Программные средства АСМ

Напомним, что под ППМ, ориентированным на решение задач машинного моделирования систем, понимается комплекс программных средств и документов, предназначенных для реализации функционального завершенного алгоритма моделирования процесса функционирования системы S и обеспечивающих автоматизацию управления ведением эксперимента с моделью M на ЭВМ.

Сущность такого определения состоит в том, что ППМ не является набором готовых программ для проведения машинных экспериментов с моделью M, а представляет собой набор средств для разработки конкретных, удовлетворяющих требованиям пользователя рабочих программ моделирования, служащих для автоматизации определенных функций при построении модели, машинном эксперименте и обработке результатов моделирования системы S.

К программным средствам ППМ относится набор программных модулей (тело пакета), из которых в соответствии с требованиями пользователя по заданному алгоритму набирается конкретная рабочая программа моделирования заданного объекта. В состав ППМ также входят управляющая программа, представляющая собой аналог су

первизора ЭВМ; средства генерации рабочих программ для конкретного применения при решении задач моделирования систем. Специальная программа (монитор) принимает от пользователя информацию о требуемой модификации программ, формирует из набора стандартных модулей законченные рабочие программы, готовые к реализации машинного эксперимента с моделью M. Такой процесс генерации (настройки) ППМ на конкретные условия его использования создает значительную гибкость при решении задач автоматизации моделирования различных объектов.

Различают две разновидности генерации рабочих программ моделирования:

ü статическую;

ü динамическую.

При статической генерации из отдельных модулей формируется рабочая программа моделирования, необходимая пользователю при исследовании конкретного объекта. При этом определяются необходимые устройства ввода-вывода информации, описываются на специальном языке генерации необходимые свойства разрабатываемой программы. Созданная таким образом программа моделирования является одновариантной и при необходимости внесения изменений в процессе моделирования системы S требуется проведение новой генерации.

При динамической генерации заранее оговариваются все варианты рабочей программы моделирования системы S, которые могут потребоваться пользователю при машинном эксперименте с моделью M. При решении конкретной задачи моделирования, т. е. перед каждым новым прогоном программы в ходе машинного эксперимента, вводится специальная параметрическая карта, определяющая требуемый на этом прогоне вариант программы. Монитор пакета собирает необходимые модули и помещает их в оперативную память ЭВМ для решения задачи моделирования. Условия проведения машинного эксперимента при динамической генерации являются более гибкими, но при этом увеличиваются затраты машинных ресурсов на моделирование (увеличивается необходимый объем памяти и время моделирования каждого варианта модели системы S).

Кроме использования программных модулей, входящих в тело ППМ, пользователь имеет возможность подключать свои собственные программы моделирования в точках пользователя. Имеется также возможность замены имеющихся модулей ППМ на собственные, что еще больше расширяет возможности моделирования различных вариантов систем.

Таким образом, программные средства ППМ объединяют в себе три главных качества:

ü содержат алгоритмические решения по проведению моделирования и обработке результатов моделирования систем, доведенные до законченной машинной реализации;

ü имеют механизм автоматической настройки на параметры конкретных машинных экспериментов, задаваемые пользователем пакета на этапе генерации рабочих программ моделирования;

ü позволяют дополнять генерируемые ППМ рабочие программы моделирования пользовательскими блоками, расширяющими возможности проведения машинных экспериментов с конкретными объектами моделирования из заданного класса.

Кроме программных средств ППМ содержит комплект документов, т. е. ППМ является хорошо документированной системой для разработки рабочих программ. Без наличия этой документации использование ППМ становится неэффективным. В состав комплекта документов ППМ входят:

ü проектная документация, являющаяся документацией разработчиков пакета;

ü пользовательская, необходимая для эксплуатации пакета при решении конкретных задач моделирования.

Существенный момент подготовки к генерации рабочих программ моделирования — обеспечение необходимой технической базы, т.


