Визуальная система имитационного моделирования вычислительных систем.

При разработке или усовершенствовании вычислительных систем существует необходимость исследования ее характеристик. Построение реального устройства требует больших затрат времени и средств, что критично при многократном изменении структуры вычислительной системы. Поэтому для исследования характеристик микропроцессорных систем применяют программные модели. Программная модель не является физическим устройством, а описана некоторыми данными и алгоритмами в памяти ЭВМ. Следовательно ее построение и изменение производится без материальных затрат.

Моделирование вычислительных систем является важной составной частью системного этапа проектирования. Поскольку по полученным характеристикам различных моделей можно осуществлять сравнение различных вычислительных систем, анализировать их производительность при изменяющейся нагрузке и т.д. Кроме того важна познавательная ценность моделирования. Именно это обстоятельство приводит к широкому внедрению средств моделирования в учебный процесс. В работе предлагается программная система имитационного моделирования вычислительных систем, отличающаяся удобным визуальным интерфейсом пользователя, что позволяет упростить процедуру задания параметров объекта моделирования и получать большее число экспериментальных данных за единицу времени.

Данная программа при построении модели содержит элементы: источника заявок, очереди, обслуживающего устройства, терминатора заявок, поддерживает возможность задания вероятностей передач заявок от одного элемента модели к другому, редактирование параметров элементов, создавать отчёт о результатах исследования. В качестве моделей источников заявок были использованы источники с временным интервалом между заявками распределенным по экспоненциальному, равномерному, постоянному закону, закону Пуассона, Гаусса. Представлены модели приоритетных, безприоритетных очередей с дисциплинами обслуживания FIFO и LIFO, модели одноканальных и многоканальных устройств обслуживания с распределенным по различным законам временем обслуживания.

Существуют программы, выполняющие имитационное моделирование вычислительных систем и работающие в текстовом режиме. Все программы имеют сходные возможности расчета и похожий пользовательский интерфейс. В них модель задается путем ввода текста модели, состоящего из последовательности блоков, описывающих элементы модели (очередь, устройство, и т.д.) и переходы между ними, а результаты расчета выводятся в текстовый файл. Кроме этого существуют инструментальные средства для визуального имитационного моделирования, которые разработаны для систем автоматики и мало приспособлены для моделирования сложных процессов в вычислительных системах.

Разработанная программа имеет визуальный интерфейс, позволяющий наглядно отображать и изменять модель в процессе проведения экспериментов. Наряду с этим на диске модель сохраняется в виде текстового файла – полного описания модели. Это предполагает универсальность использования модели, возможность наращивания функциональных возможностей программы без изменения формата представления модели. Расчет модели производится непрерывно до выполнения условий: генерации определенного количества заявок или достижения определенной величины модельного времени. Возможен расчет систем без отказов. Результатом является сформированный программой файл HTML содержащий основные рассчитанные характеристики в табличном виде. Также существует возможность получить подробное описание всего процесса моделирования в текстовом виде (подробный путь заявок по системе в виде протокола).

Модель задается либо посредством ввода текста описания модели в соответствующее поле, либо с помощью визуального интерфейса. При втором способе задания модель представляется в виде схемы из условных обозначений устройств, очередей и генераторов на экране компьютера, на котором размещаются также возможные переходы заявок между элементами модели. Максимальное количество элементов в модели может быть выбрано исходя из объема ОЗУ компьютера, т.к наряду со статически выделенной памятью под параметры элементов в процессе моделирования под каждую заявку динамически выделяется свободная память (по умолчанию максимальное число элементов = 3 х 150 = 450). При соединении указывается вероятности переходов, причем программа автоматически не дает вводить вероятность больше допустимой (сумма вероятностей всех переходов из одного элемента должна быть равна единице). Параметры элементов вводятся после двойного щелчка на их изображении, там же указываются дополнительные параметры (длина и тип очереди, закон распределения генератора заявок и т. д.). Созданные в программе модели можно сохранять на диске и загружать с диска в виде текстовых файлов. Файлы описания моделей старых версий программы полностью совместимы со всеми последующими версиями данной программы.

Результаты расчета сохраняются в формате html и выводятся на экран при помощи установленного по умолчанию web-браузера.

Перед расчетом осуществляется проверка модели на корректность. Это необходимо, т.к. без проверки существует возможность построения модели, в которой с течением времени будут накапливаться заявки. При генерации заявки под нее выделяется память, а при ее уничтожении память освобождается. При неограниченном увеличении числа заявок в системе происходит переполнение ОЗУ, затрагиваются области системного кэша, что приводит к программному сбою.