Тема: Знакомство с языком моделирования GPSS World

Тема: Знакомство с языком моделирования GPSS World

Общие сведения о GPSSW

Система GPSS World, разработанная компанией Minuteman Software (США), – это мощная среда компьютерного моделирования общего назначения, разработанная для профессионалов в области моделирования. Это комплексный моделирующий инструмент, охватывающий области как дискретного, так и непрерывного компьютерного моделирования, обладающий высочайшим уровнем интерактивности и визуального представления информации. Использование GPSS World дает возможность оценить эффект конструкторских решений в чрезвычайно сложных системах реального мира

GPSS World основан на оригинальном языке компьютерного моделирования GPSS, что означает General Purpose Simulation System – общецелевая система моделирования. В основном этот язык был разработан Джефри Гордоном приблизительно в 1960 году в IBM и привнес множество важных концепций в каждую из коммерческих реализаций языков компьютерного моделирования дискретных событий, разработанных с тех пор. GPSS World – это прямое развитие языка моделирования GPSS/РС, одной из первых реализаций GPSS для персональных компьютеров. Версия GPSS World для ОС Windows имеет расширенные возможности, включая пользовательскую среду с интегрированными функциями работы с Интернет.

GPSS World разработан для оперативного получения достоверных результатов с наименьшими усилиями. В соответствии с этими целями в GPSS World хорошо проработана визуализация процесса моделирования, а также встроены элементы статистической обработки данных. Сильная сторона GPSS World – это его прозрачность для пользователя, возможность проникновения в самую суть поведения системы, когда опытный профессионал в области моделирования может видеть внутреннюю динамику в наиболее важные моменты времени процесса моделирования.

GPSS World является объектно-ориентированным языком. Его возможности визуального представления информации позволяют наблюдать и фиксировать внутренние механизмы функционирования моделей. Его интерактивность позволяет одновременно исследовать и управлять процессами моделирования. С помощью встроенных средств анализа данных можно легко вычислить доверительные интервалы и провести дисперсионный анализ. Кроме того, теперь есть возможность автоматически создавать и выполнять сложные отсеивающие и оптимизирующие эксперименты.

Использование механизма виртуальной памяти позволяет моделям реально достигать размера миллиарда байт. Многозадачность и многопоточность обеспечивают высокую скорость реакции на управляющие воздействия и дают возможность GPSS World одновременно выполнять множество задач. Это также означает, что система моделирования GPSS World может использовать вычислительные возможности, предоставляемые симметричными многопроцессорными архитектурами.

GPSS World сочетает в себе функции дискретного и непрерывного моделирования. Возможность перехода из дискретной фазы моделирования в непрерывную фазу и обратно обеспечивает тесную связь с непрерывным моделированием. В непрерывной фазе могут быть установлены пороговые значения, управляющие созданием транзактов в дискретной фазе

Высокоэффективный транслятор является частью программы GPSS World, которая создает объекты «Процесс моделирования». Перед включением в объект «Процесс моделирования» все операторы модели проходят трансляцию. Точно так же интерактивные операторы транслируются в глобальной области видимости прежде, чем они будут переданы существующему объекту «Процесс моделирования».

На уровне интерфейса GPSS World представляет собой реализацию, общую для всех приложений операционной системы Windows- привычное меню главного окна и блокировка недоступных команд меню. GPSS World был разработан с целью достичь тесной интерактивности даже в многозадачной среде с использованием виртуальной памяти.

Процессы моделирования непосредственно не ограничиваются размером ОЗУ, в котором выполняется объект «Процесс моделирования». Используя механизм виртуальной памяти, модели могут достигать размера до гигабайта. Количество объектов также ограничивается только обеспечиваемым размером файла подкачки. Для достижения оптимальной производительности необходимо использовать значительный объем реальной памяти. Выделение и управление памятью для объектов происходит невидимо для пользователя.

Интерактивность

GPSS World поддерживает высокий уровень интерактивности даже во время процесса моделирования. Используя команду главного меню окна модели Command (Команда), ускоряющие клавиши или настройки модели, закрепляя за функциональными клавишами собственные команды, вы можете передавать существующему объекту «Процесс моделирования» любой оператор. Вы можете использовать диалоговое окно «Simulation Command» («Команда») для ввода операторов, отсутствующих в выпадающем меню, а с помощью команды INCLUDE вы можете посылать процессу моделирования интерактивные операторы любой сложности.

