Устройство для моделирования систем массового обслуживания Советский патент 1988 года по МПК G06F15/20 

со

00

оо 00

00 СП

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для моделирования процесса обслуживания заявок.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования двухфазных приоритетных систем с дообслужи.ванием заявок.

На чертеже приведена функциональная схема устройства для моделирования систем массового обслуживания (СМО).

Устройство содержит управляющий триггер 1, триггер 2 выбора режима, генератор 3 сигналов обслуживания случайных импульсов, пятый 4, шестой 5, второй 6, седьмой 7, четвертый 8 элементы И, первьш 9 и второй 10 элементы ИЛИ, первый 11 и третий 12 элементы И, третий элемент ИЛИ 13, пер- вьм 4 и второй 15 триггеры, первый 16 и второй 17 формирователи импульсов, девятый элемент И 18, генератор 19 тактовых импульсов, третий фopiми- рователь 20 импульсов, одиннадцатый 21, десятый 22, пятнадцатый 23 и шестнадцатый 24 элементы И, реверсивный счетчик 25 времени дообслуживания, элемент ИЛИ-НЕ 26, восьмой элемент И 27, реверсивный счетчик 28 заявок первой фазы, второй элемент И-НЕ 29, шестой элемент ИЛИ 30, третий элемент И-НЕ 31,, элемент НЕ 32;, четырнадцатый

ли СМО возможно наличие двух очередей соответственно из т-1 и п-1 мест, соответствующих первой и второй фазам обслуживания, причем . Если заявка поступает на обслуживание тогда, когда в обеих очередях отсутствуют заявки, ожидающие обслуживания, то эта заявка последовательно обслуживается в двух фазах обслуживания. Если вторая заявка поступает на обслуживание тогда, когда первая обслу живается в первой фазе обслуживания, то вторая заявка поступает в первую очередь и ожидает обслуживания. При этом первая заявка поступает во вторую очередь после окончания обслуживания ее в первой фазе и ожидает обслуживания столько времени, сколько будет обслуживаться в первой фазе вторая заявка после освобождения канала обслуживания первой заявкой. После окончания обслуживания в первой фазе второй заявки она переходит также во вторую очередь, а первая заявка подвергается обслуживанию во второй фазе обслуживания. Только после окончания обслуживания первой заявки во второй фазе вторая заявка станет на обслуживание во вторую фазу. При поступлении второй заявки в модель 2 СМО, когда первая, ранее поступившая заявка, проходит обслуживание во второй фазе, обслуживание

Изобретение относится к специализированным средствам вычислительной техники и предназначено для моделирования процесса обслуживания поступивших или ожидающих заявок. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет моделирования двухфазных приоритетных систем с дообслуживанием заявок. Цель достигается тем, что устройство дополнительно содержит реверсивный счетчик заявок первой фазы, реверсивный счетчик заявок второй фазы, реверсивньт счетчик времени дообслуживания, генератор тактовых импульсов, элементы И, ИЛИ, третий формирователь импульсов, элемент НЕ, три элемента И-НЕ и элемент ИЛИ-НЕ. Устройство позволяет моделировать как стохастическую двухканальную систему массового об-- служивания с отказами, так и однока- нальную двухфазную систему массового обслуживания с приоритетной фазой обслуживания и ожиданием каждой фазы обслуживания. 1 ил. ю (Л

33 и тринадцатый 34 элементы И, чет-( первой заявки приостанавливается

вертый элемент ИЛИ 35, реверсивный счетчик 36 заявок второй фазы, пятый элемент ИЛИ 37, первый элемент И-НЕ 38, двенадцатый элемент И 39, семнадцатый 40 и восемнадцатый 41 элементы и, входы 42 - 46.

Устройство моделирует процесс обслуживания заявок для двух моделей СМО: 1 - в двухканальной СМО с откаона поступает во вторую очередь, вторая заявка становится на обслу вание первой фазы. После окончани в первой фазе обслуживания второй 40 заявки первая заявка дообслуживае во второй фазе обслуживания, а вт рая заявка поступает во вторую оч редь, где ожидает обслуживания вт рой фазы. Таким образом, в модели

зами со стохастическим распределением СМО заявка получает отказ в обслужизаявок между свободными каналами об- слз живания; 2 - в одноканальной двух- фазной СМО с приоритетной фазой обслуживания и ожиданием каждой фазы обслуживания.