е. выбор необходимой для реализации функциональных возможностей ППМ конфигурации технических средств. Это не только выбор типа ЭВМ и используемой версии операционной системы, но и выбор объема памяти, средств сбора, преобразования и представления информации.

В описании каждого пакета указывается минимальная конфигурация технических средств, необходимая для его работы. При этом определяющими параметрами являются объем оперативной памяти ЭВМ, количество накопителей, необходимый набор средств ввода-вывода информации. Минимальная конфигурация технических средств обеспечивает удовлетворительную работу ППМ. Некоторое увеличение оперативной и промежуточной памяти, а также использование дополнительных периферийных средств повышает оперативность и расширяет возможности моделирования. Но при этом увеличиваются затраты на технические средства АСМ.

Структурно АСМ можно разбить на следующие комплексы программ:

ü формирования базы данных об объекте моделирования (БДО);

ü формирования базы данных о машинном эксперименте (БДЭ);

ü моделирования процесса функционирования объекта;

ü расширения возможностей ППМ;

ü организации различных режимов работы ППМ.

Комплекс программ формирования БДО реализует все работы по созданию в АСМ сведений о моделируемом объекте, т. е. системе S. Причем в БДО эти сведения хранятся в стандартной форме, принятой в АСМ. Информация об объекте может корректироваться по мере получения новых сведений в процессе машинного моделирования. Для формирования БДО требуются следующие программы:

ü ввода данных об объекте (сведения об элементах системы, типовых математических схемах и операторах их сопряжения);

ü корректировки введенной информации;

ü перевода в стандартную форму;

ü диспетчеризации процедур ввода;

ü формирования БДО (расположения информации во внешней памяти).

В результате работы комплекса программ формирования БДЭ в АСМ формируется база данных, т. е. сведения, достаточные для проведения конкретных экспериментов с машинной моделью объекта M. Информация для проведения машинного эксперимента переписывается из БДО и дополняется в соответствии с планом эксперимента факторами, реакциями, критериями оценки и т. п. Для формирования БДЭ необходимы следующие программы:

ü ввода данных о планируемом эксперименте (сведения о факторах, реакциях, начальных состояниях и т. п.);

ü формирования БДЭ (выделения сведений из БДО, необходимых и достаточных для реализации конкретного машинного эксперимента с моделью M);

ü корректировки введенной информации о машинном эксперименте;

ü расположения информации в архивах во внешней и оперативной памяти ЭВМ.

Комплекс программ моделирования процесса функционирования объекта непосредственно осуществляет решение постановленной задачи моделирования, т. е. реализует план ведения машинных экспериментов, их организацию на ЭВМ и обработку промежуточных данных и результатов эксперимента, взаимодействие с пользователем. Для решения задачи моделирования требуются следующие программы:

ü управления машинным экспериментом, реализации стратегии эксперимента и его диспетчеризация;

ü машинной имитации, включая организацию вычислений и взаимосвязь модулей модели M;

ü обработки и выдачи результатов моделирования системы S в различных режимах взаимодействия с пользователем.

Комплекс программ расширения возможностей ППМ призван обеспечить пользователя средствами генерации новых программ моделирования при различных перестройках (объекта моделирования, машинного эксперимента, обработки результатов и т. п.), возникающих при решении различных задач моделирования. При этом в качестве базового языка пакета может быть выбран либо алгоритмический язык общего назначения, либо язык имитационного моделирования (SIMSCRIPT, SIMULA, GPSS и т. д.).

Комплекс программ организации различных режимов работы ППМ, кроме основной работы по диспетчеризации процесса функционирования ППМ, призван организовать его работу в режиме диалога с пользователем как на этапе ввода данных об объекте моделирования и эксперименте, корректировки БДО и БДЭ, так и непосредственно в ходе машинного эксперимента с моделью M использования мультимедиа технологий. Необходимо также обеспечить режим коллективного пользования пакетом, что существенно расширяет возможности и эффективность АСМ.