Realzeit-Modellierung - DHBW Stuttgartrie/Vorlesungsskripte/RMVorlesung.pdf · sich hierbei nicht um Datenflüsse, sondern um Kontrollflüsse handelt); das Symbol, das im DFD die

DHBW Stuttgart, Informatik, SW-Engineering, Kapitel 2.3 Aug 2013

Seite 1

Realzeit-Modellierung

Inhalt

• Übersicht

• Datenflussdiagramm (erweitert)

– Kontrollfluss

– Kontroll-Spezifikation

• Entscheidungstabelle

• Zustandsdiagramm

• Alternative Ablaufbeschreibungen (standardisierte Diagramme):

– Flussdiagramm (Programmablaufplan, flowchart) nach DIN 66001)

– Aktivitätsdiagramm (activity diagram) nach der UML (s. OOAVorlesungsskript)

Christoph Riewerts


Seite 2

Realzeit-ModellierungÜbersicht

Kontext

Diagramm

DFD 0

DFD 1 DFD 2

0

1

2

3

1.1

1.2

2.1

2.2 2.3

Kontrollfluss Kontroll-Spezifikation

(CSpec)

Erweiterte Legende:

- Datenflüssen und Bestandteilen davon

- Kontrollflüssen und Bestandteilen davon

- Dateien / Datenbanken und Bestandteilen davon

Data

DictionaryDefinition von:

Zustandsdiagramm (CSpec)

Entscheidungstabelle (CSpec)


Seite 3

Datenflussdiagrammewerden erweitert um:

• Kontrollflüsse und

• Kontroll-Spezifikationen:

• Entscheidungstabelle

• Zustandsdiagramm

Die Realzeit-Modellierung ist eine Erweiterung der Strukturierten Analyse und basiert auf den Arbeiten von Hatley/Pirbhai zum Requirements Model.

Beispiel DFD 0 (Ausschnitt)

Beispiel Kontext-Diagramm

Realzeit-ModellierungDatenflussdiagramm


Seite 4

Realzeit-ModellierungKontextdiagramm

Übung:

Entwerfen Sie für den folgenden Geschäftsvorfall ein Kontext-Diagramm, das den

beschriebenen Informationsfluss widerspiegelt.

Es soll ein Tempomat entwickelt werden, der im Auto während langer Fahrten eine vorgegebene Geschwindigkeit erreichen und einhalten soll.

Durch ein Signal vom Fahrer wird der Tempomat aktiviert (nur bei laufendem Motor und Stellung des automatischen Getriebes auf „D“), der die derzeitige Geschwindigkeit ermittelt, als Sollgeschwindigkeit übernimmt und durch Ansteuerung der Drosselklappe beibehält.

Ermittlung der Geschwindigkeit mit:

Geschwindigkeit [km/h] = Impulsrate[1/h] der Antriebswelle / Impulse [1/km]

Die Geschwindigkeitsregelung wird automatisch abgeschaltet, sobald der Fahrer die Bremse betätigt.

Der Fahrer kann nach Aktivierung des Tempomats die Sollgeschwindigkeit durch zwei Kommandos „schneller“ und „langsamer“ schrittweise verändern.


Seite 5


Der Kontrollfluss ist eine Leitung, auf der diskrete Informationen zur Steuerung/Kontrolle des Systems transportiert werden.

• Darstellung im Diagramm: gestrichelte Linien mit optionalen Pfeilspitzen

• Namensvergabe: Substantiv im Singular, möglichst mit Verb im Partizip

• Beispiele: System aktiviert, Funktion beendet, Taste gedrückt, Flugzeug steigend

Kontrollflüsse werden im Gegensatz zu den Datenflüssen nicht in den Prozessen, sondern in den Kontroll-Spezifikationen (z.B. ET = Entscheidungstabelle) verarbeitet.


Seite 6


Die Kontroll-Spezifikation (CSpec) dient zur Verarbeitung von diskreten Kontrollflüssen/-informationen.

• Darstellung im Diagramm: senkrechter Strich (engl. bar, Barren)

• Namensvergabe: keiner, nur Typkennzeichen

• Typen von Kontroll-Spezifikationen:

• PAT = Prozess-Aktivierungstabelle

• ET = Entscheidungstabelle

• STD = Zustandsdiagramm

• Falls Kontrollflüsse als Ein- oder auch Ausgangsgrößen von Prozessen eingezeichnetwerden, dann nur deshalb, weil sie in den zuständigen DFD's benötigt werden.

• Kontroll-Spezifikationen können komplex aufgebaut sein und aus mehrerenTeil-Spezifikationen bestehen (mehrere ET und STD und PAT)

• zu jedem DFD gibt es genau eine oder keine CSpec ==> dieselbe Ident-Nummer

Tempomat aktiviert

Bedien-eingabe

Motor läuft

Gang D eingelegt


Seite 7

Realzeit-ModellierungProzess-Aktivierungstabelle

Die Prozess-Aktivierungstabelle (PAT) zeigt, welche Kontrollflüsse welche Prozesse starten/beenden.