В модели 1 СМО с отказами заявки получают отказ в обслуживании при поступлении их во время занятости

50

вании тогда, когда полностью заполнена первая очередь из т-1 мест и одно (требование стоит на обслуживании первой фазы.

Формирователи 16 и 17 вырабатывают короткие по длительности импульсы во время перепада единичного потенциала в нулевой. Формирователь 22 им пульсов формирует также короткие по

Формирователи 16 и 17 вырабатывают короткие по длительности импульсы во время перепада единичного потенциала в нулевой. Формирователь 22 им пульсов формирует также короткие по

обоих каналов обслуживания.

В модели 2 СМО заявки обслуживают- ggдлительности импульсы, но уже во вреся одним каналом обслуживания. Каждаямя перепада из нулевого потенциала в

из заявок должна пройти две фазы об-единичный. Длительйость импульсов,

служивания, причем первая из фаз име-вырабатываемых формирователями, имиет приоритет над второй. В этой моде-тирует время перехода заявок из оди

она поступает во вторую очередь, а вторая заявка становится на обслуживание первой фазы. После окончания в первой фазе обслуживания второй заявки первая заявка дообслуживается во второй фазе обслуживания, а вторая заявка поступает во вторую очередь, где ожидает обслуживания второй фазы. Таким образом, в модели 2

0

вании тогда, когда полностью заполнена первая очередь из т-1 мест и одно (требование стоит на обслуживании первой фазы.

Формирователи 16 и 17 вырабатывают короткие по длительности импульсы во время перепада единичного потенциала в нулевой. Формирователь 22 им пульсов формирует также короткие по

ной очереди -в другую или из очереди на обслуживание соответствующей фазы.

Реверсивные счетчики 28 и 36 соответственно фиксируют общее количество заявок, находящихся на обслуживании и ожидающих обслуживания соответствующих фаз. Если разрядность счетчиков соответственно равна К, и К, то число заявок, подсчитываемых ими, равно , причем , должно выполняться соотношение К, K, для предлагаемого устройства. Так как из общего числа требований, фиксируемых этими счетчиками, одно будет на обслуживании, то для указанной модели СМО число мест очереди для требований, ожидающих первую или вторую фазы обслуживания, соответственно равно m - 1 и п - 1.

Триггеры 14 и 15 в единичное состояние переходят в момент перепадов нулевых потенциалов в-единичные, действующих на их прямые входы, а в нулевое - в момент перепадов единич- ных потенциалов в нулевые, действующих на их инверсные входы. Реверсивные 28 и 36 счетчики изменяют свои состояния под действием пере.падов единичных потенциалов в нулевые, дей- ствующих на их суммирующие или вычитающие входы.

Устройство работает следующим образом.

Предположим положитетельную логику работы устройства. Рассмотрим функционирование устройства в первом режиме. Это означает, что по шине 43 установки- режима функционирования поступил сигнал на вход триггера 2 и Ус тановил его в единичное состояние. При этом единичнь м потенциалом с прямого выхода триггера 2 предварительн открываются-элементы И 5 и 6 и через элемент ИЛИ 13 элемент И 12. Заявки поступают на-ВХОДЫ элементов И 4,5,6 и 8. В зависимости от положения уп- равляющего триггера 1, в которое он устанавливается с заданной вероят-. ностью Р сигналами, поступающими на входы 45 и 42 устройства, заявка поступает либо в первый, либо во второй канал через соответствующие элементы И и далее через элемент ИЛИ 9 или элементы ИЛИ 10, элементы И 11 и 12 при наличии единичных потенциалов на прямых выходах триггеров 14 и 15 в случае, если оба канала свободны. В этом случае через элементы И 6 и 8

0

5 о

о с

5

0

5

заявки не проходят, так как на их инверсных входах присутствуют единичные потенциалы, запирающие эти элементы.

В случае, если один из каналов занят, т.е. на прямом выходе триггеров 14 или 15 присутствует нулевой потенциал, то открывающийся в этом случае один из соответствующих элементов И 6 или 8 разрешает прохождение заявки в другой свободный канал, а отсутствие единичного сигнала на первом входе элементов И 11 или 12 запрещает прохождение заявки в занятый канал. В случае, если оба канала заняты, заявка из-за отсутствия единичных потенциалов на входах элементов И 11 и 12 получает отказ.

