ показывает эффективность работы устройства. Чем выше коэффициент загрузки, тем эффективнее работа этого устройства.

8. Описание машинной программы решения задачи

Данная задача решена с помощью имитационной модели, реализованной при поддержке языка моделирования GPSS/PC.

Листинг программы приведен в приложении 1.

Память MESTO емкостью 7 берется для имитирования 7 мест в очереди. Транзакт, который имитирует приход пользователей, создается, каждые 10±5 единиц модельного времени блоком GENERATE. Блок GATE посылает транзакт к блоку ZZZ, когда есть места в очереди , в противном случае транзакт через блок TRANSFER по метке BYE уходит с обслуживания. Если память не занята, либо в ней есть хотя бы 1 свободное место, то транзакт проходит через блок GATE по метке ZZZ в блок ENTER, где получает разрешение на использование памяти. Транзакт затем входит в блок SEIZE, где занимает устройство IBM, т.е. пользователь находившийся в очереди может занять ЭВМ. Т.к. заявка заняла устройство, то с помощью блока LEAVE освобождается место в очереди MESTO. Далее происходит непосредственное обслуживание в блоке ADVANCE, где транзакт задерживается на продолжительность обслуживания 15±5 единиц модельного времени. После того как транзакт закончил свое обслуживание, в блоке RELEASE он освобождает устройство IBM. Блок TERMINATE выводит транзакт из модели. Вся выше описанная процедура будет продолжаться до тех пор пока не обслужатся 100 транзактов, заданные в блоке START.

9. Результаты моделирования

Когда моделирование заканчивается, система GPSS/PC создает неформатированный отчет в промежуточный файл REPORT.GPS. Его можно увидеть на экране монитора, используя программу GPSSREPT. Если использовать полную версию GPSS/PC, то можно просмотреть отчет во время сеанса, при помощи команды GPSS/PC ДОС.

Результаты моделирования представлены в приложении 2.

Из выходной статистики видно, пока обслужилось 100 заявок сгенерироваться успело 143 заявок. На обслуживание в устройство IBM вошел 101 транкзакт, 36 -получили отказ и один транкзакт начал свое обслуживание, при этом 6 транкзактов пытались попасть на обслуживание. Несмотря на наличие отказов, коэффициент занятости устройства составляет 98,9 % от возможного.

На момент окончания моделирования в очереди находилось 7 заявок, всего в очереди успело побывать 107 заявок ( всего их 143) и 36 заявок было задержано. Коэффициент занятости очереди составляет 88,9 %.

10. Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик

Имитационное моделирование применяется тогда, когда невозможно полностью математически описать систему. Поэтому при расчете характеристик были использованы некоторые результаты моделирования.

Согласно формулам (7.1), (7.2), исходным и полученным данным имеем:

N₀=100; N₁= 36; t_p = 14,24; T=1453,

где

t_p- время решения одной задачи на ЭВМ ;

N₀- число обслуженных пользователей;

N₁- число пользователей, получивших отказ;

T – общее имитируемое время работы машинного зала.

Среднее количество пользователей в очереди равно 6,22.

Аналитически среднее количество пользователей в очереди находится как среднее арифметическое от минимально и максимально возможного значения, т.е. среднее количество пользователей в очереди равно 3.5

( минимальное значение равно 0, а максимальное - 7).

11. Описание возможных улучшений в работе системы

Время прихода пользователей в машинный зал и время обслуживания на ЭВМ изменить невозможно, потому что это независящие от нас величины. Вследствие этого были проведены 2 вида экспериментов с длиной очереди.

а) При уменьшении длины очереди были получены следующие результаты:

Размер длины очереди	Коэф. занятости устройства	Коэф. занятости очереди	Кол-во отказов
7	0,989	0,889	36
5	0,989	0,915	28
3	0,989	0,951	40
1	0,989	0,966	42

Данный вид экспериментов не эффективен, потому что количество отказов увеличивается. Полностью выходная статистика приведена в приложении 3.

б) При увеличении длины очереди были получены следующие результаты:

Размер длины очереди	Коэф. занятости устройства	Коэф. занятости очереди	Кол-во отказов
7	0,989	0,889	36
15	0,989	0,792	28
25	0,989	0,670	18
35	0,989	0,557	8
45	0,989	0,450	0

Данный вид экспериментов тоже не эффективен, потому что наличие большой очереди не привлекает внимание пользователей, хотя система становится безотказной. Полностью выходная статистика приведена в приложении 4.

Можно повысить эффективность машинного зала добавив вторую ЭВМ (листинг программы приведен в приложении 5, результаты моделирования приведены в приложении 6).

Как видно из статистики на обоих ЭВМ обрабатывается примерно поровну заявок. Если учесть, что одна единица модельного времени равна одной минуте, то время работы машинного зала уменьшилось до 17,06 часов ( в исходной модели время работы составило 24,21 часов). В очереди максимум находилось 3 заявки или пользователя. Очевидно, что данная модель функционирования машинного зала приближена к реальным условиям работы как пользователей, так и ЭВМ.

Согласно формулам (7.1) и (7.2) рассчитаем Р_отк и К_з.

N₀=100; N₁= 0; t_p1 = 14,61; t_p₂=14,21 T=1028, где

t_p1- время решения одной задачи на ЭВМ1 ;

t_p2- время решения одной задачи на ЭВМ2 ;

N₀- число обслуженных пользователей;

N₁- число пользователей, получивших отказ;

T – общее имитируемое время работы машинного зала.

По результатам моделирования и аналитического расчета видно, что коэффициенты загрузки ЭВМ1 и ЭВМ2 примерно одинаковы.

Т.к. получается безотказная система, то необходимость в ограничении на очередь нет. По результатам моделирования среднее количество пользователей в очереди составляет 0,63.

Выполнение пунктов задания

Процесс обслуживания 100 сообщений я произвела выше, теперь можно приступить к выполнению следующих заданий.

- Подсчитать число пользователей, не нашедших свободного места в очереди

По файлу стандартного отчета видно, что те пользователи которые не нашли свободного места в очереди попали в блок SAVEVALUE. Их можно считать потерянными.

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 200 0 0

2 TEST 200 0 0

3 QUEUE 19 0 0

4 SEIZE 19 0 0

5 DEPART 19 0 0

6 ADVANCE 19 0 0

7 RELEASE 19 0 0

8 TERMINATE 19 0 0

OUT 9 SAVEVALUE 181 0 0

10 TERMINATE 181 0 0

11 GENERATE 1 0 0

12 TERMINATE 1 0 0

Получив значение кумулятивных сумм для очереди используя Мatlab строю функцию ожидания для первой очереди

TABLE MEAN STD.DEV. RANGE RETRY FREQUENCY CUM.%

OZHIDANIE 21.466 12.975 0

Моделирование работы машинного зала пользователей ЭВМ 📙 Курсовая → 🆔 132473