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Prüfungsvorbereitung im Fach Simulation...

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Diplomprüfung Simulation Fachprüfung anwendungsorientierte Informatik Wissenskatalog :      

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Was ist Simulation ? Definition System Definition Prozeß Definition Modell Definition/Klassifikation der verschiedenen Modelltypen  Wo wäre eine Modelleiesenbahn einzuordnen ? Welche Arten der Simulation gibt es und wie unterscheiden sie sich ?  Wer sorgt bei der ereignisorientierten Simulation für die Abarbeitung der Ereignisse ?  Wo werden die Ereignisse bei der ereignisorientierten Simulation gespeichert ?  Ist die Ereignisliste eine statische oder eine dynamische Liste ?  Ereignis- und prozeßorientierte Simulation anhand der Modellierung eines Systems erklären Was ist zeitdiskrete Simulation ? Begriff des Modells eines Systems erklären / Vorgang bei der Modellierung eines Simulationssystems Erläuterung des Vorgangs der Simulation Womit kann man kontinuierliche Systeme kontinueirlich simulieren und welche Idee steckt dahinter ?  Worauf muß man bei der diskreten Simulation eines kontinuierlichen Systems achten ? Welche Implementierungsstrategien für ein Simulationssystem gibt es ? Was ist das Imitationsmodell / Prototyp / analoges Modell ? Definition/Klassifikation der verschiedenen Modelltypen  Wo wäre eine Modelleiesenbahn einzuordnen ? Was ist der Unterschied zwischen statischen und dynamischen mathematischen Modellen ? Welche Anforderungen für Hard- und Software gibt es für Simulationsysteme ? Was versteht man unter Systemgrenzen - und Umgebung ? Wann wird simuliert , wann nicht ?  Wann simuliert man , obwohl eine analytische Lösung möglich ist ?  Was passiert , wenn man ein grobes mathematisches Modell hat ?  Was ist ein solches Modell ?  Runge-Kutta-Verfahren erklären  Erläuterung des RK4-Verfahrens Welche Anforderung stellt man an eine Simulationsprache ? Modellierung eines Rechenzentrums Welche Ein/-Ausgabe hat das Simulationssystem ,?  Von welcher Art sind die meisten Eingänge ? Konkretes Beispiel für die Rückwärtsanalyse 1

