Математическое моделирование

Содержание дисциплины

1. ВВОДНАЯ ЛЕКЦИЯ:
   • Значение математических методов и моделей при анализе проектных решений создаваемых систем, определяющих научно-технический прогресс;
   • Структура дисциплины, ее место в подготовке математика-инженера;
   • Краткий обзор разделов курса, литературы;
   • Математические рекомендации по изучению дисциплины;
2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ:
   • Понятие математической модели;
   • Классы используемых моделей и их особенности;
   • Абстрактная модель вычислительной системы как совокупность взаимосвязанных процессов и ресурсов (А-модель);
   • Примеры А-моделей ВС:
     • модель ЭВМ;управляемой операционной системой ОС ЕС 6.1;
     • модель ЭВМ, управляемой системой виртуальных машин;
     • модель локальной вычислительной сети;
     • модель глобальной вычислительной сети;
3. УПРОЩЕННАЯ МОДЕЛЬ ВС:
   • Представление А-модели ВС в виде сети массового обслуживания (СеМО);
   • Виды узлов СеМО, моделирующих работу отдельных компонентов ВС;
   • Типы СеМО и их особенности;
   • Два подхода к построению упрощенной модели ВС;
4. ПОНЯТИЕ СОСТОЯНИЯ МОДЕЛИ ВС:
   • Формальное описание упрощенной модели ВС;
   • Детальное состояние системы массового обслуживания (СМО);
   • Примеры использования понятий детального состояния СМО;
   • Состояние СеМО, содержащей блокировки и приоритетное обслуживание заявок;
5. ОБЩАЯ СХЕМА ПОСТРОЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВС:
   • Основные предположения и допущения;
   • вводимые при переходе от реальной ВС к А-модели, от А-модели к СеМО и, наконец, от СеМО к методу ее расчета;
   • Способы получения информации о работе ВС и методы оценки выдвинутых в модели гипотез и предложений;
6. ОСНОВЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ:
   • Управление развитием систем и задачи имитационного моделирования;
   • Классы имитационных моделей;
   • Достоинства и недостатки имитационных моделей;
   • Понятие случайных чисел и случайных последовательностей;
   • Датчики случайных чисел;
   • Примеры реализации программных датчиков псевдослучайных чисел;
7. ПРИНЦИПЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ:
   • Принцип событийного моделирования;
   • Принцип последовательного провода заявок;
   • Проверка моделей;
   • Экспериментирование с моделью;
   • Пример центральной модели ВС;
8. АГРЕГАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ:
   • Математическая модель агрегата;
   • Примеры представления моделей ВС в виде агрегатов;
   • Сопряжение агрегатов;
   • Кусочно-линейные агрегаты;
   • Анализ установившихся и неустановившихся режимов работы агрегатов
9. ЯЗЫКИ МОДЕЛИРОВАНИЯ:
   • Использование языков моделирования;
   • Выбор языка;
   • Технология программирования;
   • Объектно-ориентированное программирование;
10. ЯЗЫК С++:
    • Отличие от других языков;
    • Основные преимущества и недостатки;
    • Версии языка;
11. ВВЕДЕНИЕ В С++:
    • Ввод и вывод в С++;
    • Пример простейшей программы;
    • Преобразование типов переменных;
12. ФУНКЦИИ В С++:
    • Определение функций;
    • Ссылки на функции;
    • Перегружаемые функции;
    • Функции с различным числом и типом аргументов;
13. КЛАССЫ ОБЪЕКТОВL:
    • Определение класса;
    • Объявление функций как частей класса;
    • Объекты;
    • Создание и добавление объектов;
    • Статические данные и функции;
14. КОНСТРУКТОРЫ И ДЕСТРУКТОРЫ:
    • Наследование свойств;
    • Захват и освобождение памяти под объекты;
    • Инициализация объектов;
    • Внешнее наследование свойств классов объектов;
    • Виртуальные функции;
    • Наследование свойств нескольких классов;
15. МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ:
    • Этапы работы по оценке производительности;
    • Работа по измерению;
    • Введение в измерение;
    • Аппаратные измерители;
16. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ:
    • Аппаратно-программные измерители;
    • Программные измерители;
    • Внешне и внутренне управляемые измерители;
17. ИНТЕРПРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ:
    • Сжатие данных и методы описания;
    • Дисперсионный анализ;
    • Регрессионный анализ;
18. ОПИСАНИЕ РАБОЧЕЙ НАГРУЗКИ:
    • Формулировка модели рабочей нагрузки;
    • Построение моделей рабочих нагрузок;
    • Калибровка и контроль модели рабочей нагрузки;
19. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В ЗАДАЧАХ ПРОЕКТИРОВАНИЯ:
    • Задачи проектирования;
    • Методы проектирования;
    • Факторы производительности в иерархическом проектировании;
    • Методы оценки в проектировании;
20. ОЦЕНКА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОГРАММ:
    • Индексы производительности программ;
    • Измерение программ;
    • Моделирование программ;
    • Проблемы оценки програм;
21. КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ:
    • Вероятность потери информации в буферах системы;
    • Критерии минимизации потоков информации между ЦВМ;
    • Определение надежности вычислительных комплексов;
22. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАДАЧ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОМ КОМПЛЕКСЕ:
    • Представление вычислительного процесса в виде ориентированного графа;
    • Методы разрезания графа для целей распределения задач между ЦВМ;
23. РАСПЕДЕЛЕНИЕ ПАМЯТИ ЦВМ МЕЖДУ ОЧЕРЕДЯМИ ДАННЫХ:
    • Минимизация потерь в очередях данных;
    • Зависимость вероятности потери от размера очереди;
    • Алгоритм распределения ограниченного объема памяти между фиксированным числом очередей;
24. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ:
    • CASE-технология;
    • Использование персональной вычислительной техники;
    • Проектирование с использованием машинной графики;
    • Встроенные вычислительные комплексы реального времени;
25. МОДЕЛИРОВАНИЕ АППАРАТНЫХ СРЕДСТВ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ:
    • Процессоры;
    • Контроллеры;
    • Моделирование работы внешних устройств;
26. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ:
    • Программные процессы;
    • Очереди данных;
    • Ресурсы;
    • События;
    • Трансферы - автоматическая передача данных из очереди в абонент и наоборот;
27. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ:
    • Диспетчеризация процессов;
    • Управление очередями данных;
    • Синхронизация временных событий;
    • Использование логических ресурсов;
    • Управление вводом-выводом;
28. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВСТРОЕННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ:
    • Обработка результатов моделирования;
    • Использование графического редактора;
    • Реконфигурация системы;
    • Отладка программного обеспечения;
    • Перенос на реальные комплексы;