• In einem CSPEC können nur die Prozesse aktiviert (oder auch terminiert) werden, die im zugehörigen DFD enthalten sind; d.h., der Analytiker muss die Kontrollflüsse so lange durch das Modell „schleusen“, bis sie auf dem DFD als Eingangsgröße eines Barrens erscheinen, wo auch die Prozesse eingezeichnet sind, die es zu aktivieren gilt.

• Beachte: eine PAT hat als Barren in einem DFD keine Ausgänge!

• Beispiel: Wenn K2=1, wird P2 gestartet, wenn K1=1, wird P1 und P3 gestartet

1

3

2G

E

D

K

M K1

K2

PAT

Eingabe

Ausgabe

Regel 1 Regel 2

Kontrollfluss K1 "0" "1"

Kontrollfluss K2 "1" "0"

Starte Prozess 1 X

Starte Prozess 2 X

Starte Prozess 3 X

PAT


Seite 8

Realzeit-ModellierungKontroll-Spezifikation

Übung:

Modellieren Sie schematisch ein System, in dem zur Aktivierung der Prozesse 1 und 2.1 der externe Kontrollfluss C1 und zur Aktivierung des Prozesses 2.2 der externe Kontrollfluss C2 herangezogen werden muss; externe Kontrollflüsse kommen aus dem Kontext.


Seite 9

Entscheidungstabelle (ET) als logischer Automat:

Alle Ausgangsgrößen lassen sich durch die derzeitigen Eingangsgrößen herleiten.

Realzeit-Modellierung Entscheidungstabelle

Bedingungen

Aufteilung der ET in 4 Quadranten und schrittweises Vorgehen:

Regeln

Aktionen Maßnahmen

Definition (DIN 66241):

Tabellarisches Beschreibungsmittel für formalisierbare Entscheidungsprozesse

2. Schritt

1. Schritt

3. Schritt

4. Schritt

Bedingungen formulieren

Aktionen formulieren

Alle formal möglichen

Bedingungskombinationen

(Regeln) aufstellen (Eintragen

von "J" und "N")

Zu jeder Regel Maßnahmen

definieren (Eintragen von "X")

Redundanzen verringern

durch Verwendung der

don't-care-Anweisung ("-")

und der ELSE-Regel

5. Schritt

6. Schritt

Auf Eindeutigkeit und

Vollständigkeit prüfen


Seite 10

Beispiel Zahlenschloss: Bei der Einstellung von drei

Ziffern zwischen 0 und 9 ist das Zahlenschloss nur

geöffnet, wenn die Ziffernfolge 2-5-3 beträgt,

sonst bleibt das Schloss geschlossen.

Realzeit-ModellierungEntscheidungstabelle

1. Schritt

3. Schritt

4. Schritt

Aktionen

formulieren

Alle formal möglichen Bedingungs-

kombinationen (Regeln) aufstellen

(Eintragen von "J" und "N")

Zu jeder Regel

Maßnahmen definieren

(Eintragen von "X")

2 5 3

2. Schritt

Bedingungen formulieren

Wahrheitstabelle R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8

1. Ziffer gleich 2 J J J J N N N N

2. Ziffer gleich 5 J J N N J J N N

3. Ziffer gleich 3 J N J N J N J N

Schloss öffnen X

Schloss schließen X X X X X X X


Seite 11

Beispiel Zahlenschloss (ff)


Wahrheitstabelle R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8

1. Ziffer gleich 2 J J J J N N N N

2. Ziffer gleich 5 J J N N J J N N

3. Ziffer gleich 3 J N J N J N J N

Schloss öffnen X

Schloss schließen X X X X X X X

Redundanzen verringern

bei DEN Regeln, die dieselben

Aktionen hervorrufen ……

5. Schritt

Entscheidungstab. R1 R2 R3 R4

1. Ziffer gleich 2 J - - N

2. Ziffer gleich 5 J - N -

3. Ziffer gleich 3 J N - -

Schloss öffnen X

Schloss schließen X X X

… durch Verwendung von don't-care ("-")

Entscheidungstab. R1 ELSE

1. Ziffer gleich 2 J



Schloss öffnen X

Schloss schließen X

… durch Verwendung der ELSE-Regel

Felder

bleiben

leer


Seite 12


6. Schritt

Auf Eindeutigkeit und

Vollständigkeit prüfen

Eine ET ist immer vollständig,

wenn sie über die Wahrheitstabelle

entwickelt wird.

Widerspruchsfreiheit und Vollständigkeit

lassen sich formal prüfen, z.B. durch

ein CASE-Tool (INNOVATOR).