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Erläuterung der Überprüfungsmethoden und deren Risiken Erläuterung Umgebung , Zustand und deren Variablen Wie sieht die Einbindung eines Subsystems in globales System aus ? Von welcher Art können Variablen bei der Simulation sein ?  Z.b.: Welcher Art sind Variablen , die den Benutzer einer Bibliothek darstellen ?  Wie kann man stochastische Variablen erzeugen ? / Erläuterung des Verfahren der linearen und multiplikativen Kongruenz  Formeln und Bedingungen für die lineare und multiplikative Kongruenzmethode  Welche Eigenschaften sollen stochastische Eingaben haben ?  Wie werden PZZ auf dem Rechner erzeugt ? / Welche Methoden zur Erzeugung gibt es ?  Welche Bedingungen müssen zur Erlangung der maximalen Periode bei der linearen bzw. multiplikativen Kongruenz erfüllt sein ?  Welche Anforderungen werden an die im Rechner erzeugten Zahlen gestellt ?  Welche Bedingungen muß ein guter PZZG erfüllen ?  Wieso genügt es nur gleichverteilte ZZ zu erzeugen ?  Welche Tests auf Zufälligkeit gibt es ?  Wie kann man PZZ mit einer gegebenen Verteilungsfunktion erzeugen ?  Welche Breite decken PZZ der multiplikativen Kongruenz auf einem 32-BitRechner ab ?  Wie unterscheiden sich PZZ von natürlichen ZZ ?  Wann kann man trotzdem PZZ für ZZ nehmen ?  Welche Tests auf Eigenschaften der PZZ gibt es ? (Unterschiede zwischen den Methoden)  Erläuterung des Lücken- Längetests  Unterschiede / Vor- und Nachteile der Verfahren zum Test der Eigenschaften von ZZ  Wie kann man Testen , ob ZZ eine bestimmte Verteilung aufweisen ?  Wie kann die Gleichverteiltheit einer Menge von ZZ untersucht werden ?  Wie ist die Güte des KS-Tests für kleine Stichprobengrößen zu bewerten ?  Welche Tests gibt es speziell für Gleichverteilungen ?  Wie kann aus PZZ eine beliebige andere Verteilung generiert werden ?  Erklärung inversen Methode / der Ablehnungsmethode  Wie kann man andere Verteilungen aus einer Gleichverteilung erzeugen  Wie erzeugt man aus gleichverteilten ZZ nichtgleichverteilte ZZ ? (Vorgehen bei der inversen Transformation)  Was tut man , wenn die Erzeugung der nichtgleichverteilten ZZ aus den gleichvertielten ZZ nicht durch Invertierung möglich ist ?  Was macht man , wenn Verteilungsfunktion nicht analytisch herzuleiten ist ?  Wie wird aus einer Gleichverteilung eine Exponentialverteilung generiert ?  Warum ist die Reproduzierbarkeit von PZZ wichtig ?  Welche Arten der Hardwaresimulation sind bekannt ?  Unterschiedliche Variablen auf Gatter - und RT-Struktur-Ebene ?  Unterschied zwischen Variablen bei Logik - und RT-Ebene  Welche Beschreibungsebenen/Hauptebenen/Abtraktionsebenen gibt es bei Hardwaresimulation (8) und welche entsprechenden Simulationsarten gibt es ?  Wenn man für jede Ebene einen Simulator hat , bilden diese Simulatoren ein System ? 2

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Unter welchen Umständen bilden die getrennten Simulatoren der einzelnen Ebenen ein Simulationssystem ?  Welche Möglichkeiten gibt es bei der Gattersimulation ?  Welche Steuerungsarten gibt es ?  Was ist ereignisgesteuerte Hardwaresimulation ?  Was ist ein Ereignis ?  Welche Verfahren der PZZ-Erzeugung gibt es bei der Hardwaresimulation ? Was ist eine Monte-Carlo-Simulation ? / Seit wann gibt es Monte-CarloSimulation ? Welche Logikarten bei der Logiksimulation gibt es ?  Welcher Art sind die Simulationsvariablen ?  Welche Verbesserungen / Erweiterungen hat man auf der Logikebene ?  Welche Bedeutung hat bei 3-wertiger Logik der 3. Wert ?  „“ „“ „ „ 4 „“ „“ „ 4 „“ ?  Welche Bedeutung haben die 9 Werte der 9-wertigen Logik ?  Bedeutung der 7-wertigen Logik in der Sprache DACAPO  Was zeichnet die 3(4)-wertige Logik gegenüber der 2(3)-wertigen Logik aus Bedeutung von Validierung / Verifikation / Bescheinigung  Warum ist eine Bescheinigung sinnvoll ? Wie geht man bei der Validierung vor ? Definition der Validierungsarten Erläuterung des Vorgangs der Simulation Womit kann man kontinuierliche Systeme kontinueirlich simulieren und welche Idee steckt dahinter ?  Worauf muß man bei der diskreten Simulation eines kontinuierlichen Systems achten ? Welche Implementierungsstrategien für ein Simulationssystem gibt es ? Was ist das Imitationsmodell / Prototyp / analoges Modell ? Definition/Klassifikation der verschiedenen Modelltypen  Wo wäre eine Modelleiesenbahn einzuordnen ? Was ist der Unterschied zwischen statischen und dynamischen mathematischen Modellen ? Welche Anforderungen für Hard- und Software gibt es für Simulationsysteme ? Was versteht man unter Systemgrenzen - und Umgebung ? Wann wird simuliert , wann nicht ?  Wann simuliert man , obwohl eine analytische Lösung möglich ist ?  Was passiert , wenn man ein grobes mathematisches Modell hat ?  Was ist ein solches Modell ?  Runge-Kutta-Verfahren erklären  Erläuterung des RK4-Verfahrens Welche Anforderung stellt man an eine Simulationsprache ? Modellierung eines Rechenzentrums Welche Ein/-Ausgabe hat das Simulationssystem ,?  Von welcher Art sind die meisten Eingänge ? Konkretes Beispiel für die Rückwärtsanalyse Erläuterung der Überprüfungsmethoden und deren Risiken Erläuterung Umgebung , Zustand und deren Variablen Wie sieht die Einbindung eines Subsystems in globales System aus ? Von welcher Art können Variablen bei der Simulation sein ? 3