Рассмотрим функционирование уст-, ройства во втором режиме. Для перевода устройства в этот режим по шине 44 поступает сигнал на вход триггера 2 и устанавливает его в нулевое состояние . При этом единичным потенциалом с инверсного выхода триггера 2 открываются элементы И 7, 18, 22, 21 и 27. Если реверсивный счетчик 28 находится не в предельном состоянии, т.е. есть свободные места очереди для ожидания первой фазы обслуживания, то элемент И-ИЕ 29 под действием сигналов с прямых разрядных выходов счетчика 28 формирует на своем выходе единичный сигнал, который также открывает элемент И 27. Допустим, что каналы обслуживания свободны и счетчики 28 и 36 находятся в нулевом состоянии. Очередная заявка, поступая по информационному входу 46 устройства, чер,ез элементы И 7, ИЛИ 9 и И 11 поступает на инверсный вход триггера 14 и переводит его в нулевое состояние, что свидетельствует о начале обслуживания этой заявки в первой фазе обслуживания. Одновременно с этим импульс, имитирующий поступление данной заявки, через открытый элемент И 27 поступает на суммирующий вход реверсивного счетчика 28 и переводит его в первое состояние. При этом на выходе элемента И-НЕ 31 формируется нулевой потенциал под действием единичных сигналов, поступающих на его входы с первого прямого и остальных инверсных разрядных выходов счетчика 28. Этот нулевой сигнал поступает на инверсный вход элемента И 34 и открывает его, а также подается на вход элемента И 33 и запирает его. ДопусТИМ, что реверсивный счетчик 25 также находится в нулевом состоянии. Поэтому под действием нулевых сигналов с разрядных выходов счетчика 25 элемент ИЛИ-НЕ 26 формирует единичный сигнал, который через элемент ИЛИ 13 открьшает элемент И 12 и элементы И 40 и 41 и закрьгоает элемент 24. Если во время обслуживания заявки в первой фазе обслуживания на вход устройства поступает очередная заявка, то она через элемент И 27 поступает на суммирующий вход счетчика 28 и увеличивает число, хранящееся в нем, на единицу, чем имитируется поступление этой заявки в очередь для ожидания обслуживания первой фазы. При этом открывается элемент И 33 под действием единичных сигналов с выходов элемента ИЛИ 30 и элемента И-НЕ 31. Если счетчик 28 находится в nep-i BOM состоянии и очередная заявка не поступила на обслуживание, то в момент окончания обслуживания заявки в триггере 14, что определяется переходом этого триггера в единичное состояние, формирователь 16 импульсов вырабатывает короткий по длительности импульс, который через элемент И и 34 и 22, ИЛИ 10 и И 12 поступает на инверсный вход триггера 15 и переводит его в нулевое состояние. Одновременно этот же импульс поступает на вьтитающий вход реверсивного счетчика 28 и уменьшает число, хранящееся в нем, на единицу. Этот импульс подается на суммирующий вход реверсивного счетчика 36 и переводит его в первое состояние. Этим имитируется процесс перехода заявки на обслуживание второй фазы. Если же в счетчике 28 хранилось число больше единицы, т.е. бьти заявки, которые ожидали обслуяси- вания- первой фазы, то в момент окончания обслуживания заявки в триггере 14 формирователь 16 импульсов также вырабатывает короткий по длительности импульс, которьм через элементы И 18 и 33, ИЛИ 9 и И 11 поступает на инверсный вход триггера 14 и опять переводит его в нулевое состояние. Этот же импульс поступает на вычитающий вход счетчика 28 и уменьшает число, хранящееся в нем, на единицу, а также поступает на суммирующий вход счетчика 36, увсшичивая число, хранящееся в нем, на единицу, чем имитируется переход заявки, ожидаю8

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

щей в очереди первой фазы обслуживания, на обслуживание этой фазы, а заявки, обслуженной в первой фазе - в очередь для ожидания второй фазы обслуживания.

