Realzeit-Modellierung

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 Christoph Riewerts

2. Realzeit-ModellierungÜbersicht Kontext Diagramm Erweiterte Legende: 0 Kontrollfluss Kontroll-Spezifikation (CSpec) DFD 0 1 3 2 Zustandsdiagramm (CSpec) DFD 1 DFD 2 1.1 2.1 1.2 2.2 2.3 Entscheidungstabelle (CSpec) - Datenflüssen und Bestandteilen davon - Kontrollflüssen und Bestandteilen davon - Dateien / Datenbanken und Bestandteilen davon Data Dictionary Definition von:

3. Realzeit-ModellierungDatenflussdiagramm Die Realzeit-Modellierung ist eine Erweiterung der Strukturierten Analyse und basiert auf den Arbeiten von Hatley/Pirbhai zum Requirements Model. • Datenflussdiagramme werden erweitert um: • Kontrollflüsse und • Kontroll-Spezifikationen: • Entscheidungstabelle • Zustandsdiagramm Beispiel DFD 0 (Ausschnitt) Beispiel Kontext-Diagramm

4. Realzeit-ModellierungDatenflussdiagramm 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.

5. Realzeit-ModellierungDatenflussdiagramm Die Kontroll-Spezifikation (CSpec) dient zur Verarbeitung von diskreten Kontrollflüssen/-informationen. Bedien-eingabe • 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 eingezeichnet werden, dann nur deshalb, weil sie in den zuständigen DFD's benötigt werden. • Kontroll-Spezifikationen können komplex aufgebaut sein und aus mehreren Teil-Spezifikationen bestehen (mehrere ET und STD und PAT) • zu jedem DFD gibt es genau eine oder keine CSpec ==> dieselbe Ident-Nummer Motor läuft Tempomat aktiviert Gang D eingelegt

6. 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, wirdP2 gestartet, wenn K1=1, wird P1 und P3 gestartet PAT E 2 Eingabe K G 1 K1 M Ausgabe K2 3 D PAT

7. 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.

8. Realzeit-Modellierung Entscheidungstabelle Entscheidungstabelle (ET) als logischer Automat: Alle Ausgangsgrößen lassen sich durch die derzeitigen Eingangsgrößen herleiten. Definition (DIN 66241): Tabellarisches Beschreibungsmittel für formalisierbare Entscheidungsprozesse Aufteilung der ET in 4 Quadranten und schrittweises Vorgehen: 3. Schritt 2. Schritt Bedingungen Regeln Bedingungen formulieren Alle formal möglichen Bedingungskombinationen (Regeln) aufstellen (Eintragen von "J" und "N") Aktionen Maßnahmen 1. Schritt Aktionen formulieren 5. Schritt 4. Schritt Redundanzen verringern durch Verwendung der don't-care-Anweisung ("-") und der ELSE-Regel Zu jeder Regel Maßnahmen definieren (Eintragen von "X") 6. Schritt Auf Eindeutigkeit und Vollständigkeit prüfen

9. Realzeit-ModellierungEntscheidungstabelle 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. 2 5 3 3. Schritt 2. Schritt Alle formal möglichen Bedingungs- kombinationen (Regeln) aufstellen (Eintragen von "J" und "N") Bedingungen formulieren 4. Schritt Zu jeder Regel Maßnahmen definieren (Eintragen von "X") 1. Schritt Aktionen formulieren

10. Realzeit-ModellierungEntscheidungstabelle Beispiel Zahlenschloss (ff) 5. Schritt Redundanzen verringern bei DEN Regeln, die dieselben Aktionen hervorrufen …… … durch Verwendung der ELSE-Regel … durch Verwendung von don't-care ("-") Felder bleiben leer

11. Realzeit-ModellierungEntscheidungstabelle 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?

12. Realzeit-ModellierungZustandsdiagramm 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. • 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 Syntax: Ereignis / Aktion oder Ereignis Aktion • 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.

13. Realzeit-ModellierungZustandsdiagramm 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?

14. Realzeit-ModellierungZustandsdiagramm Beispiel Tresorschloss (ff): Die Information eines STD’s lässt sich auch mit Hilfe einer Zustandsübergangsmatrix (SEM = state event matrix) darstellen: SEM wird häufig bei einer großen Anzahl von Zustandsübergängen eingesetzt.

15. Realzeit-Modellierung standardisierte Diagramme • 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. • 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 standardisierten Diagramme keine eigenen Erweiterungen einbauen. Diagramme können immer nur einen Ausschnitt wiedergeben,den jedoch vollständig und widerspruchsfrei.