Woran erkennt man auf einen Blick,

dass die nebenstehende ET

formal vollständig ist?

ET R1 R2 R3 R4 Else

Ansteckende Krankheit j n n n

Besuch außerhalb Besuchszeit

- j j n

Patient hat Fieber - j n j

Besuchszeit max. 30 min x

Besuch ablehnen x x

Besuch mit Begleitung einer Schwester

x

Besuch in der öffentlichen Besuchszeit

x


Seite 13


Übung:

Spezifizieren Sie folgenden Geschäftsvorfall in Form einer Entscheidungstabelle

Ein am Bankschalter vorgelegter Scheck soll eingelöst werden, wenn die vereinbarte Kreditgrenze des Ausstellers des Schecks überschritten wird, das bisherige Zahlungsverhalten des Kunden aber einwandfrei war und der Überschreitungsbetrag kleiner als 500 Euro ist.

Wenn die Kreditgrenze überschritten wird, das bisherige Zahlungsverhalten einwandfrei war, aber der Überschreitungsbetrag über 500 Euro liegt, dann soll der Scheck eingelöst und dem Kunden neue Konditionen vorgelegt werden.

War das Zahlungsverhalten nicht einwandfrei und ist die Kreditgrenze überschritten, wird der Scheck nicht eingelöst.

Der Scheck wird eingelöst, wenn der Kreditbetrag nicht überschritten ist.


Seite 14

Realzeit-ModellierungProzessaktivierungstabelle

Übung:1. Entwerfen Sie für die spezifizierten Informationsflüsse(!) ein Datenflussdiagramm mit 4 Prozessen.

2. Entwerfen Sie für die Steuerung der Prozesse eine Entscheidungstabelle (als

Prozessaktivierungstabelle=PAT), die die vier angegebenen Bedingungen zu verarbeiten hat.

3. Integrieren Sie die Entscheidungstabelle (PAT) in das Prozessmodell, indem Sie festlegen, in welchem

der Prozesse die vier Bedingungen erzeugt werden; Tragen Sie die Bedingungen als Ausgangsgrößen

dieser Prozesse in das DFD ein, wobei die Pfeile gestrichelt sein sollen (zur Kennzeichnung, dass es

sich hierbei nicht um Datenflüsse, sondern um Kontrollflüsse handelt); das Symbol, das im DFD die

Entscheidungstabelle (oder auch PAT) präsentiert, ist ein senkrechter Strich (Bar).

Ein chemischer Reaktor (Tank) wird mit verschiedenen chemischen Stoffen (Reagenzien) gefüllt. Der Zufluss wird über ein Ventil gesteuert.

Wenn alle Reagenzien im Reaktor enthalten sind, muss die Reaktionstemperatur erzeugt werden. Dazu wird eine Heizstufe eingeschaltet und die Temperatur so lange erhöht, bis die Reaktion beginnt.

Während der Reaktion wird der Säurewert der Lösung überwacht, um festzustellen, wann die Reaktion abgelaufen ist.

Ist die Reaktion abgeschlossen, wird der Tank über ein Ventil entleert und kann wieder für die nächste Reaktion mit Reagenzien voll gefüllt werden.


Seite 15

Zustandsdiagramm (STD = state transition diagram) als endlicher Automat:

Alle Ausgangsgrößen lassen sich durch die derzeitigen und vergangenen Eingangsgrößen

herleiten; der somit erforderliche Speicher definiert die Zustände des Automaten.

Realzeit-ModellierungZustandsdiagramm

Zustandsdiagramm enthält vier Komponenten:

• Zustand, repräsentiert durch ein Rechteck (mit abgerundeten Ecken), das den Namen des Zustands enthält; der Anfangszustand eines STD's ist extra gekennzeichnet.

• Zustandsübergang, repräsentiert durch einen Pfeil, dessen Spitze die Richtung des Übergangs zeigt.

• Ereignis, das den Zustandsübergang auslöst

• Aktion, die beim Zustandsübergang ausgeführt wird

Folgendes ist möglich:

• Ein Zustandsübergang führt wieder zu sich selbst, wenn beim Auftreten des Ereignisses eine Aktion ausgeführt wird, aber kein Zustandswechsel stattfinden soll.

• Ein Zustand wird beim Auftreten des Ereignisses gewechselt, ohne dass eine Aktion ausgeführt wird.

Syntax: Ereignis / Aktion

oder Ereignis

Aktion


Seite 16


Beispiel Tresorschloss: Bei der Einstellung der

drei richtigen Ziffern, die das Öffnen des Tresorschlosses

erlauben, kommt es auf die zeitliche Reihenfolge an.

Frage: Aus Sicht eines

endlichen Automaten

hat das

Zustandsdiagramm

3 Eingangsgrößen und

4 Ausgangsgrößen.

Welche sind das?


