16227

Оценка оперативности решения задач на ЭВМ в условиях отказов

Лабораторная работа

Информатика, кибернетика и программирование

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине Теоретические основы автоматизированного управления Лабораторная работа № 3 Оценка оперативности решения задач на ЭВМ в условиях отказов Цель работы: Приобрести навыки анализа СМО допускающих прерыв...

Русский

2013-06-20

108 KB

0 чел.

Методические указания к лабораторной работе

по дисциплине

«Теоретические основы автоматизированного управления»

Лабораторная работа № 3

Оценка оперативности решения задач на ЭВМ в условиях отказов

Цель работы: Приобрести навыки анализа СМО, допускающих прерывание обслуживания заявок, на основе метода имитационного моделирования с использованием ЭВМ

Материальное обеспечение:

Компьютер, система моделирования на ЭВМ.

Теоретическая часть

При проведении модельных исследований и, в частности, при построении моделей прибегают к разного рода ограничениям и допущениям. При этом ограничения предполагают уменьшение множества альтернатив, например значений какого либо параметра. В свою очередь введение допущений означает принятие одной альтернативы из множества возможных. Например поток заявок, поступающих в систему, носит случайный характер, и в общем случае может подчиняться произвольному закону распределения времени между моментами генерации заявок. Выбор какого-нибудь конкретного характера потока, а частности, простейшего, и будет допущением, вводимым в модель.

Довольно часто при исследовании элементов автоматизированных систем принимают допущение о их абсолютной надежности. В терминах теории массового обслуживания это означает, что отсутствует прерывание обслуживания заявок на приборе вследствие нарушения его нормального функционирования. Действительно, такой подход правомочен при изучении поведения исследуемого объекта на коротком отрезке времени, когда вероятность наступления отказа неукоснительно стремится к нулю с уменьшением временного промежутка. Однако, если исследователя интересует поведение объекта на длительном периоде его функционирования, подобное допущение ведет к существенному смещению значений оцениваемых параметров и, в итоге приводит к неоправданной идеализации модели. Поэтому в ряде случаев учет надежностных характеристик исследуемых объектов является обязательным условием построения модели.

Основными надежностными характеристиками элементов автоматизированных систем выступают:

среднее время наработки на отказ - TО и закон распределения этого времени F(TО);

среднее время восстановления - TВ  и закон его распределения F (TВ);

Процесс возникновения отказа и восстановления работоспособности элемента интерпретируемого одноканальной СМО, может быть описан следующим образом (рис. 1).

В модель вводится еще один генератор заявок. Вырабатываемые им транзакты обладают наивысшим приоритетом, абсолютным по отношению к другим заявкам, присутствующим в модели. Моменты генерации определяются значениями TО и F(TО). Задержка заявки на приборе зависит соответственно от значений TВ и F (TВ). Прерванные в обслуживании транзакты могут покидать СМО в необслуженном состоянии, образуя поток потерянных заявок, или возвращаться на прибор как для продолжения обслуживания, так и для обслуживания сначала. Характер поведения прерванных заявок определяется логикой функционирования исследуемого объекта.

Постановка задачи на лабораторную работу

Подготовка к работе:

По данному описанию и рекомендованной литературе изучить основные положения, связанные с организацией приоритетного обслуживания заявок в СМО, и общую структуру программы на языке моделирования GPSS.

Задание по экспериментальной части:

Исследовать показатели оперативности решения задач на ЭВМ в условиях отказов.

Исходные данные:

интенсивность потока запросов на решение задач - ;

среднее время выполнения программы решения задач на ЭВМ - tп;

среднее время наработки ЭВМ на отказ - TО;

среднее время восстановления ЭВМ - TВ.

Допущения:

исследуется однопроцессорная ЭВМ, работающая в однопрограммном режиме

буферная память имеет неограниченный объем

Требуется определить:

характер изменения среднего времени решения задач на ЭВМ  - tр и вероятности их своевременного решения  P (tр  tдоп) при изменении исходных данных в некотором диапазоне

Методические указания по выполнению работы:

Модели, подлежащие исследованию, записаны на рабочей дискете с системой моделирования под именами:

model.gps  - модель абсолютно надежной ЭВМ;

modelnad.gps - модель ненадежной ЭВМ.

Запуск модели осуществляется набором в командной строке сообщения:

gpss.bat <имя модели>.

По окончании прогона модели результаты помещаются на рабочий диск в файл с однотипным именем и расширением .lst.

Описания моделей в виде текстов программ на GPSS приведены в приложении.

При выполнении экспериментальной части студент должен:

проанализировать задание в соответствии с указанным преподавателем вариантом и уточнить задачу исследования;

вызвать на компьютере для редактирования текст программы с требуемой для работы моделью;

ввести необходимые исходные данные и запустить модель на выполнение;

проанализировать результаты моделирования на экране в интерактивном режиме и получить листинг;

пункты 2-4 повторить по каждому сочетанию исходных данных для своего варианта;

исследования провести при условии абсолютной надежности ЭВМ и в случае возникновения отказов.

