Дискретно-детерминированные модели (F-схемы)
Основным видом дискретно- детерминированных моделей является конечный автомат.
Конечным автоматом называют дискретный преобразователь информации, способный под воздействием входных сигналов переходить из одного состояния в другое и формировать сигналы на выходе. Это автомат с памятью. Для организации памяти в описание автомата вводят автоматное время и понятие состояние автомата.
Понятие «состояние» автомата означает, что выходной сигнал автомата зависит не только от входных сигналов в данный момент времени, но и учитывает входные сигналы, поступающие ранее. Это позволяет устранить время как явную переменную и выразить выходные сигналы как функцию состояний и входных сигналов.
Всякий переход автомата из одного состояния в другое возможен не ранее, чем через дискретный интервал времени. Причем сам переход считается, происходит мгновенно, то есть не учитывают переходные процессы в реальных схемах.
Существует два способа введения автоматного времени по которому автоматы делятся на синхронныеи асинхронные.
В синхронных автоматах моменты времени, в которых фиксируются изменения состояний автомата, задаются специальным устройством - генератором синхросигналов. Причем сигналы поступают через равные интервалы времени - . Частота тактового генератора выбирается такой, чтобы любой элемент автомата успел закончить свою работу до появления очередного импульса.
В асинхронном автомате моменты перехода автомата из одного состояния в другое заранее не определены и зависят от конкретных событий. В таких автоматах интервал дискретности является переменным.
Также существуют детерминированные и вероятностные автоматы.
В детерминированных автоматах поведение и структура автомата в каждый момент времени однозначно определены текущей входной информацией и состоянием автомата.
В вероятностных автоматах они зависят от случайного выбора.
Абстрактно конечный автомат можно представить как математическую схему (F - схему), которая характеризуется шестью видами переменных и функций:
1. конечное множество x(t) входных сигналов (входной алфавит);
2. конечное множество y(t) выходных сигналов (выходной алфавит);
3. конечное множество z(t) внутренних состояний (алфавит состояний);
4. начальное состояние автомата z0 , ;
5. функция переходов автомата из одного состояния в другое;
6. функция выходов автомата.
Моделирование процессов функционирования систем на базе Q-схем
Характерная ситуация в работе таких систем — появление заявок (требований) на обслуживание и завершение обслуживания в случайные моменты времени, т.е. стохастический характер процесса их функционирования. В общем случае моменты поступления заявок в систему S из внешней среды Е образуют входящий поток, а моменты окончания обслуживания образуют выходящий поток обслуженных заявок.
Формализуя какую-либо реальную систему с помощью Q-схемы, необходимо построить структуру такой системы. В качестве элементов структуры Q-схем рассматриваются элементы трех типов:
И — источники;
Н — накопители;
К — каналы обслуживания заявок.
Q-схему можно считать заданной, если определены:
1. потоки событий (входящие потоки заявок и потоки обслуживании для каждого Н и К);
2. структура системы S (число фаз LФ, число каналов обслуживания LK, число накопителей LH каждой из LФ фаз обслуживания заявок и связи И, Н и К);
3. алгоритмы функционирования системы (дисциплины ожидания заявок в Н и выбора на обслуживание К, правила ухода заявок из Н и К).
При моделировании систем, формализуемых в виде Q-схем, часто возникают задачи имитации потоков заявок с некоторыми ограничениями, позволяющими упростить как математическое описание, так и программную реализацию генераторов потоков заявок.