Визуализация

GPSS World отличается высоким уровнем визуализации, выполняющегося процесса моделирования. Для наблюдения и взаимодействия с процессом моделирования используются двадцать различных окон, соответствующих большей части объектов GPSS. Для получения, сохранения и печати визуального представления состояния процесса моделирования не требуется дополнительных усилий, кроме операций с окнами.

Анимация

В GPSS World существует ряд анимационных возможностей. Уровень их реализма изменяется от абстрактной визуализации, не требующей никаких усилий, до высоко реалистических динамических изображений, включающих в себя сложные элементы, созданные пользователем.

Абстрактная анимация

В GPSS World встроена функция комплексной стилизованной анимации. Эта функция обеспечивается большим количеством окон, которые динамически отображают объекты GPSS в процессе моделирования по мере изменения их состояния. Для создания такой анимации не требуется дополнительных усилий. Графические изображения могут быть сохранены для включения в отчеты и/или распечатаны.

Оперативная анимация

GPSS World имеет набор PLUS-процедур динамического вызова, позволяющих вызывать функции во внешних исполняемых файлах. Это обеспечивает оперативную связь с анимационными пакетами других разработчиков.

Язык моделирования

GPSS World является реализацией GPSS (Общецелевой системы моделирования), улучшенной встроенным языком программирования PLUS – языком низкого уровня моделирования.

PLUS – это небольшой, но эффективный процедурный язык программирования, созданный из 12 типов операторов. Его эффективность во многом обеспечивается большой библиотекой процедур, содержащей математические функции и функции манипуляции со строками, и большого набора вероятностных распределений.

В GPSS World модель определяется как последовательность операторов. Это операторы GPSS, операторы PLUS-процедур или операторы PLUS-экспериментов. За исключением списков данных функции, все операторы GPSS должны состоять из одной текстовой строки длиной до 250 символов. Любой оператор GPSS может входить в модель и сохраняться в файле модели или может быть передан процессу моделирования в интерактивном режиме.

Интерфейс программы GPSSW

Запустите программу GPSS World Student Version.

Как видите, окно редактора включает стандартную строку заголовка с клавишами управления окном (справа), несколько пунктов меню, обычную строку пиктограмм и строку состояния внизу окна.

Для отображения всех подпунктов меню окна редактора программ, активизируйте его пунктами File, New, Model и скопируйте в него нижеприведенный текст программы, имитирующей работу дискового накопителя: информация поступает с интенсивностью 1 Кб/1-3 ед. времени (. Запись производится со средней скоростью 0.5 Кб/ед. времени (так как параметр блока ADVANCE –время обслуживания равен 2+-1 (1Кб / 1-3 ед.времени).

; Моделирование работы накопителя

20 GENERATE 2, 1, 1, 10

30 SEIZE rr

40 ADVANCE 2, 1

50 RELEASE rr

60 TERMINATE 1

70 START 10

Пунктом меню Command, Create simulation запустите ее на выполнение. При этом появятся два новых окна – окно с отчетом о результатах моделирования (Report) и окно (Journal) c данными о ходе моделирования (времени генерации транзактов, ошибках в программе (при их наличии) и т.п.

Содержимое первого окна (Report):

GPSS World Simulation Report - Untitled Model 2.8.1

Monday, March 14, 2011 08: 57: 25

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 25.243 5 1 0

NAME VALUE

RR 10000.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 10 0 0

2 SEIZE 10 0 0

3 ADVANCE 10 0 0

4 RELEASE 10 0 0

5 TERMINATE 10 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

RR 10 0.876 2.211 1 0 0 0 0 0

В начале файла отчета содержится информация о модели: номера строк (в том числе – присвоенные компилятором), все блоки и их операнды, указанные комментарии.

Далее следует так называемый «словарь объектов» – ENTITY DICTIONARY. Эта часть отчета представляет собой список всех объектов, применяемых в данной модели, с указанием адресов, присвоенных им компилятором.

В секции «счетчик блоков» – BLOCK COUNT – приводится основная статистика работы блоков, в том числе информация о присвоенных блокам метках (LABEL) и номерах (LOC).

Затем следует информация о работе устройств, очередей, таблиц и т.д.

Ниже приводится расшифровка терминов, используемых GPSS/H в выходном файле.

Фраза «Simulation begins» означает, что модель была исполнена, и после этой фразы приводятся результаты исполнения.

AVAIL. -доступный,

OWNER - владелец (очередной по счету транзакт в блоке Seize),

PEND - необработанный,

INTER - связанный,

RETRY - разбирать,

DELAY - задержка.