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Z.b.: Welcher Art sind Variablen , die den Benutzer einer Bibliothek darstellen ? Wie kann man stochastische Variablen erzeugen ? / Erläuterung des Verfahren der linearen und multiplikativen Kongruenz  Formeln und Bedingungen für die lineare und multiplikative Kongruenzmethode  Welche Eigenschaften sollen stochastische Eingaben haben ?  Wie werden PZZ auf dem Rechner erzeugt ? / Welche Methoden zur Erzeugung gibt es ?  Welche Bedingungen müssen zur Erlangung der maximalen Periode bei der linearen bzw. multiplikativen Kongruenz erfüllt sein ?  Welche Anforderungen werden an die im Rechner erzeugten Zahlen gestellt ?  Welche Bedingungen muß ein guter PZZG erfüllen ?  Wieso genügt es nur gleichverteilte ZZ zu erzeugen ?  Welche Tests auf Zufälligkeit gibt es ?  Wie kann man PZZ mit einer gegebenen Verteilungsfunktion erzeugen ?  Welche Breite decken PZZ der multiplikativen Kongruenz auf einem 32-BitRechner ab ?  Wie unterscheiden sich PZZ von natürlichen ZZ ?  Wann kann man trotzdem PZZ für ZZ nehmen ?  Welche Tests auf Eigenschaften der PZZ gibt es ? (Unterschiede zwischen den Methoden)  Erläuterung des Lücken- Längetests  Unterschiede / Vor- und Nachteile der Verfahren zum Test der Eigenschaften von ZZ  Wie kann man Testen , ob ZZ eine bestimmte Verteilung aufweisen ?  Wie kann die Gleichverteiltheit einer Menge von ZZ untersucht werden ?  Wie ist die Güte des KS-Tests für kleine Stichprobengrößen zu bewerten ?  Welche Tests gibt es speziell für Gleichverteilungen ?  Wie kann aus PZZ eine beliebige andere Verteilung generiert werden ?  Erklärung inversen Methode / der Ablehnungsmethode  Wie kann man andere Verteilungen aus einer Gleichverteilung erzeugen  Wie erzeugt man aus gleichverteilten ZZ nichtgleichverteilte ZZ ? (Vorgehen bei der inversen Transformation)  Was tut man , wenn die Erzeugung der nichtgleichverteilten ZZ aus den gleichvertielten ZZ nicht durch Invertierung möglich ist ?  Was macht man , wenn Verteilungsfunktion nicht analytisch herzuleiten ist ?  Wie wird aus einer Gleichverteilung eine Exponentialverteilung generiert ?  Warum ist die Reproduzierbarkeit von PZZ wichtig ?  Welche Arten der Hardwaresimulation sind bekannt ?  Unterschiedliche Variablen auf Gatter - und RT-Struktur-Ebene ?  Unterschied zwischen Variablen bei Logik - und RT-Ebene  Welche Beschreibungsebenen/Hauptebenen/Abtraktionsebenen gibt es bei Hardwaresimulation (8) und welche entsprechenden Simulationsarten gibt es ?  Wenn man für jede Ebene einen Simulator hat , bilden diese Simulatoren ein System ?  Unter welchen Umständen bilden die getrennten Simulatoren der einzelnen Ebenen ein Simulationssystem ?  Welche Möglichkeiten gibt es bei der Gattersimulation ?  Welche Steuerungsarten gibt es ? 

