Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из путей повышения эффективности производства в различных отраслях народного хозяйства является автоматизация управления технологическими процессами. Принадлежность к определяющим факторам научно-технического прогресса и необходимость дальнейшей интенсификации этого направления неоднократно отмечалась в решениях правительства.
Вычислительные системы (ВС), предназначенные для этих целей, относятся к классу проблемно-ориентированных вычислительных систем (ПОВС) реального времени (РВ). Конкретная область применения определяет организацию ПОВС, но как правило они создаются в виде многопроцессорных или многомашинных вычислительных комплексов. Возрастающее применение таких ПОВС требует повышения качества и сокращения сроков их разработки за счет использования математических методов, позволяющих оценивать принимаемые решения и выбирать наиболее эффективные. Одним из наиболее универсальных методов является имитационное моделирование. Однако разработчики ПОВС все еще без особого энтузиазма используют этот метод из-за значительных затрат времени на проведение модельных экспериментов, а также высокой трудоемкости создания моделей, особенно при желании добиться более точных результатов. Поэтому задача автоматизации процесса разработки моделей ПОВС, повышения их точности и снижения требований к ресурсам ЭВМ, с помощью которой осуществляется имитация, становится все более актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-исследовательских тем "Поиск путей построения перспективных автоматизированных рыбопоисковых комплексов" и "Разработка средств автоматизации имитационного моделирования для повышения эффективности исследований по оптимизации проектирования структур и вычислительных процессов в рыбопоисковой аппаратуре", что также подтверждает актуальность проблемы.
Делью работы является анализ и разработка методов и средств имитационного моделирования, обеспечивающих автоматизацию процессов исследования программно-аппаратного обеспечения ПОВС.
Основные задачи исследования. В соответствии с поставленг ной целью, в диссертационной работе решаются следующие задачи:
1. Анализ ПОВС как объекта исследования и определение требований к ее модели.
-
Анализ методов и средств, используемых для исследования ПОВС на основе имитационного моделирования, и определение путей повышения эффективности их применения.
-
Разработка моделей и методов, повышающих точность и автоматизирующих процесс исследования ПОВС.
-
Разработка пакета программ автоматизации имитационного моделирования ПОВС и оценка его возможностей на примере исследования конкретных вычислительных систем.
Методы исследований. Поставленные задачи решались с использованием теории вычислительных систем, теории графов, элементов теории массового обслуживания.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
-
Предложен метод стратифицированного описания ПОВС, основанный на формализованном описании программ и процессов взаимодействия аппаратных средств вычислительного комплекса при выполнении программ. В отличие от традиционных способов описания ВС в рамках одной модели, программно-аппаратное обеспечения ПОВС представляется в виде совокупности аппаратной,, программной, информационной и логической компонент, для каждой из .которых разработаны различные средства формализованного описания. Это позволяет представить ПОВС с большей наглядностью и полнотой.
-
Предложен математический метод представления времени выполнения программы, учитывающий в отличие от известных способов взаимозависимость выполнения отдельных-участков программы.
-
Предложены принципы организации интегрированного пакета программ, автоматизирующего процесс исследования программно-аппаратного обеспечения ПОВС на основе имитационного моделирования.
Практическая ценность диссертационной работы состоит в следующем:
-
Разработан пакет программ "Система автоматизации имитационного моделирования проблемно-ориентированных вычислительных систем".
-
Выполнено исследование структур вычислительных средств и организации процессов обработки информации в вычислительных системах управления рыбопромысловым судном.
Внедрение результатов работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, использованы:
в НПО по технике промышленного рыболовства (г. Калининград) для выбора рациональной структуры вычислительной системы управления процессом тралового лова рыбы (АСУТП АТЛАНТ-1); в НИИ "Бриз" (г. Таганрог) для исследования эффективности организации вычислительного процесса в аппаратуре отображения ситуации кошелькового лова рыбы ("Стерлядь-1") и определения характеристик функционирования и синтеза вычислительной системы "Угорь-Р"; в Калининградском техническом институте рыбной промышленности и хозяйства для организации лабораторного практикума по курсам "Теория вычислительных систем", "Моделирование систем", "Основы построения АСУ". Экономический эффект, подтвержденный справками и актами о внедрении, составил 59 тыс. рублей.
Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы прошли апробацию на 22 совещаниях, конференциях, семинарах, среди которых: Всесоюзная конференция молодых ученых "Научно-технический прогресс и молодежь", г.- Калининград, 1981 г.; Всесоюзная конференция "Проблемы комплексной автоматизации судовых технических средств", г. Ленинград, 1982 г.; Всесоюзный семинар "Моделирование дискретных управляющих и вычислительных систем", г. Свердловск, 1984 г.; Всесоюзная конференция "Микропроцессорные системы", г. Челябинск, 1984 г.; Всесоюзная конференция "Индивидуальные диалоговые системы на базе микро-ЭВМ (персональные компьютеры) "Диалог84-микро", г. Ленинград, 1984 г.; Республиканская конференция "Надежность и качество программного обеспечения", г. Львов, 1985 г.; IV Всесоюзная конференция "Диалог человек - ЭВМ", г. Киев, 1985 г.; Всесоюзная научно-техническая школа "Имитационные эксперименты с моделями сложных систем", г. Калининград, 1989 г.; Республиканская конференция "Автоматизация подготовки производства в машиностроении и приборостроении", г. Ворошиловград, 1989 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 20 печатных работ. Результаты исследований отражены в отчетах о НИР.
Объем диссертации. Диссертационная работа состоит из вве~ цения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Содержит 134 страницы основного текста, 49 страниц рисунков, графиков, таблиц. Объем приложений составляет 52 страницы.