FACILITY: указывает название устройства;

TOTAL TIME: полное время работы устройства;

AVAIL TIME: время, в течение которого устройство было свободно;

UNAVL TIME: время, в течение которого устройство было занято;

ENTRIES: количество транзактов, вошедших в устройство;

AVERAGE TIME/XACT: среднее время пребывания транзакта в устройстве;

CURRENT STATUS: текущее состояние (занято - свободно);

PERCENT AVAIL: доля времени, в течение которого устройство было занято.

В случае, если в модели используются операторы QUEUE и DEPART, в выходном файле будет также содержаться информация об очереди.

Во втором окне (Journal) выведены данные о начале моделирования, календарные дата и время начала, окончания и длительности моделирования. При наличии ошибок в программе в этом окне выводятся о них сообщения.

Далее, не закрывая окон, ознакомьтесь с содержанием пунктов меню.

В пункте File присутствует строка для связи с Internet, включающая 2 пункта (Download Notices-Загрузка объявлений, GPSS Web Page- Web-страница GPSS), Print setup (Hастройка принтера).

В пункте Edit

· строкой Undo уничтожается содержимое текущего окна,

· строкой Insert GPSS block можно вставить (не набирая с клавиатуры) блок с параметрами в программу (просмотрите этот пункт),

· строка Font обеспечивает изменение шрифтов.

· Пункт Insert Experiment предназначен для проведения экспериментов с моделью (экранного-Screening или оптимизационного –Optimizing),

· Settings (Установки)-для настройки окружения процесса моделирования и модели (отчетов, генераторов случайных чисел, назначения функциональных клавиш на определенные действия и т.д. Просмотрите этот пункт меню.

Для более подробного ознакомления с назначением каждого из пунктов меню можно просмотреть помощь (нажать клавишу F1 и в поле системного указателя ввести интересующее Вас слово – в нашем случае это menu). Проделайте это. Помощь представлена на английском языке.

Пункт меню Search (Поиск) позволяет осуществлять переходы в текстовых файлах с целью быстрого отыскания нужных мест по словам или меткам программы, осуществлять замену слов.

· Строка Next Bookmark (Следующая закладка) обеспечивает переход к следующей закладке,

· Mark (Установить метку) устанавливает невидимую метку у объекта,

· UnMark-удаляет ее,

· Select to Boormark (Выделить до отметки)-выделяет текст от курсора до ближайшей закладки.

· Подпункт Next error-перемещает курсор на следующую ошибку,

· Previous error -на предыдущую ошибку.

Пункт View позволяет

· просматривать сообщения, поступившие на Web-страницу о GPSSW (Notices),

· убирать с экрана строку пиктограмм Toolbar,

· детально представлять элементы (Entity details),

· Simulation clock-выводить время моделирования в правом нижнем углу окна GPSS.

С помощью пункта меню Command осуществляется

· запуск модели на выполнение (Create simulation),

· повтор трансляции программ (Retranslate),

· запуск на выполнение последней команды (Repeat last command),

· управление экспериментом – Conduct,

· запуск программы на выполнение – Start,

· пошаговое выполнение моделирования-Step1,

· остановка моделирования (Halt)

· продолжение моделирования (Continue),

· удаление всей статистики и возврат модели в исходное состояние (Сlear),

· удаление статистики без удаления значений в ячейках хранимых величин (Reset),

· просмотр записей в журнале (Show)

· ввода произвольных команд GPSS (Custom …) для моделирования.

Пункт Window предназначен

· для управления окнами GPSSW (Cascade-каскад, Tile-сверху-вниз),

· просмотра окон с результатами моделирования- Simulation Window, включающий пункты (cм. Рис., по порядку сверху-вниз): окно блоков, окно выражений, окно устройств, окно логических переключателей, окно матрицы, окно гистограммы, окно очередей, окно сохраняемых величин, окно накопителей, окно таблицы.

· Подпункт Simulation Snapchot (дословный перевод –моментальный снимок, см. рис. ниже) фиксирует состояние параметров элементов модели в момент останова процесса моделирования пользователем и включает пункты: остановы пользователя, список текущих событий, список будущих событий, нумерация групп снимков, снимок транзактов, снимок пользовательских изменений, снимок групп стандартных числовых атрибутов.

Структура модели

Модель на языке GPSS содержит несколько видов информации, а именно: что происходит с транзактом внутри модели (и с какой вероятностью), в каком режиме должна выполняться модель, сколько должно быть сгенерировано транзактов в этом прогоне модели и т.п., что собой представляют отдельные объекты, встречающиеся в программе. На рисунке представлена блок-схема модельного файла.