Литература

Основная литература

1. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем.М., Мир, 1981г;
2. Альянх И. Н. Моделирование вычислительных систем. Ленинград, Машиностроение, 1998г;
3. Литвин В. Г., Аладышев В. П., Винниченко А. И. Анализ производительности мультипрограммных ЭВМ. М., Финансы и статистика, 1984г;
4. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М., Наука, 1968г;
5. Бусленко Н. П., Калашников В. В., Коваленко И. Н. Лекции по теории сложных систем. М., Советское радио, 1973г;
6. Клейнрок Л. Вычислительные системы с очередями. М., Мир, 1979г;
7. Авен О. И. , Гурин Н. Н., Коган А. Я. Оценка качества и оптимизация вычислительных систем. М., Наука, 1982г;
8. Кнут Д. Искусство для программирования для ЭВМ. Получисленные алгоритмы. Т.2. М., Мир, 1977г;
9. Авен О. И., Коган А. Я. Управление вычислительным процессом в ЭВМ. М., Наука, 1978г;
10. Вельбицкий И. В., Ходаковский В. Н., Шоломов Л. И. Технологический комплекс производства программ на машинах ЕС ЭВМ и БЭСМ-6. М., Статистика, 1980г;
11. Бойченко Е. В., Кальфа В., Овчинников В. В. Локальные вычислительные сети. М., Радио и связь, 1985г;

Дополнительная литература

1. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М., Машиностроение, 1979г;
2. Снапелев Ю. М., Старосельский В. А. Моделирование и управление в сложных системах. М., Советское радио, 1974г;
3. Артамонов Г. Т., Тюрин В. Д. Топология сетей ЭВМ и многопроцессорных систем. М., Радио и связь, 1991г;
4. Вайрадян А. С., Коровин А. В., Удалов В. Н. Эффективное функционирование управляющих мультипроцессорных систем. М., Радио и связь, 1984г;
5. Воронов А. А., Чистяков Ю. В. Аналитические методы выбора технических средств АСУ. М., Наука, 1976г;
6. Общесистемное проектирование АСУ реального времени. Под редакцией Шаболина В.А. М., Радио и связь, 1984г.