哈尔滨工业大学《系统建模与仿真》第6章仿真计算机-仿真软件-接口装置

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1、第6章、仿真计算机（系统）/仿真软件/接口装置6.1仿真计算机系统6.1.1仿真计算机的定义与分类仿真计算机一一用于系统仿真的计算机可以按照其工作原理分为三类:丄模拟（仿真）计算机丄数字（仿真）计算机丄混合（仿真）计算机Adevicethatcomputes,especiallyaprogrammableelectronicmachinethatperformshigh-speedmathematicalorlogicaloperationsorthatassembles,stores,correlates,orotherwi

2、seprocessesinformation・计算机一一用来计算的仪器，尤指可进行高速数学或逻辑运算或汇编、存储、整理或处理信息的可编程的电子机器。丄模拟计算机种用连续变化的电压表示被运算变量的模拟计算装置，主要组成部分如下图：丄数字计算机种用“0”和“1”断续变化的电脉冲数码串表示所运算变量的数字式计算装置，主要组成部分:运算处理器（算术/逻辑运算）•存储器（存放数据和指令）•输入/输出部分控制器（统一指挥整个计算机）♦通过编程实现仿真■数字计算机分类：♦按照指令流（机器执行的指令序列）与数据流（由指令流调动的数据序列）的执

3、行方式，可将数字机分为四类:•SISD—单指令流、单数据流机：顺序地从存储器中取指令、数据，执行•SIMD—单指令流、多数据流机：多个处理器按照控制器发出的同一条指令对各自的数据进行操作和运算，适用于矢量或数组运算•MISD—多指令流、单数据流机：多个处理器排成一个流水线（矢量）•MIMD—多指令流、多数据流机：是实现作业、任务、指令、数组各个级别全面并行的理想结构，适用于标量/矢量运算♦根据性能将数字计算机分为:个人计算机、工作站、小/中/大/小巨/巨型机等级别。丄混合计算机一一是把模拟技术和数字技术灵活结合的一种计算机，可

4、分为两种形式：♦混合模拟机一一是在模拟计算机中加入大量的数字逻辑部件、模拟开关及模拟/数字混合部件（如数控系数器、数控积分器、数控函数发生器等）的一种计算机。在高档混合模拟机中，各部件的连接和监控分别由数控式模拟开关自动排题板和数字式监控系统实现。♦混合计算机系统一一是由模拟机/混合模拟机、数字机及其接口设备组成的计算机系统，其中：模拟机/混合模拟机部分用于求解常微分方程中的高频部分和连接实物，数字机部分用于管理、监控全系统的设置、检验、运行、处理各种文档和结果，并执行一些不适于模拟机工作的任务，如：存储、作各种代数/逻辑和高

5、精度运算等。混合计算机系统主要用于大型、高速.实时及超实时连续系统仿真。造价昂贵，因而主要用户是政府或大型企业。6.1.2仿真计算机的发展概况在仿真计算机领域，模拟/混合计算机与数字计算机一直是激烈的竞争对手：丄50年代一一模拟机占压倒优势、数字仿真继刚开始发展，50年代末，由于导弹技术的需要而诞生了混合模拟机及混合计算系统丄60年代-70年代中期一一混合计算机发展的鼎盛时期，同时,数字机也蓬勃发展，特别是由于完善、价廉的小型通用数字机大量进入市场及数字仿真算法和高级仿真语言的进展，70年代中期，混合机已不能与小型数字机相争。

6、丄70年代末、80年代一一数字机已逐步占领仿真机的市场，研制模拟/混合机的厂家从30余家缩减为2家，但是，混合计算机系统在高速、自动化等方面仍取得相当进展，因而在大型、高速、实时/超实时仿真领域仍占有一定的位置。丄90年代一一数字机占绝对主导地位二十世纪90年代情况及以后发展趋势:(1)仿真计算机分布在一个相当宽的型谱上，包括：个人计算机、工作站、小/中/大型通用数字机、外围阵列机、小巨机、巨型机、专用仿真工作站、专用数字仿真机、专用混合计算机等，各方面用户可根据需要做出选择。对于上述计算机而言，在其系统软/硬件环境下，建立面

7、向问题的高效能仿真算法和软件环境是至关重要的课题。（2）主机（超小型机或工作站）附加通用/专用外围阵列机具有良好的性能/价格比，在大型集中参数实时仿真领域占有十分重要的位置，如：YF系列仿真机。（3）巨型机具有高速矢量处理能力，它在分布参数系统仿真方占据主导地位。随着并行算法及实时能力的改善，在集中参数系统仿真中也将占有相当地位。（4）仿真工作站由于低廉的价格、友好的人机界面以及联网能力，将得到十分广泛的应用。（5）带有自动排题功能的混合计算机系统仍有一定的速度优势，但由于系统复杂和价格昂贵，只在特殊要求的实时仿真中应用。（6

8、）以仿真工作站为基础的分布式网络仿真系统。（7）高性能计算机-HPC（超级计算机）6.1.3仿真计算机的性能要求丄仿真过程包括大量的（确定的、半确定的、不确定的）知识处理、数值计算和数据处理。是科学理论、实验和专家判断的综合过程。丄如果只从知识处理的角度来看，可以认为仿真是一