1 ОУ SIMULATE ОУ типа TABLE, STORAGE, FUNCTION. ОО типа INTEGER, EQU

SIMULATE –начало компиляции МФ START-начало моделирования END -конец моделирования

2ОБGENERATE, ОБ типа SEIZE, RELEASE, ADVANCE, TRANSFER, ОБ TERMINATE

ОУ START, END ОУ типа CLEAR, DO, ENDDO

Рис. Блок-схема модельного файла

Модели GPSS всегда состоят из нескольких частей, соответствующих этим группам сведений.

Модуль 1 – модуль описания и управления. Начинается всегда с ОУ SIMULATE, что дает командуна компиляцию модельного файла. Модуль также может содержать другие операторы описания и управления. Содержимое модуля задает условия моделирования и само не исполняется.

Модуль 2 - модуль исполнения. В модуле записываются исполняемые операторы в той последовательности, которая предусмотрена логикой модельного файла.

Модуль 3 - модуль управления. Первый ОУ START дает команду на исполнение МФ, последний ОУ END дает команду на прекращение испытаний. Между ними может быть размещено любое количество операторов управления автоматизацией многократного процесса получения независимых прогонов и операторов очистки данных предыдущего прогона.

Пример 1. Проанализируйте нижеприведенную программу.

Скопируйте программу в окно модели GPSSW и запустите ее на выполнение.

Просмотрите подпункты меню Window:

· Tile (для одновременного представления всех окон программы),

· Simulation Window (Blocks window (окно блоков),

· Facilities window (окно устройств),

· Queues window (окно очередей),

· Table window (окно таблицы-вывод данных таблицы в виде гистограммы).

; Программа модели работы органа управления из трех сотрудников

GENERATE 5,,, 46; Генерирование транзактов (тыс. знаков)

QUEUE 1; Очередь к первому сотруднику

TEST GE 10, Q1, OV; Если очередь к 1-му сотруд.> =10, передать транзакт на метку OV

SEIZE PC; Занять первого сотрудника

DEPART 1; Покинуть очередь с именем 1

ADVANCE 20, 3; Обработка транзакта первым сотрудником

RELEASE PC; Покинуть первого сотрудника

TRANSFER, Y; Передать обслуженные транзакты на метку Y

OV QUEUE 2; Очередь ко второму сотруднику

TEST GE 10, Q2, OT; Если очередь ко 2-му сотруд.> =10, перед.транзакт на OT

SEIZE VC; Занять второго сотрудника

DEPART 2; Покинуть очередь с именем 2

ADVANCE 27, 5; Обработка транзактов вторым сотрудником

RELEASE VC; Покинуть второго сотрудника

TRANSFER, Y; Передать обслуженные транзакты на метку Y

OT QUEUE 3; Очередь к третьему сотруднику

SEIZE TRC; Занять третьего сотрудника

DEPART 3; Покинуть очередь с именем 3

ADVANCE 25, 2; Обработка транзактов третьим сотрудником

RELEASE TRC; Покинуть третьего сотрудника

Y TABULATE TAB; Провести транзакты через таблицу для фиксации времени обработки

TAB TABLE M1, 1, 5, 14; Вывести таблицу времени пребывания транзактов в системе

TERMINATE 1; Уничтожение транзактов

START 46; Завершить моделирование после обслуживания 46 транзактов

При выполнении программы существует возможность просмотра выражений (показателей) модели в динамике (например, данных о нагрузках приборов обслуживания, очередях). Только предварительно модель должна быть оттранслирована. Проделайте нижеследующие операции.

1) Удалите окна Report и Journal.

2) Удалите последнюю строку программы (для ее пошагового выполнения).

3) Оттранслируйте модель.

4) Выполните пункты меню Simulation window, Expression window. Появятся два окна-Edit Expression window (Окно редактирования выражения) и Expressions (Выражения).

5) Введите в соответствующие поля активного окна (Окно редактирования выражения) выражения, которые необходимо просматривать. Например: в поле " Label" (Метка)-" Коэффициент использования первого сотрудника" (без кавычек), в поле " Expression" введите условное обозначение стандартного числового атрибута с его именем- " FR$PC" (без кавычек.

6) Далее щелкните по кнопкам View (Просмотр) и Memorize (Запомнить).

7) Затем (не закрывая окна Edit Expression window) введите в поле " Label" наименование второго показателя, в поле " Expression" -Q1, нажмите опять View, Memorize и т.д.

8) Окончательно окно должно выглядеть так:

9) Щелкните по кнопке ОК и пронаблюдайте окно Expressions.