Seite 17


Beispiel Tresorschloss (ff): Die Information eines STD’s lässt sich auch mit Hilfe

einer Zustandsübergangsmatrix (SEM = state event matrix) darstellen:

Zustand/Ereignis Ziffer richtig Ziffer falsch Tresor schließen

Schloss verriegelt

Schalter1 setzen/Auf 2.Ziffer wartend

Auf 2.Ziffer wartend

Schalter2 setzen/Auf 3.Ziffer wartend

Schalter rücksetzen/Schloss verriegelt

Auf 3.Ziffer wartend

Schalter3 setzen/Schloss geöffnet

Schalter rücksetzen/Schloss verriegelt

Schloss geöffnet Schalter rücksetzen/Schloss verriegelt

SEM wird häufig

bei einer großen

Anzahl von

Zustandsübergängen

eingesetzt.


Seite 18


Übung:

Spezifizieren Sie die im folgenden beschriebene Stoppuhr mittels eines

Zustandsdiagramms. Halten Sie dabei die Anzahl der Zustände minimal.

Die Stoppuhr kann über zwei Druckknöpfe bedient werden. Wenn die Stoppuhr im Grundzustand steht, d.h. der große und der kleine Zeiger stehen auf Null, dann kann mit dem Knopf 1 die Uhr gestartet werden. Während die Uhr läuft, kann Knopf 1 oder Knopf 2 gedrückt werden:

• Beim Drücken von Knopf 1 wird die bisher abgelaufene Zeit angezeigt und die Uhr zum Stillstand gebracht; in diesem Zustand kann die Uhr entweder durch Drücken von Knopf 1 zum Weiterlaufen gebracht werden (die Anzeige läuft mit) oder durch Drücken von Knopf 2 in den Grundzustand versetzt werden.

• Beim Drücken von Knopf 2 wird ebenfalls die bisher abgelaufene Zeit angezeigt, jedoch läuft die Uhr im Hintergrund weiter. Ein nochmaliges Drücken von Knopf 2 bringt die Anzeige wieder zum Laufen, sie synchronisiert sich jedoch mit der in der Zwischenzeit (im Hintergrund) abgelaufenen Zeit und zeigt diese Gesamtzeit an.


Seite 19


Übung:

Zeichnen Sie ein Zustandsdiagramm einer digitalen Armbanduhr, deren

Funktionsweise unten beschrieben ist.(ggfs. mit den Zustandsdiagramm-Editor

vom INNOVATOR). Verwenden Sie die drei Zustände Zeit anzeigen,

Stunden einstellen und Minuten einstellen.

Eine einfache digitale Armbanduhr hat eine Anzeige und zwei Knöpfe, um die Uhr zu stellen (Knopf A und Knopf B). Die Uhr hat zwei Betriebsarten: Zeit anzeigen und Zeit einstellen.

Im Modus Zeit anzeigen werden die Stunden und Minuten angezeigt. Sie sind durch einen blinkenden Doppelpunkt voneinander getrennt.

Im Modus Zeit einstellen gibt es die Untermodi Stunden einstellen und Minuten einstellen. Mit Knopf A werden die Modi gewählt. Mit jedem Drücken des Knopfes wird der nächste Modus eingeschaltet. Dabei gilt die Reihenfolge: anzeigen, Stunden einstellen, Minuten einstellen, anzeigen, usw. In den Untermodi werden durch Drücken von Knopf B die Stunden oder Minuten jeweils um eine Einheit vorgestellt. Die Knöpfe müssen losgelassen werden, bevor sie ein anderes Ereignis veranlassen können.


Seite 20

Vorteile bei standardisierten Diagrammen:

• Symbole und Verbindungen/Pfeile sind eindeutig definiert.

• Die verwendeten Symbole sind für den Kontext wichtig.

• Den Anwendern ist die Darstellung bekannt.

Realzeit-Modellierung standardisierte Diagramme

Beispiel Flussdiagramm nach DIN 66001 (s. Beispiel):

• Extra-Symbole für Ein- und Ausgabefunktion

• Pfeile kennzeichnen keinen Datenfluss

Beispiel Aktivitätsdiagramm nach der UML:

• Extra-Symbole für Parallelität

• Unterscheidung zwischen Daten- und Kontrollfluss

• Extra-Symbolik für Verantwortungsbereich

Hinweis: Wenn möglich, bei Verwendung der standardisiertenDiagramme keine eigenen Erweiterungen einbauen. Diagramme können immer nur einen Ausschnitt wiedergeben,den jedoch vollständig und widerspruchsfrei.

Documents

Realzeit-Modellierung - DHBW Stuttgartrie/Vorlesungsskripte/RMVorlesung.pdf · sich hierbei nicht um Datenflüsse, sondern um Kontrollflüsse handelt); das Symbol, das im DFD die