Моделирование вычислительных систем обработки запросов на языке GPSS WORLD

П.П. Кравченко

Е.В. Стулин

Н.Ш. Хусаинов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 
ОБРАБОТКИ ЗАПРОСОВ НА ЯЗЫКЕ GPSS WORLD

Учебное пособие

по курсу

Архитектура вычислительных систем

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ 

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Инженерно-технологическая академия

П.П. Кравченко

Е.В. Стулин

Н.Ш. Хусаинов

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ 
ОБРАБОТКИ ЗАПРОСОВ НА ЯЗЫКЕ GPSS WORLD

Учебное пособие

по курсу

Архитектура вычислительных систем

Таганрог

Издательство Южного федерального университета

2016

УДК 681.51(075)
ББК 32.965я73

K772

Печатается по решению реакционно-издательского совета

Южного федерального университета

Рецензенты:

доктор технических наук, заведующий кафедрой информатики 

Таганрогского института им. А.П.Чехова Ростовского 

государственного экономического университета Ромм Я.Е.;

кандидат технических наук, доцент кафедры вычислительной техники 

Института компьютерных технологий и информационной 

безопасности ЮФУ Пьявченко А.О.

Кравченко, П.П.

K772
Моделирование вычислительных систем обработки запросов 

на языке GPSS WORLD : учебное пособие / Кравченко П.П., 
Стулин Е.В., Хусаинов Н.Ш. ; Южный федеральный университет. – Таганрог : Издательство Южного федерального университета, 2016. − 84 с. 

ISBN 978-5-9275-2014- 5

Учебное пособие предназначено для студентов направлений 

02.03.04, 09.03.04, изучающих архитектуры и методы моделирования 
вычислительных систем. В пособии приведено описание языка имитационного моделирования GPSS World, принципов его организации и 
функционирования. Целью пособия является ознакомление студентов 
с языком GPSS World на примере моделей устройств вычислительной 
системы и модели вычислительной системы в целом, схематически 
имитирующей работу ЭВМ в режиме приёма и оперативной обработки поступающих сообщений.

Работа выполнена в рамках базовой части государственного за
дания (проект № 3442).

ISBN 978-5-9275-2014- 5
УДК 681.51(075)

ББК  32.965я73

© Южный федеральный университет, 2016
© Кравченко П.П., Стулин Е.В., Хусаинов Н.Ш., 2016

Содержание

ВВЕДЕНИЕ ...........................................................................................................5

1. ОСНОВЫ РАБОТЫ СО СРЕДОЙ МОДЕЛИРОВАНИЯ ........................6

2. ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЯЗЫКЕ GPSS WORLD................10

2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОПЕРАТОРАХ............................................................10
2.2. ТРАНЗАКТЫ.................................................................................................11
2.3. СИСТЕМНЫЕ ЧИСЛОВЫЕ АТРИБУТЫ ...........................................................12
2.4. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ И ЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАТОРЫ.........................................13

3. КОМАНДЫ GPSS И ОПЕРАТОРЫ БЛОКОВ.........................................15

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1 (4). ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ 
ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ СРЕДСТВАМИ ЯЗЫКА 
ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ GPSS WORLD .....................27

4.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ..............................................................................................27
4.2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.......................................................................................27

4.2.1. Модельное время................................................................................27
4.2.2. Двоичные приставки .........................................................................28
4.2.3. Общие переменные моделей .............................................................29

4.3. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ ..................................................................................30

Вариант 1. Центральный процессор.........................................................30
Вариант 2. Оперативная память..............................................................33
Вариант 3. Накопитель на жёстких магнитных дисках........................37
Устройства вывода ....................................................................................41

4.4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №1 (4)..........................48
4.5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА.................................................................................50
4.6. ВОПРОСЫ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 (4)............................................50

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 (5). ИМИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ 
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ...................................................................52

5.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ..............................................................................................52
5.2. МОДЕЛЬ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ......................................................52
5.3. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЯ ..................................................................................63
5.4. ЗАДАВАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВАМ.....................63

5.5. РАССЧИТЫВАЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ ................................................................66
5.6. ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗАКТОВ...........................................................................68
5.7. ПЕРЕЧЕНЬ ОЧЕРЕДЕЙ...................................................................................69
5.8. ФУНКЦИИ, ЯЧЕЙКИ И ЦЕНА.........................................................................70
5.9. УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ С МОДЕЛЬЮ ВС.................................72
5.10. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ №5.............................75
5.11. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЁТА...............................................................................76
5.12. ВОПРОСЫ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №5 ...............................................76