10) Далее выполните пункты меню Command, Start, OK и пронаблюдайте в окне Expressions изменяющиеся значения заданных выражений. Если окно закрыто другими, то для удобства наблюдений за ходом моделирования выполните пункты меню Window, Tile.

11) Пощелкайте мышью на кнопке Step в окне Expressions и проследите за ходом моделирования во всех окнах GPSSW.

12) Остановите моделирование кнопкой Halt и вновь его продолжите кнопкой Continue (при этом обратите внимание на выдачу промежуточного отчета).

Домашняя работа № 1.

Проанализируйте отчет к предыдущей программе. Письменно дайте ответы на следующие вопросы.

Сколько блоков в программе?

Тема: Знакомство с языком моделирования GPSS World

Общие сведения о GPSSW

Интерактивность

Визуализация

Анимация

Абстрактная анимация

Оперативная анимация

Язык моделирования

Интерфейс программы GPSSW

Запустите программу GPSS World Student Version.

; Моделирование работы накопителя

20 GENERATE 2, 1, 1, 10

30 SEIZE rr

40 ADVANCE 2, 1

50 RELEASE rr

60 TERMINATE 1

70 START 10

Содержимое первого окна (Report):

GPSS World Simulation Report - Untitled Model 2.8.1

Monday, March 14, 2011 08: 57: 25

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 25.243 5 1 0

NAME VALUE

RR 10000.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 10 0 0

2 SEIZE 10 0 0

3 ADVANCE 10 0 0

4 RELEASE 10 0 0

5 TERMINATE 10 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

RR 10 0.876 2.211 1 0 0 0 0 0

Затем следует информация о работе устройств, очередей, таблиц и т.д.

Ниже приводится расшифровка терминов, используемых GPSS/H в выходном файле.

AVAIL. -доступный,

OWNER - владелец (очередной по счету транзакт в блоке Seize),

PEND - необработанный,

INTER - связанный,

RETRY - разбирать,

DELAY - задержка.

FACILITY: указывает название устройства;

TOTAL TIME: полное время работы устройства;

AVAIL TIME: время, в течение которого устройство было свободно;

UNAVL TIME: время, в течение которого устройство было занято;

ENTRIES: количество транзактов, вошедших в устройство;

AVERAGE TIME/XACT: среднее время пребывания транзакта в устройстве;

CURRENT STATUS: текущее состояние (занято - свободно);

PERCENT AVAIL: доля времени, в течение которого устройство было занято.

Далее, не закрывая окон, ознакомьтесь с содержанием пунктов меню.

В пункте Edit

· строкой Undo уничтожается содержимое текущего окна,

· строка Font обеспечивает изменение шрифтов.

· Строка Next Bookmark (Следующая закладка) обеспечивает переход к следующей закладке,

· Mark (Установить метку) устанавливает невидимую метку у объекта,

· UnMark-удаляет ее,

· Select to Boormark (Выделить до отметки)-выделяет текст от курсора до ближайшей закладки.

· Подпункт Next error-перемещает курсор на следующую ошибку,

· Previous error -на предыдущую ошибку.

Пункт View позволяет

· просматривать сообщения, поступившие на Web-страницу о GPSSW (Notices),

· убирать с экрана строку пиктограмм Toolbar,

· детально представлять элементы (Entity details),

· Simulation clock-выводить время моделирования в правом нижнем углу окна GPSS.

С помощью пункта меню Command осуществляется

· запуск модели на выполнение (Create simulation),

· повтор трансляции программ (Retranslate),

· запуск на выполнение последней команды (Repeat last command),

· управление экспериментом – Conduct,

· запуск программы на выполнение – Start,

· пошаговое выполнение моделирования-Step1,

· остановка моделирования (Halt)

· продолжение моделирования (Continue),

· удаление всей статистики и возврат модели в исходное состояние (Сlear),

· удаление статистики без удаления значений в ячейках хранимых величин (Reset),

· просмотр записей в журнале (Show)

· ввода произвольных команд GPSS (Custom …) для моделирования.

Пункт Window предназначен

· для управления окнами GPSSW (Cascade-каскад, Tile-сверху-вниз),

Структура модели

1 ОУ SIMULATE ОУ типа TABLE, STORAGE, FUNCTION. ОО типа INTEGER, EQU

SIMULATE –начало компиляции МФ START-начало моделирования END -конец моделирования

2ОБGENERATE, ОБ типа SEIZE, RELEASE, ADVANCE, TRANSFER, ОБ TERMINATE

ОУ START, END ОУ типа CLEAR, DO, ENDDO

Рис. Блок-схема модельного файла

Модели GPSS всегда состоят из нескольких частей, соответствующих этим группам сведений.