Системный анализ
_ 21.Расчетное задание.
Задание: Составить уравнения мгновенных материальных и тепловых
балансов, математическое описание и структурную схему модели
непрерывного технологического процесса протекающего в аппарате
идеального смешения. Скорость процесса ограничена скоростью реакции,
которую необходимо выбрать в соответствии с выполняемым вариантом.
вариант 4
5┌ 4────────────── 5┐
5│ 0 k1 5 │
Q 41 0 5│ 0 A ────> B 5 │ 0 Q 42 0 пр. изотермическая
────>┤ k2 5 ├───── 0───>
C 4A 50 0 5│ 0 A ────> C 5 │ 0C 4A, 0C 4B 0,C 4C 0 обр. изотермическая
5│ 0 5│
5└──────────────┘
7(
72 0 dC 4A 7/ 0dt=Q 41 0C 4A 50 7/ 0V 4a 0-k 41 0C 4A 0-k 42 0C 4A 0-Q 42 0C 4A 7/ 0V 4a
72
7* 0 dC 4B 7/ 0dt=k 41 0C 4A 0-Q 42 0C 4B 7/ 0V 4a
72
72 0 dC 4C 7/ 0dt=kC 4A 0-Q 42 0C 4C 7/ 0V 4a
79
7(
72 0 dU 4A 7/ 0d 7t 0=-k 51 0U 4A 0-k 52 0U 4A
72
7* 0 dU 4B 7/ 0d 7t 0=k 51 0U 4A
72
72 0 dU 4C 7/ 0d 7t 0=k 52 0U 4A
79
5┌───────── 0> 5────────────┐
5│ 7' 5 │ 7 ' '
5│ 0 │--U 4A 50 0 7^ 0 │+U 4B 50 0 │+U 4C 50
5│ 0 ┌──┴──┐ 5│ 0 ┌──┴──┐ 5 0 ┌──┴──┐
5│ 0 5│ 0 │ +U 4A 0( 7t 0) ┌──┐ 5│ 0 │ │ +U 4B 0( 7t 0) 4 0 │ │+U 4C 0( 7t 0)
5└─ 0< 5─┤ 0 73 0 │───┬────┤k 51 0├ 5┴─ 0>┤ 73 0 ├──────> ┌───>┤ 73 0 ├────>
┌──>┤ │ │ └──┘ 5 0 │ │ 5 0 │ │ │
│ └─────┘ │ 5 0 └─────┘ 5 0 │ └─────┘
│ │ 5 0 5 0 │
│ ┌─┴┐ 5 0 5 0 │
│ │k 52 0├────────────── 5────── 0────>──┤
│ └──┘ 5 0 5 0 │
└────────────────────────────── 5──────────── 0┘
_ 22. Моделирование технологических процессов с помощи ЦВМ.
22.1. Устройство Цифровой Вычислительной Машины (ЦВМ).
ЦВМ состоит из следующих блоков:
- Запоминающее устройство (ЗУ)
- Устройство ввода (УВ)
- Устройство вывода (УП)
- Арифметическое устройство
- Устройство управления (УУ)
- 2 -
┌───────────────────────────┐
┌────────────┐ ┌───>┤ Арифметическое устройство ├──┐ ┌────────────┐
│ │ │ │ (АУ) │ │ │ │
│ │ │ └──────┬─────────────┬──────┘ │ │ │
│ │ │ 7% 0 7^ 0 │ │ │
│ │ │ ┌──────┴─────────────┴──────┐ │ │ │
│ ├─┼───>┤ Оперативно запоминающее ├──┤>┤ │
│ Устройство │ │ ┌─>┤ устройство (ОЗУ) ├┐ │ │ Устройство │
│ ввода │ │ │ └──────┬─────────────┬──────┘│ │ │ вывода │
│ (УВ) │ │ │ 7% 0 7^ 0 │ │ │ (УВВ) │
│ │ │ │ ┌──────┴─────────────┴──────┐│ │ │ │
│ │ │ │ │Долговременное запоминающее││ │ │ │
│ │ │ │ │ устройство (ДЗУ) ││ │ │ │
│ │ │ │ └──────┬─────────────┬──────┘│ │ │ │
│ │ │ │ 7% 0 7^ 0 │ │ │ │
│ │ │ └──┬──────┴─────────────┴──────┬< │ │ │
└─┬──────┬───┘ └────┤ Устройство управления ├<─┘ └───┬─────┬──┘
7% 0 └─────────>┤ (УУ) ├<───────┘ 7%
└─────────────────┴───────────────────────────┴──────────────┘
22.1.1. Запоминающее устройство.