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................78

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................................79

ПРИЛОЖЕНИЕ.ОСНОВНЫЕ ОПЕРАТОРЫ GPSS ..................................80

Введение

Имитационное моделирование позволяет описывать с той или 

иной точностью реальные процессы с целью их изучения посредством 
проведения экспериментов с моделями. Имитационное моделирование 
применяется тогда, когда экспериментировать на реальном процессе 
слишком затратно или невозможно. Средства имитационного моделирования позволяют экономить огромные ресурсы, ускорить процессы 
проектирования и создания сложнейших систем, прогнозировать поведение той или иной системы.

GPSS World (англ. General Purpose Simulation System – «систе
ма моделирования общего назначения») – мощнейший язык имитационного моделирования (относится к проблемно-ориентированным 
языкам), а также среда моделирования от компании «Minuteman 
Software» является одним из наиболее удачных и используемых 
средств имитационного моделирования в России и за рубежом. Данная система является развитием ранее широко известной системы 
GPSS/PC. Основа современного языка GPSS World практически полностью соответствует «классическому» GPSS, разработанному сотрудником фирмы IBM Джеффри Гордоном в ещё в 1961 г. В 2014 г.
российская компания «Элина-Компьютер» разработала к традиционному GPSS World дополнение – «Расширенный редактор GPSS 
World», существенно расширяющий возможности моделирования.

Целью данного учебного пособия является ознакомление студен
тов с языком имитационного моделирования GPSS World на примере
моделей устройств вычислительной системы и модели вычислительной системы в целом, имитирующей работу ЭВМ в режиме приёма и 
обработки поступающих сообщений. Рассматриваемая методология 
представляет практический интерес для использования при проектировании информационных, бортовых, а также вычислительных систем 
других типов, качественные характеристики которых должны отвечать определенным требованиям по эффективной загрузке отдельных 
устройств и системы в целом, минимизированным оценкам стоимости, требованиям технического задания.

Представленный курс лабораторных работ является продолже
нием курса из трёх лабораторных работ по аналитическим методам 
исследования, поэтому в данном пособии представлена двойная нумерация лабораторных работ.

1. Основы работы со средой моделирования

Для моделирования на GPSS World необходимо использовать

соответствующую среду моделирования, студенческая версия которой 
имеется в свободном доступе. Наиболее актуальная версия доступна 
для скачивания на сайте компании «Minuteman Software» по адресу:

http://www.minutemansoftware.com/downloads/GPSS%20World%20

Student%20Setup.msi

Однако данная среда моделирования несколько устарела, и её ин
терфейс представляется несовременным и неудобным. В связи с этим 
компания «Элина-Компьютер» для расширения возможностей пользователя при разработке моделей и при проведении имитационных исследований разработала «Расширенный редактор GPSS World». Данная программа названа «редактором», так как своих средств для запуска и обработки результатов моделирования она не имеет и использует стандартную систему GPSS World. Таким образом, необходимо 
сначала установить GPSS World, а затем уже установить «Расширенный редактор GPSS World». Студенческая версия данного «редактора» доступна на официальном сайте «Элина-Компьютер» по адресу:

http://gpssee.elina-computer.ru/
Для работы вышеперечисленного программного обеспечения

требуется наличие установленной операционной системы MS 
Windows с .NET Framework версии 3.5 SP1 или выше.

«Расширенный редактор GPSS World» имеет обширное справоч
ное руководство на русском языке как по работе с системой, так и по 
языку моделирования. Перейти в то или иное руководство можно из 
главного меню под пунктом «Помощь».

В общем случае окно «Расширенного редактора…» имеет вид, 

представленный на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Рабочие области главного окна
«Расширенного редактора GPSS World»

Панель вкладок «Расширенного редактора GPSS World» распола
гается в центре главного окна и служит для представления открытых 
рабочих файлов. Каждому открытому файлу на панели вкладок соответствует вкладка. Каждая вкладка имеет заголовок. Заголовки располагаются в верхней части панели и служат для управления. Содержимое вкладок представляется в основной рабочей области программы. 
Главное меню редактора расположено в верхней части окна и содержит команды для работы с программой, моделями, схемами и т.д. 
Каждый пункт представляет собой выпадающее меню и содержит 
свой набор команд.