Рассмотрим момент окончания обслуживания во второй фазе. Допустим, что в реверсивном счетчике 36 хранится число больгае единицы, что означает наличие в очереди заявок, ожидающих обслуживания второй фазы. При этом нл выходе элемента ИЛИ 37, объедин - ющего прямые разрядные выходы счетчика 36, будет сформирован единичный сигнал. 1{а выходе элемента И-НЕ 38, объединяюптем первый прямой и остальные инверсные разрядные выходы счетчика 36, также будет сформирован единичный сигнал, который совместно с сигналом от элемента ИЛИ 37 откроет элемент И 39. В момент окончания обслуживания второй фазы триггер 15 переходит в единичное состояние, а формирователь 7 импульсов сформирует короткий по длительности импульс, который, пройдя через элементы И- 39 и 21, ИЛИ 10 И 12, вновь поступит на инверсный вход триггера 15 и переведет его в нулевое состояние, что соответствует началу обслуживания очередной заявки. Этот же импульс через элемент И 41 поступает на вычитающий вход счетчика 36. Этими операциями : имитируется поступление на обслуживание второй фазы заявок, ожидающих этой фазы обслуживания. Если счетчик 36 находится В первом состоянии, что соответствует отсутствию заявок в очереди, то на выходе элемента И-НЕ 38 сформируется нулевой потенциал, подаваемый на вход элемента И 39, чем закрьшает последний. При этом им-, пульс, выработанный формирователем 17, уже не поступит на вход триггера 15, а только переведет счетчик 36 в нулевое состояние.

Рассмотрим случай, когда очередная заявка поступает в устройство во время обслуживания ранее поступившей заявки во второй фазе обслуживания (триггер 15 находится в режиме обслуживания) . В этом случае очередная заявка переводит триггер 14 в нулевое состояние (становится на обслуживание первой фазы и переводит реверсивный счетчик 28 в первое состояние). При этом единичными сигналами с выходов элементов ИЛИ 30 и 37 и инверсно7138

го выхода триггера 15 открывается элемент И 23 и через него на суммирующий вход реверсивного счетчика 25 поступают импульсы от генератора 19 импульсов. Состояния счетчика 25 становятся отличными от нулевого, и на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 формируется низкий потенциал, который закрывает элементы И 40 и 41, через эле- мент ИЛИ 13 закрьшает элемент И 12, а предварительно открывает через инверсный вход элемент И 24, В момент окончания обслуживания триггер 15 переходит в единичное состояние и Hyneвой сигнал с его инверсного выхода закрывает элемент И 23, чем прекращает поступление импульсов на суммирующий вход счетчика 25. Таким образом, в счетчике 25 хранится информа- ция о временном интервале, равном времени, которое необходимо затратить на дообслуживайие заявки, обслуживание во второй фазе которой было как бы прервано. При этом импульс, сфор- мированный формирователем 17, не изменяет состояния счетчика 36 и не поступает через элемент И 12 на вход триггера 15. В мо мент окончания об- служивания всех заявок, ожидающих и обслуженных в первой фазе обслуживания, на выходе элемента ИЛИ 30 формируется нулевой сигнал, который через элемент НЕ 32 окончательно открывает элемент И 24, через который импульсы от генератора 19 импульсов поступают уже на вычитающий вход реверсивногоj счетчика 25. На интервал времени, равный времени дообслуживания заявки обслуживание которой во второй фазе обслуживания было как бы прервано, счетчик 25 обнуляется и разблокируются элементы И 12, 40 и 41, а заблоки- руется элемент И 24. Одновременно с этим на выходе формирователя 20 им- пульсов формируется короткий по длительности импульс, который через элемент И 40 поступает на вычитающий вход счетчика 36 и уменьшает число, хранящееся в нем, на единицу, чем имитируется дообслуживание заявки, обслуживание которой было прервано.

По достижении вторым реверсивным счетчиком 28 предельного состояния на выходе элемента И-НЕ 29 формируется нулевой сигнал, котврый блокирует элемент И 27. В этом случае заявки на обслуживание не принимаются.

j 0 5 о д г

5

0

5

Предлагаемое устройство позволяет моделировать как стохастическую двух- канальную CMC с отказами, так и одно- канальную двухфазную CMC с приоритетной фазой обслуживания и ожиданием каждой фазы обслуживания.

Формула изобретения

Устройство для моделирования систем массового обслуживания, содержащее генератор сигналов обслуживания, выполненный в виде первого и второго генераторов случайных импульсов, два триггера, два элементна ИЛИ, восемь элементов И, два формирователя импульсов, управляющий триггер, входы которого являются входами выбора канала обслуживания устройства, триггер выбора режима обслуживания, входы которого являются входами выбора работы устройства, выходы первого и второго генераторов случайных импульсов генератора сигналов обслуживания соединены с прямыми входами соответственно первого и второго триггеров, выход первого элемента И подключен к инверсному входу первого триггера, прямой выход которого соединен с первым входом первого элемента И и инверсным входом второго элемента И, выход третьего элемента И подключен к инверсному входу второго триггера, прямой выход которого соединен с первым входом третьего триггера и инверсным входом четвертого элемента И, выход которого подключен к первому входу первого элемента ИЛИ, а выход второго элемента И подключен к первому входу второго элемента ИЛИ, инверсные выходы первого и второго триггеров соединены с входами соответственно первого и второго формирователей импульсов, первые входы пятого и шестого элементов И объединены и являются информационным входом устройства, выход пятого элемента И соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу первого элемента И, а выход шестого элемента И соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу третьего элемента И, прямой выход управляющего триггера подключен к второму входу пятого элемента И, а инверсный выход управляющего триггера соединен с вто

