Базовые понятия системы имитационного моделирования GPSS World.

Система GPSS World предназначена для имитационного моделирования систем с дискретными процессами. Языком моделирования в ней является язык GPSS, улучшенный встроенным языком программирования низкого уровня PLUS. Язык GPSS построен на предположении, что модель сложной системы можно представить совокупностью элементов и логических правил их взаимодействия в процессе функционирования моделируемой системы. Набор абстрактных элементов, называемых объектами, небольшое. Также набор логических правил ограничен и может быть описан стандартными операциями. Комплекс программ, описывающих функционирование объектов и выполняющих логические операции, является основой для создания модели.

Объекты в моделируемой системе предназначены для различных целей. Совершенно не обязательно, чтобы в одной модели участвовали все типы объектов. Необходимо лишь наличие блоков и транзактов, иначе модель работать не будет. Объекты GPSS делятся на 7 категорий и 15 типов (см. Таблица 1.1).

Таблица 1.1. Объекты GPSS

Динамическая категория. К этой категории относятся транзакты. Функционирование объекта отображается в модели в виде перемещения транзактов от блока GENERATE в блок TERMINATE через промежуточные блоки. Транзакты являются абстрактными подвижными элементами, которые, перемещаясь между блоками, вызывают и испытывают различные действия. Понятие транзакта устанавливает сам разработчик модели. Например, если разрабатывается модель большого универмага, то в понятие транзакта можно вложить "покупатель", который, передвигаясь от отдела к отделу, движется по магазину. Транзакт - "покупатель" движется по модели и может быть поставлен в очередь, задержан, выведен из очереди. Его маршрут может быть изменен и т.д.

Объекты аппаратной категории - это абстрактные элементы, на которые может быть декомпозирована реальная система. Воздействуя на эти объекты, транзакты могут изменять их состояние и влиять на движение других транзактов. К объектам этого типа относятся одноканальные устройства, памяти (многоканальные устройства) и логические ключи.

Одноканальные устройства(ОКУ) представляют собой оборудование, которое в любой момент времени может быть занято только одним транзактом. Например, один канал передачи данных, один станок изготовления деталей, одно транспортное средство.

Многоканальные устройства(МКУ) предназначены для имитации оборудования, осуществляющего параллельную обработку. Они могут быть использованы одновременно несколькими транзактами. МКУ можно использовать в качестве аналога, например, нескольких каналов связи.

Для моделирования такого оборудования, как переключатели, имеющие только два состояния (0 и 1), в GPSS используются логические ключи. Транзакты могут устанавливать их в эти состояния или инвертировать их.

Операционные объекты, т. е. блоки, задают логику функционирования модели системы и определяют пути движения транзактов между объектами аппаратной категории. В блоках могут происходить события четырех основных типов:

1. создание или уничтожение транзактов;

2. изменение числового атрибута объекта;

3. задержка транзакта на определенный период времени;

4. изменение маршрута движения транзакта в модели.

В GPSS содержится 53 типа блоков.

Вычислительная категория служит для описания таких ситуаций в процессе моделирования, когда связи между компонентами моделируемой системы наиболее просто и компактно выражаются в виде математических (аналитических и логических) соотношений. Для этих целей в качестве объектов вычислительной категории введены арифметические и булевы переменные и функции.

Переменные представляют собой сложные выражения, которые включают константы, системные числовые атрибуты (СЧА), библиотечные арифметические функции, арифметические и логические операции.

Выражения могут применяться в переменных и операторах GPSS. При применении в переменных выражения определяются командами GPSS. При применении в операторах GPSS выражения определяются как часть языка PLUS.

Каждому объекту соответствуют атрибуты, описывающие его состояние в данный момент времени. Они доступны для использования в течение всего процесса моделирования и называются системными числовыми атрибутами (СЧА).

Булевы переменныепозволяют разработчику проверять в одном блоке GPSS одновременно несколько условий, исходя из состояния или значения этих условий и их атрибутов.

С помощью функций разработчик может производить вычисления непрерывных или дискретных функциональных зависимостей между аргументом функции (независимая величина) и зависимым значением функции.

Кроме библиотечных арифметических функций GPSS World имеет 24 встроенных генератора случайных чисел.

Объекты запоминающей категорииобеспечивают обращения к сохраняемым значениям. Ячейки сохраняемых величин и матрицы ячеек сохраняемых величин используются для сохранения некоторой числовой информации. Любой активный транзакт может произвести запись информации в эти объекты. Впоследствии записанную в эти объекты информацию может считать любой транзакт.

К статистическим объектамотносятся очереди и таблицы. В любой системе движение потока транзактов может быть задержано из-за недоступности устройств. В этом случае задержанные транзакты ставятся в очередьеще один тип объектов GPSS. Учет этих очередей составляет одну из основных функций планировщика. Планировщик автоматически накапливает определенную статистику относительно устройств и очередей. Кроме этого разработчик может собирать дополнительную статистическую информацию, указав специальные точки в модели.

Для облегчения табулирования статистической информации в GPSS предусмотрен специальный объект - таблица. Таблицы используются для получения выборочных распределений некоторых случайных величин. Таблица состоит из частотных классов (диапазонов значений), куда заносится число попаданий конкретного числового атрибута в каждый, тот или иной, частотный класс. Для каждой таблицы вычисляется также математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение.

К группирующей категорииотносятся три типа объектов: числовая группа, группа транзактов и списки.

При моделировании транзакты хранятся в списках. Существует пять видов списков, только в одном из которых в любой момент времени может находиться транзакт:

1. список текущих событий;

2. список будущих событий;

3. список задержки ОКУ или МКУ;

4. список отложенных прерываний ОКУ;

5. список пользователя.

Одноканальное устройство имеет:

1. список отложенных прерываний- список транзактов, ожидающих занятия ОКУ по приоритету;

2. список прерываний - список транзактов, обслуживание которых данным ОКУ было прервано;

3. список задержки- список транзактов, ожидающих занятия ОКУ в порядке приоритета;

4. список повторных попыток - список транзактов, ожидающих изменения состояния ОКУ.

Многоканальное устройство имеет:

1. список задержки- список транзактов в порядке приоритета, ожидающих возможность занять освободившиеся каналы МКУ;

2. список повторных попыток - список транзактов, ожидающих изменения состояния МКУ.

Список пользователясодержит транзакты, удаленные пользователем из списка текущих событий и помещенные в списокпользователя как временно неактивные. Списки пользователя используются для организации очередей с дисциплинами, отличными от дисциплины "первым пришел - первым обслужен".