Текстовый редактор предназначен для ввода текста модели на 

языке GPSS World. Среди выигрышных отличительных особенностей 
данного текстового редактора можно выделить такие, как подсветка 
синтаксиса, автоматическое выравнивание, контекстная подсказка с 
автодополнением. При нажатии правой кнопки мыши по одному из 

операторов GPSS в набранной модели вызывается контекстное меню, 
в котором можно выбрать пункт «Описание оператора» для перехода 
к подробному описанию оператора в справочном руководстве.

Для начала моделирования нужно выбрать соответствующий 

пункт в главном меню или на панели инструментов (либо при помощи 
клавиши F5). После начала моделирования открывается вкладка с 
журналом моделирования в основной рабочей области «Расширенного 
редактора…» (рис. 1.2). Журнал моделирования отображает наиболее 
значимые события, происходящие при моделировании, а также служит для вывода дополнительной информации. В процессе моделирования журнал доступен только для чтения, но после того как моделирование завершено, с текстом журнала можно работать как с обычным 
текстом. Журнал можно сохранить в файле или в библиотеке моделей
через пункт «Файл» из главного меню.

Рис. 1.2. Журнал моделирования

Если журнал не выдал ошибок в модели, можно запустить ими
тацию из пункта главного меню Моделирование → START, если оператор START заранее не был включён в модель. После слова START
должно следовать значение так называемого «счётчика завершения».
Если оператор START уже был включён в модель, то имитация 
начнётся автоматически.

Редактор отчётов предназначен для работы со стандартными от
чётами моделирования (рис. 1.3), которые, по сути, являются набора

ми взаимосвязанных таблиц. Все таблицы и заголовки столбцов русифицированы. Значения ячеек таблиц можно менять. При этом для 
столбцов, представляющих имена объектов GPSS, существует правило связанного переименования. При изменении имени объекта GPSS в 
какой-либо таблице, например, в таблице «Имена», редактор отследит 
вхождения данного имени в другие таблицы и переименует их тоже. 
Таким образом, изменив имя объекта в одном месте отчёта, производится автоматическое обновление этого имени в других частях отчёта. 
Данный приём может быть использован при русифицировании имён 
объектов GPSS.

Рис. 1.3. Стандартный отчёт GPSS World

2. Основы моделирования на языке GPSS 
World

2.1. Общие сведения об операторах

Модель в системе GPSS World представляет собой последова
тельность операторов. Операторами модели могут быть операторы 
языка GPSS или определения PLUS-процедур. Под оператором языка 
GPSS подразумевается команда или блок. PLUS – сокращение от 
Programming Language Under Simulation – встроенный в GPSS World 
язык программирования. PLUS-эксперименты представляют собой 
разновидность процедур. В данном пособии язык PLUS не рассматривается и в лабораторных работах не используется.

Всего существует два типа операторов GPSS: блоки и команды, 

которые либо создают объекты, отличные от блоков, либо выполняют 
некоторые действия.

Операторы GPSS состоят из частей, называемых полями. Отдель
ное поле представляет собой набор печатных символов, отделённый 
от других полей пробелами, знаками табуляции или запятыми (в зависимости от характера полей). Хотя каждый оператор имеет собственную структуру, в общем случае оператор состоит из следующих полей:

номер строки (необязательно), метка (необязательно), глагол 

(обязательно), операнды (зависит от глагола), комментарий (необязательно).

Номера строк поддерживаются только в целях совместимости. 

Поле метки даёт возможность пользователю присваивать собственные 
имена объектам (устройствам, переменным, таблицам и т.п.) и обращаться к ним с помощью этих имён. Не допускается использование 
числа в качестве имени в поле метки, это нарушает правила образования имён. Запрещается использование СЧА (системных числовых атрибутов) в качестве меток. Когда объект имеет метку, значение метки 
используется в качестве постоянного идентификатора объекта.

В дополнение к использованию имён в качестве меток существу
ет возможность их применения для хранения собственного значения. 
Такие переменные называются переменными пользователя и создаются с помощью команд EQU. Они используются в традиционных для 
программирования целях. Имена, созданные пользователем, заданные