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Was ist ereignisgesteuerte Hardwaresimulation ? Was ist ein Ereignis ? Welche Verfahren der PZZ-Erzeugung gibt es bei der Hardwaresimulation ? Was ist eine Monte-Carlo-Simulation ? / Seit wann gibt es Monte-CarloSimulation ? Welche Logikarten bei der Logiksimulation gibt es ?  Welcher Art sind die Simulationsvariablen ?  Welche Verbesserungen / Erweiterungen hat man auf der Logikebene ?  Welche Bedeutung hat bei 3-wertiger Logik der 3. Wert ?  „“ „“ „ „ 4 „“ „“ „ 4 „“ ?  Welche Bedeutung haben die 9 Werte der 9-wertigen Logik ?  Bedeutung der 7-wertigen Logik in der Sprache DACAPO  Was zeichnet die 3(4)-wertige Logik gegenüber der 2(3)-wertigen Logik aus Bedeutung von Validierung / Verifikation / Bescheinigung  Warum ist eine Bescheinigung sinnvoll ? Wie geht man bei der Validierung vor ? Definition der Validierungsarten

Beantwortung des Fragenkatalogs : Was ist Simulation ? Unter Simulation wird das Nachbilden ausgewählter relevanter Aspekte des Verhaltens eines Systems in Echtzeit bzw. skalierter Zeit durch Experimente mit dem Modell des Systems verstanden Definition des Systems Anordnung von aufeinander einwirkenden Prozessen , die ein gemeinsames Ziel verfolgen Definition des Prozesses Umformung oder Transport von Materie , Energie oder Information Definition Modell  Vereinfachte Repräsentation eines Systems , dessen Ziel es ist den Menschen beim Verstehen , Vorhersagen und ggf. Steuern eines Systems zu unterstützen  Eine bestimmte Hypothese über das Verhalten des Systems Arten der diskreten Simulation 5

Ereignisorientierte Simulationmodell Die Zeit bei einem solchen Modell wird gemäß der in der Ereignisliste gespeicherten Zeitpunkte fortgeschaltet. Jedem Ereignis ist ein Typ und ein Zeitpunkt zugeordnet. Jeder Eregnistyp ist mit einer zugehörigen Ereignisroutine verbunden. D.h.  Ereignistypen 1 bis k  Eregniszeitpunkte t1 bis tk  Zugehörige (assoziierte) Ereignisroutinen Prozess-interaktionsorientiertes Simulationmodell Prozess  Entität mit zugehörigen Aktionen die die Entität (Systemkompente) durchläuft  Das gesamtverhalten des Systems wird im Grunde durch eine Menge von Prozessen dargestellt , welche jeweils aus einer Menge von Aktivitäten bestehen  Zu einem Zeitpunkt kann höchstens eine Aktivität initiiert werden  Prozesse können zeitlich überlappen  Prozessinteraktion basiert auf einem Fluß von Entitäten durch das Modell (Transaktionen oder Objekte) entlang von „operationpaths“ , welche durch interaktive Prozesse generiert werden  Ereignisse werden implizit behandelt (im Prozess)  Prozesse werden nach Aktivierungszeitpunkten geordnet in einer Liste bereitgestellt  Die Menge aller Ereignissequenzen zusammen beschreibt alle Ereignisse die im System auftreten  Generierung eines nächsten Ereignisses kann indirekt durch Aktivierung eines Prozesses erreicht werden (Planung und Ausführung der Routinen , welche die Aktionen des Prozesses beschreiben)  Systemkomponenten (Entitäten) wandern durch verschiedene Blöcke (Prozesse) , welche auf diesen arbeiten  Der Zustand jeder Entität einschließlich der Bedingungen unter denen die Systemkomponente in den nächsten Block eintritt werden bereitgestellt bzw. abgelegt  Prozesse können unterbrochen werden (im Gegensatz zur ereignisorientierten Simulation)  Prozessroutinen haben unterschiedliche Reaktivierungsadressen  Konflikte zwischen überlappenden Prozessen werden durch Warten und Pausen gelöst Aktivitäts-scannen als diskrete Simulationsmethode Man hat keine Ereignisliste und die Simulation schreitet von Ereeignis zu Ereignis durch Scannen von Aktivitäten fort . Def. Aktivität  Zustand einer entität oder Systemkomponente über ein Zeitintervall  Aktivität ist gebunden an zwei aufeinanderfolgende Ereignisse Zu jeder Aktivität wird ein Zustand assoziiert , welcher wahr oder falsch ist (abhängig von dem Simulationszeitpunkt und dem Gesamtsystemzustand) Bsp.: Start der Bedienfunktion eines bedieners für einen Kunden , welcher auftaucht , wenn entweder ein Ankunftereignis auftritt falls der Bediener nichts zu tun hat und die Warteschlange leer ist oder bei Beendigung eines Eregnisses , wenn die Warteschlange nicht leer ist. Zu jedem Zeitpunkt (Zeitschritt) wird der Zustand aller Aktivitäten im Modell geprüft oder gescannt. (Z.b. Prüfung jeder Transaktion oder jedes Kundens). Solche Aktivitäten die den 6