Примечание: при необходимости следует уточнить исходные данные и искомые характеристики у преподавателя

Содержание отчета

Схема исследуемой СМО.

Исходные данные для проведения исследования.

Распечатки листингов с результатами.

Графики с результатами зависимостей, указанных в варианте работы.

Выводы по результатам исследований.

Контрольные вопросы

Как учитываются надежностные характеристики прибора в модели.

Физический смысл понятий «занятие прибора» и «захват прибора».

Пояснить общий алгоритм функционирования модели.

Как в модели задаются случайные величины?

Как в модели описываются исходные данные?

Назначение основных элементов листинга с результатами моделирования.

Варианты работы

(заявок/ч)

tп

(мин)

TО

(ч)

TВ

(мин)

tдоп

(мин)

Вид исследуемых зависимостей

1.

20,25,30

1

100

30

5

tр и P (tр  tдоп) от

2.

10

2,3,4

100

30

5

tр и P (tр  tдоп) от tп

3.

20,25,30

1

100

30

3

tр и P (tр  tдоп) от

4.

10

2,3,4

100

30

3

tр и P (tр  tдоп) от tп

5.

20,25,30

1

150

45

5

tр и P (tр  tдоп) от

6.

10

2,3,4

150

45

5

tр и P (tр  tдоп) от tп

Литература:

Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979.

Моделирование сложных дискретных систем на ЭВМ третьего поколения: (Опыт применения GPSS). Голованов О.В. и др. М.: Энергия, 1978.

Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Курсовое проектирование. М.: Высшая школа, 1988.

Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Лабораторный практикум. М.: Высшая школа, 1988.

Черненький В.М. Имитационное моделирование. Разработка САПР. Книга 9. М.: Высшая школа, 1990.

Шрайбер Т.Дж. Моделирование на GPSS. М.: Машиностроение, 1980.


ПРИЛОЖЕНИЕ

1. Описание программной модели решения задач на ЭВМ в условиях отказов (файл modelnad.gps) 

SIMULATE

Начало моделирования

1 FUNCTION RN$1,C13

Описание закона распределения случайных

0,0/0.1,0.104/0.2,0.222/0.3,0.357/0.4,0.511/0.5,0.693/

величин

0.6,0.915/0.7,1.304/0.8,1.610/0.9,2.303/0.97,3.507/

0.995,5.298/0.999,7

1 TABLE M$1,0,60,50

Описание выходных данных

1 VARIABLE 3600/X$1

Пересчет значений параметров времени к

2 VARIABLE 60*X$2

единой шкале (секунды)

11 VARIABLE 3600*X$11

12 VARIABLE 60*X$12  

 GENERATE V$11,FN$1

Генерация отказа

 PRIORITY 5

Назначение высшего приоритета заявке, имитирующей отказ

PREEMPT 1,PR

Захват заявкой прибора (отказ прибора)

 ADVANCE V$12,FN$1

Задержка заявки на приборе (восстановление прибора)

 RETURN 1

Освобождение прибора

 TERMINATE

Уничтожение заявки, имитирующей отказ

 GENERATE V$1,FN$1

Генерация заявок на решение задач на ЭВМ

 QUEUE 1

Занятие очереди

 SEIZE 1

Занятие прибора (начало выполнения программы решения задачи)

 DEPART 1

Освобождение очереди

 ADVANCE V$2,FN$1

Задержка заявки на приборе (выполнение программы))

 RELEASE 1

Освобождение прибора (окончание выполнения программы)

 TABULATE 1

Сбор статистики

 TERMINATE 1

Удаление заявки из модели

 INITIAL X$1,20,X$2,1

Описание исходных данных

 INITIAL X$11,100,X$12,30

 START 10000

Задание числа заявок

 END

Конец моделирования

Исходные данные:

X$1 - интенсивность потока запросов на решение задач (заявок/ч);

X$2 - среднее время выполнения программы на ЭВМ (мин);

X$11 - среднее время наработки ЭВМ на отказ (ч);

X$12 - среднее время восстановления ЭВМ (мин).


Описание программной модели решения задач на ЭВМ в условиях абсолютной надежности (файл
model.gps) 

Конец моделирования

Исходные данные:

X$1 - интенсивность потока запросов на решение задач (заявок/ч);

X$2 - среднее время выполнения программы на ЭВМ (мин).


Источник
отказов

Очередь на обслуживание заявок

Выходной поток заявок

Входной поток заявок

Обслужива-ющий прибор

Источник заявок

Рис.1.