Назначение запоминающего устройства в хранении числовой
информации и передачи ее в другие устройства машины при решении задач.
Емкость запоминающего устройства определяется количеством ячеек
памяти. Каждая ячейка строго фиксирована, и предназначена для хранения
числа или команды программы, называемых обычно машинным словом.
Машинное слово представляет собой совокупность цифр, каждой из которых
соответствует один разряд. Количество разрядов отведенное для записи
одного слова,определяет разрядность машины или так называемая
разрядная сетка. Важной характеристикой ЗУ является время выборки
одного слова информации. При этом под временем выборки понимается
время, необходимое для нахождения слова в общем массиве слов памяти
машины и пересылки его в нужное устройство. Величина времени выборки
непосредственно связана с быстродействием ЦВМ. В современных
вычислительных машинах обычно используются два типа ЗУ: оперативное
запоминающее устройство (ОЗУ) и внешнее запоминающее устройство
(долговременное), (ДЗУ). ОЗУ характеризуется малым временем выборки и
непрерывно используется в процессе вычисления. ДЗУ имеет относительно
большее время выборки, но информации из них используется не
непрерывно, а периодическим путем обмена с ОЗУ, причем этот обмен, как
правило производится большими массивами. Подобное двухступенчатое
построение памяти позволяет хранить большие массивы информации и
быстро ее обрабатывать.
22.1.2. Устройство ввода.
Исходная программа и информация, соответствующим образом закоди-
рованные и перенесенные на материальный носитель информации (перфори-
рованные ленты, перфокарта и т.д.), вводятся в машину при помощи
электронно-механических устройств.
В процессе ввода чтение информации с перфолент, перфокарт, обычно
производится фотосчитывающими устройствами, преобразующими
последовательность отверстий на носителе в последовательность
электрических импульсов.
Общая организация ввода исходной информации и программы состоит
из следующих этапов: нанесение оператором, при помощи клавишных
устройств числовых данных и программы на первичный носитель
информации; контроля подготовленных данных; ввода исходных данных в
вычислительную машину.
При автономной работе входных устройств вводимая информация
поступает в буферное запоминающее устройство, откуда по мере необходи-
мости передается в ОЗУ или ДЗУ.
22.1.3. Устройство вывода.
- 3 -
Устройство вывода предназначено для вывода результатов вычисле-
ний. Организация вывода может быть автономной. В этом случае выводное
устройство работает не синхронно с машиной и выводит информацию из
собственного буферного запоминающего устройства. По мере получения
результатов информация переносится в ОЗУ в буферное ЗУ выходных
устройств, где производится ее обработка и вывод на печать.
22.1.4. Арифметическое устройство.
Арифметическое устройство позволяет осуществить в машине любую
операцию над числами. Оно содержит отдельные блоки для выполнения
различных операций (деления, умножения, сложения и т.д.). Визуальная
индикация результатов выполнения операций позволяет программисту в
процессе отладки программы следить за правильностью выполнения
программы. Полный цикл арифметического устройства складывается из трех
этапов: вывода информации в регистры из ОЗУ, выполнения операции,
передачи результата из регистров в ОЗУ.
22.1.5. Устройство управления.
Устройство управления обеспечивает автоматизацию вычислительных
процессов в соответствии с заданной программой. Программа решения за-
дачи представляет собой определенный набор команд, порядок следования
которых устанавливается заранее при реализации выбранного алгоритма
решения. Каждая команда определяет выполнение одной операции. Это мо-
гут быть операции ввода информации или программы, операции обращения к
запоминающему устройству, арифметические и логические операции, опера-
ции изменения последовательности вычислений (операции перехода).
22.2. Подготовка и решение задач на ЦВМ.
Решение задач на ЦВМ включает следующие этапы: Постановка задачи
- формулирование модели процесса; Математическая формулировка задачи -
составление математического описания; Выбор численных методов решения
управлений; Разработка общего алгоритма; Программирование; Выявление
ошибок (отладка программы); Решение.
_Блок схема последовательности выполнения этапов.
╔═════════════════════════════════════════════════════════════════════╗
║┌──────────────────┐ ┌───────────┐ ┌─────────┐ да ┌─────────────┐║
║│ Выбор численного │ │Составление│ │Проверка ├────>┤Соответствие │║
║│метода и алгоритма├┬─>┤ программы ├─>┤ работы │ нет │ модели │║
║│ решения ││ └───────────┘ │программы├──┐ │ выбранным │║
║└─┬──────────┬─────┘│ └─────────┘ │ │ критериям │║
║ ^ ^ │ ┌─────────────────┐ │ │ оценки │║
║ │ │