notwendigen boolschen Bedingungen genügen werden sofort geplant oder festgesetzt und die passenden Aktionssegente werden ausgeführt. Somit folgt , daß die Ereignisse implizit geplant und festgesetzt werden. Die Zahl der Ereignisse in einem Modell ist eine Funktion in Abhängigkeit der Anzahl der Aktivitäten.  N Events  Nacvities  ;  Nactivities  Nevents  Dieses Verfahren weist eine höhere Attraktivität auf als z.b. das “event-scheduling” oder Ereignisplanen auf, welches das Vorhandensein einer Ereignisliste vorraussetzt. Welche Arten der Simulation gibt es und wie unterscheiden sie sich ? 1. Ereignisorientierte Simulation : Dieser Ansatz basiert darauf , daß Ereignisse als Ereignisroutinen beschrieben werden, d.h. , daß Zustandsänderungen nachvollzogen werden , welche in den Ereigniszeitpunkten stattfinden und Tätigkeiten , welche in dazwischenliegenden Zeitintervallen ablaufen nicht berücksichtigt werden. Zeitlich ausgedehnte Vorgänge entsprechen bei dieser Sicht einer Folge von Ereignissen , welche einzeln auf die Zeitachse verteilt sind. Dabei spielt die ablaufende Rechenzeit einer Ereignisroutine keine Rolle , da Ereignisse konzeptuell verzugslos ablaufen. Die Zeituhr wird jeweils nur von Ereignisstartzeitpunkt zu Ereignisstartzeitpunkt fortgeschaltet. Die Zeit zwischen Ereignisstartzeitpunkten ist variabel einstellbar, so daß eine wirklichkeitsgetreue Abbildung von Zustandsänderungen möglich ist. 2. Prozeßorientierte Simulation : Die auf ein Objekt bezogenen Aktivitäten werden zusammen mit den Objektattributen in ihrer Gesatmheit zu einem Prozeß zusammengefasst. Während der aktiven Phase eines Prozesses werden Zustansänderungen durchgeführt (konzeptuell zeitverzugslos). Ein Prozeß kann nun im Gegensatz zu einer Ereignisroutine nach Druchführung einer Zustandsänderung in den passiven Zustand übergehen ( Ereignisroutinen terminieren immer ). die Ausführung des Prozesses kann dadurch bedingt zu einem späteren Zeitpunkt fortgesetzt werden (Reaktivierung mit Abarbeitung des nächsten Prozßroutinenteilstücks). Aktive Prozessphasen während denen keine Zeit verbraucht wird werden zur Darstellung von Ereignssen benutzt. Zeitkonsumierende Aktivitäten einer Systemkomponente sind dagegen durch inaktive Prozessphasen abgebildet. 3. Transaktionsorientierte Simulation : Das Gesamtsystem wird mittels eines sogenannten Blockdiagramms zwecks Beschreibung des Systemverhaltens dargestellt. Im Diagramm kommen Blöcke (beinhalten fest vorgegbene Funktionen) und Transaktionen (werden auf ihrem Weg durch die einzelnen Blöcke verändert) vor. Die Blöcke sind die statischen Systemkomponenten und können z.b. Betriebsmittel , Maschinen und Maschinenkomplexe modellieren. Die Transaktionen sind die dynamischen Systemkomponenten. Jede Transaktion wird durch eine Anzahl von Parametern charakterisiert , welche auf ihrem Weg durch das modellierte System in den Blöcken verändert werden. Eine Zustandsänderung wird somit durch eine Transaktion in einem Block durchgeführt.(Objektorientierte Programmierung). Beispiele : Bearbeitungsstationen werden belegt und freigegeben ; Warteschlangen vergrößern sich ; Speicherinhalte verändern sich. Die Gesamtheit der Transaktionen ist in einer Ereignisliste nach dem Zeitpunkt des Eintritts in den nächsten Block geordnet eingetragen.