SIMULATE

Начало моделирования

1 FUNCTION RN$1,C13

Описание закона распределения случайных

0,0/0.1,0.104/0.2,0.222/0.3,0.357/0.4,0.511/0.5,0.693/

величин

0.6,0.915/0.7,1.304/0.8,1.610/0.9,2.303/0.97,3.507/

0.995,5.298/0.999,7

1 TABLE M$1,0,60,50

Описание выходных данных

1 VARIABLE 3600/X$1

Пересчет значений параметров времени к

2 VARIABLE 60*X$2

единой шкале (секунды)

 GENERATE V$1,FN$1

Генерация заявок на решение задач на ЭВМ

 QUEUE 1

Занятие очереди

 SEIZE 1

Занятие прибора (начало выполнения программы решения задачи)

 DEPART 1

Освобождение очереди

 ADVANCE V$2,FN$1

Задержка заявки на приборе (выполнение программы))

 RELEASE 1

Освобождение прибора (окончание выполнения программы)

 TABULATE 1

Сбор статистики

 TERMINATE 1

Удаление заявки из модели

 INITIAL X$1,20,X$2,1

Описание исходных данных

 INITIAL X$11,100,X$12,30

 START 10000

Задание числа заявок

 END


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

76428. Условия устойчивости линейных систем автоматического управления 93.58 KB
  Изменение регулируемой величины при произвольном внешнем воздействии представляет собой решение уравнения 3.22 первое слагаемое вынужденная составляющая имеющая тот же характер что и правая часть уравнения 3. Она определяется как частное решение неоднородного дифференциального уравнения 3.21 с правой частью: Второе слагаемое свободная переходная составляющая которая определяется общим решением однородного дифференциального уравнения 3.
76429. Критерий устойчивости Гурвица 61.79 KB
  Поэтому большее распространение получил алгебраический критерий устойчивости сформулированный в 1895 году математиком А. Критерий устойчивости сводится к тому что при должны быть больше нуля все определителей Гурвица получаемых из квадратной матрицы коэффициентов. Условия нахождения системы на границе устойчивости можно получить приравнивая нулю последний определитель: при положительности всех остальных определителей.
76430. Критерий устойчивости Михайлова 37.19 KB
  Критерий устойчивости Михайлова. 21: чтобы замкнутая система была устойчивой необходимо и достаточно чтобы годограф характеристического многочлена замкнутой системы годограф Михайлова начинался на положительной части действительной оси и проходил последовательно в положительном направлении исключая точку начала координат n квадрантов комплексной плоскости где n порядок характеристического уравнения. Графическое изображение годографов Михайлова для устойчивых и неустойчивых систем Практический пример Пусть характеристическое уравнение...
76431. КРИТЕРИЙ УСТОЙЧИВОСТИ НАЙКВИСТА 155.49 KB
  Предварительно должна быть определена устойчивость исследуемой системы в разомкнутом состоянии. Для неустойчивой разомкнутой системы нужно выяснить какое число корней ее характеристического полинома имеет положительные вещественные части. В одноконтурной системе составленной из последовательно соединенных звеньев корни характеристических полиномов этих звеньев являются одновременно корнями характеристического полинома разомкнутой системы. Если какоелибо звено в прямой цепи системы охвачено обратной связью то нужно определить корни...
76432. Структурные схемы систем автоматического управления 160.04 KB
  Структурная схема Структурная схема САУ схема САУ это изображение системы регулирования в виде совокупности динамических звеньев с указанием связей между ними. Структурная схема САУ может быть составлена на основе известных уравнений системы и наоборот уравнения системы могут быть получены из структурной схемы. Наименование Обозначение на структурной схеме Звено с одним входом Звено с двумя входами Узел разветвление Наименование Обозначение на структурной схеме Cумматор Элемент сравненияаналог сумматора Простейшие сочетания...
76433. Статические и астатические системы управления 21.21 KB
  В зависимости от принципа и закона функционирования ЗУ задающего программу изменения выходной величины различают основные виды САУ: системы стабилизации программные следящие и самонастраивающиеся системы среди которых можно выделить экстремальные оптимальные и адаптивные системы. обеспечивается неизменное значение управляемой величины при всех видах возмущений...
76434. Критерий управляемости САУ 24.47 KB
  Очевидно что эта система является неуправляемой так как управляющее воздействие влияет не на все переменные состояния переменная состояния не поддается управлению. Пусть описание САУ представлено в терминах пространства состояния САУ будет управляемой тогда и только тогда если матрица управляемости имеет ранг . порядок вектора состояния .
76435. Ответственность за несвоевременную уплату алиментов. Индексация алиментов 14.47 KB
  Индексация алиментов Индексация алиментов предусмотрена с целью защиты алиментных платежей от инфляции и предотвращения необходимости многократного обращения с иском об изменении размера алиментов выплачиваемых в твердой денежной сумме. Индексация возможна только для алиментов взыскиваемых в твердой денежной сумме. Индексация алиментов взыскиваемых по решению суда в твердой денежной сумме производится администрацией организации по месту удержания алиментов пропорционально увеличению установленного законом минимального размера оплаты труда.
76436. Выявление и учет детей, оставшихся без попечения родителей. Банк детей, оставшихся без попечения родителей 16.73 KB
  Банк детей оставшихся без попечения родителей Существуют различные обстоятельства в результате которых дети остаются без родительского попечения. Сведения о детях оставшихся без попечения родителей учитываются в специальном государственном банке данных в соответствии с Федеральным законом...