Имитационное моделирование в исследовании и разработке информационных систем

Имитационное моделирование в исследовании и разработке информационных систем Лекция 1 Кафедра АСВК, Лаборатория Вычислительных комплексов с. н. с. Бахмуров Анатолий Геннадьевич

План курса (1) 1. Информационные системы (ИС) как объект разработки и исследования – Виды ИС: поисковые, управляющие, встроенные ИУС реального времени – Основные компоненты ИС – Особенности ИС с точки зрения разработки и исследования. Основные этапы жизненного цикла – Основные задачи в процессе разработки: анализ и синтез производительности, проверка правильности 2 функционирования.

План курса (2) 2. Исследование работы натурной ИС • Характеристики производительности ИС, исходные данные для их получения • Наблюдение за работой ИС. Уровни наблюдения. Виды наблюдателей • Наблюдение как основа процесса отладки • Профилирование программ 3

План курса (3) 3. Понятие модели. Классификация моделей, примеры 4. Аналитические модели производительности (примеры) 4

План курса (6) 5. Имитационные модели • Пример простейшей модели • Непрерывное, дискретнособытийное, гибридное имитационное моделирование • Подходы к организации дискретнособытийного моделирования

План курса (7) 6. Процесс построения имитационной модели 7. Архитектура систем имитационного моделирования, примеры 8. Технологические проблемы построения сложных имитационных моделей 6

План курса (8) 9. Особенности детального моделирования ИС • моделирование аппаратных средств; • методы эмуляции системы команд; • совместное моделирование программы и аппаратуры; виртуальный прототип ИС 7

Понятие информационной системы автоматизированная система, предназначенная для организации, хранения, пополнения, поддержки и представления пользователям информации в соответствии с их запросами © http: //do. bti. secna. ru/lib/book_it/inf_sistem. html ГОСТ 34. 321 -96 п. 2. 13: система, которая организует хранение и манипулирование информацией о предметной области Закон 149 -ФЗ: информационная система - совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств; http: //base. garant. ru/12148555/#block_13#ixzz 3 Cob. Rk. Zzh 8

Понятие информационной системы (2) Инф. система = вычислит. система + прикладное ПО (+пользователи) ВС = аппаратные средства + системное ПО ИС – законченное с точки зрения пользователя решение по применению ЭВМ для решения некоторого класса 9 задач

Понятие информационной системы (3) • Определения из стандартов – Информационно-вычислительные системы (ИВС) (ГОСТ Р 53622 -2009) Совокупность данных (баз данных) и программ, функционирующих на вычислительных средствах для решения определённых задач – Автоматизированные системы (АС) (ГОСТ 34. 003 -90) Система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций

Классификация ИС По масштабу: По назначению: – Персональные • Справочные – Групповые • Поисковые – Корпоративные • Управляющие (АСУ, ИУС) • «Указания и рекомендации для людей» (АСУП) • Управление 11 техническими

Примеры • • Правовые документы (Гарант) WWW + поиск Бухгалтерия (1 C) Склад, магазин Биржа, банки Предприятие в целом (1 С, SAP R/3) Автоматизированное проектирование (Auto. CAD) 12

Примеры (2) • Транспортные компании • Управление войсками на поле боя • Управление подвижными объектами – Наземные – Морские – Воздушно-космические 13

Обобщённая схема ИС • • Рабочие места пользователей База данных Бизнес-логика (прикладное ПО) Служебное ПО Вычислительные средства Средства хранения данных Каналы связи 14

Встроенные ИУС РВ • Системы персонального масштаба – вездесущи • Системы масштаба группы или предприятия: – Управление производственными процессами – Управление подвижными объектами 15

Состав ИУС РВ Интерфейс оператора -индикаторы -органы управления Регистраторы Бортовая сеть Датчики Вычислители Эффекторы Управляемая система Внешняя среда 16

Специфика ИУС РВ (1) • Интеграция с управляемой системой – Сильная зависимость состава оборудования и функционального ПО от типа управляемой системы • Критичность для управляемой системы – Авария при отказе или ошибке ИУС РВ – Особые требования к правильности функционирования ПО и к процессу разработки ПО • Ограниченное участие оператора – – – автопилот огибание рельефа местности (маловысотный полет) наведение ракеты ПВО, ПРО круиз-контроль, АБС 17

Специфика ИУС РВ (2) • • • Жёсткое реальное время – Нарушение директивного срока реакции на событие или частоты решения задачи -> авария – Иногда предпочтительно выдать менее точное решение, но в срок – 1 -10 мс, 10 -100 Гц (до 1000 Гц) Непрерывное функционирование – от нескольких часов (самолёт) до месяцев (корабль), и до лет (межпланетная станция) «Экстремальные» условия работы – Температура, атмосферное давление, вибрация, шум – Грибки, насекомые, грызуны – Радиация Ограничения по ресурсам – Энергопотребление – Масса и габариты – Топологические нормы Устойчивость к сбоям и отказам – – резервирование троирование

Задачи, связанные с ИУС РВ • Архитектура аппаратной и программной части ИУС РВ – вычислители, каналы, ОС – выбор состава и структуры • Обеспечение работы ИУС РВ в реальном времени – Оценка времени выполнения задач, расписания, алгоритмы планирования • Обеспечение надёжности ИУС РВ • Разработка и отладка ИУС РВ – процесс разработки, инструментальные средства – проверка и доказательство правильности функционирования 19

ИУС самолета F-22 КАБИНА нашлемный прицел Система управления полетом Шина распределения видеоинформации ICNIA (комплекс связи, навигации и опознавания) Прием и предварительная обработка сигналов Центральный процессор CIP I Шина 1553 В системы управления полетом РЛС CIP III IRSTS (ИК-система поиска и сопровождения) Прием и предварительная обработка сигналов Шина 1760 системы управления вооружением INEWS (Комплекс РЭБ) Прием и предварительная обработка сигналов Система воздушных сигналов Инерциальная навигационная система Система управления вооружением Расходуемые средства РЭБ Глобальная память 20

Унаследованная архитектура (4 поколение)

Оптические каналы точка-точка (4+)

Оптическая магистраль данных (4+)

Интегрированная модульная авионика (5 поколение)

Производительность • Пропускная способность = количество удовлетворённых запросов в единицу времени – с привязкой к типу и сложности запроса Или: объём вычислительной работы в единицу времени • Время отклика

Жизненный цикл ИВС «Жизненный цикл создания (разработки) и использования ИВС представляет собой последовательность стадий работ, включающих однородные по содержанию и результатам этапы работ» (ГОСТ Р 53622 -2009). 26

Жизненный цикл (2) • Проведение научно-исследовательских работ - обоснование состава решаемых задач, структуры и состава ИВС и подготовка проекта ТЗ на создание (разработку) • Проектирование (эскизное, техническое) ИВС • Реализация проекта (рабочее проектирование опытного образца ИВС) • Внедрение (адаптация) опытного образца ИВС в конкретных условиях применения • Эксплуатация ИВС • Сопровождение • Снятие с эксплуатации

Особенности ИС • Сложность как ИС, так и процесса разработки • Высокие требования к производительности и правильности функционирования • Необходимость сопровождения (обновление программных и аппаратных средств в процессе использования)

Поддержка разработки ИС • Необходимость соблюдения стандартов на процесс разработки • Необходимость применения инструментальных средств поддержки разработки, в том числе средств исследования функционирования ИС в целях: – определения производительности – проверки правильности работы

Спасибо за внимание! 30