Wer sorgt bei der ereignisorientierten Simulation für die Abarbeitung der Ereignisse ? 7

Bei einem ereignisorientierten Simulationsmodell sorgt das Steuerprogramm in erster Instanz und die Zeitführungsroutine in zweiter Instanz für die Abarbeitung der Ereignisse, welche in der Ereignisliste gespeichert sind. D.h. das Steuerprogramm ruft wiederholt die Zeitführungsroutine zwecks Bestimmung des nächsten Ereignistyps auf und aktiviert die zugehörige Ereignisroutine. Die Zeitführungsroutine selektiert ihrerseits das nächste Ereignis aus der Ereignisliste und stellt die Simulationsuhr auf den nächsten Ereigniszeitpunkt ein. Wo werden die Ereignisse bei der ereignisorientierten Simulation gespeichert ? Die Speicherung der geplanten Ereignisse erfolgt initialmäßig und während der Simulation in der Ereignisliste. Zu jedem in der Ereignisliste vorkommenden Ereignis werden Typ und Ereigniszeitpunkt gespeichert. Ist die Ereignisliste eine statische oder eine dynamische Liste ? Da Ereignisse sowohl zu Beginn der Abarbeitung der Simulation als auch während der Simulation in die Ereignisliste eingetragen werden können und sollen ist die Ereignisliste eine dynamisch im Umfang und im Inhalt veränderliche Liste. D.h. ein Ereignis ist in der Lage während der Durchführung der zugehörigen Ereignisroutine ein neues Ereignis zu generieren , welches irgendwann ausgeführt wird. Ereignis- und prozeßorientierte Simulation anhand der Modellierung eines Systems Bei der ereignisorientierten Simulation wird im Rahmen der Initialisierung eine Liste von Initialereignissen generiert , welche die Ereignisse beim Eintritt in die Startphase des Systems modellieren. Außerdem wird ein Ende-Ereignis generiert. In einer Zeitführung werden Ereignistypen erstellt , die dem Selektieren entsprechender Eregnisse aus der Ereignisliste dienen. Die Auswahl eines bestimmten Ereignisses bedingt die Ausführung der jeweils zugehörigen Ereignisroutine. Innerhalb einer Ereignisroutine wird der Systemzustand und statistische Zähler aktualisiert und es werden neue Ereignisse generiert und in der dynamischen Ereignisliste abgelegt. Nach Ausfürung der Ereignissroutine wird je nach Ereignistyp (Ende - oder nicht Ende-Ereigniss) die Simulation beendet oder es wird mittels der Zeitführung ein nächstes Ereignis angestossen. Die Prozeßorientierte Simulation hingegen ermöglicht nebenläufige Vorgänge mit komplexen Interkationen aufgrund...