913

рым входом шестого элемента И, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных БОэможностей за счет моделирования двухфазных приоритетных систем с дообслу- живанием заявок, оно дополнительно содержит реверсивный счетчик заявок первой фазы, реверсивный счетчик заявок второй фазы, реверсивный счетчик времени дообслуживания, генератор тактовых импульсов, с девятого iio восемнадцатый элементы И, третий, четвертый, пятый и шестой элементы ИЛИ, третий формирователь импульсов, элемент НЕ, три элемента И-НЕ и элемент ИЛИ-НЕ, причем первый прямой вход второго элемента И и первые входы четвертого, седьмого и восьмого элементов И объединены и подключены к информационному входу устройства, прямой выход триггера выбора режима обслуживания соединен с вторым прямым входом второго элемента И, третьим входом шестого элемента И и пёр- вым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подключен к третьему входу элемента И, инверсный выход триггера выбора режима обслуживания соединен с вторыми входами седьмого и восьмого элементов И и первыми входами девятого, десятого и одиннадцатого элементов И, выход десятого элемента И подключен к третьему входу второго элемента ИЛИ, четвертый вход которого подключен к выходу одиннадцатого элемента И, выход первого фор- .мирователя импульсов подключен к второму девятого элемента И, выход которого соединен с суммирующими входами реверсивного счетчика заявок первой фазы, реверсивного счетчика заявок второй фазы и с первыми входами тринадцатого и четырнадцатого элементов И, выход четырнадцатого элемента И подключен к третьему входу первого элемента ИЛИ, четвертый вход которого соединен с выходом седьмого элемента И, инверсный выход второго триггера подключен к первому входу пятнадцатого элемента И, второй вход которого и первьй вход шестнадцатого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, суммирующий

и вычитающий входы реверсивного счетчика времени дообсл:уживания подключе- ны соответственно к выходам пятнадцатого и юестна дцатого элементов И, а

О

0

5

0

5 0 Q с

5

0

разрядные выходы реверсивного ct eT4H- ка времени дообслуживания подключены соответственно к входам элемента ИЛИ-НЕ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента ИЛИ, инверсным входом шестнадцатого элемента И, первыми .входами семнадцатого и восемнадцатого элементов И и входом третьего формирователя импульсов, выход которого подключен к второму входу семнадцатого элемента И, выход которого соединен с первым входом четвертого ИЛИ, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика заявок второй фазь, выход второго формирователя импульсов подключен к первому входу двенадцатого элемента И и второму входу восемнадцатого элемента И, выход которого соединен с вторым входом четвертого элемента ИЛИ, прямые разрядные выходы реверсивного счетчика заявок второй фазы подключены соответственно к вхо-г дам пятого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом двенадцатого элемента И и третьим входом пятнадцатого элемента И, четвертый вход которого соединен с выходом шестого элемента ИЛИ, вторым входом четырнадцатого элемента И и входом элемента НЕ, выход которого подключен к второму прямому входу шестнадцатого элемента И, прямой выход первого разряда и инверсные разрядные выходы реверсивного счетчика заявок второй фазы подключены соответственно к входам первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с третьим входом двенадцатого элемента И, выход которого подключен к второму входу одиннадцатого элемента И, прямые разрядные выходы реверсивного счетчика заявок первой фазы соединены соответственно с входами шестого элемента ИЛИ и второго элемента И-НЕ, выход которого подключен к третьему входу восьмого элемента И, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика заявок первой фазы, прямой выход первого разряда и инверсные разрядные выходы которого подключены соответственно к входам третьего элемента И-НЕ, выход которого соединен с третьим входом четырнадцатого элемента И и инверсным входом тринадцатого элемента И, выход которого соединен с вторым входом десятого элемента И.