DV-Konzept (Systementwurf und Modulentwurf)

1. DV-Konzept (Systementwurf und Modulentwurf) Ziel dieses Teils der Unterrichtsveranstaltung: -) Prinzipien der Modularisierung -) Moduldiagramme exemplarisch an einfachen Beispielen anwenden Lernziel: Sie sollen für einfache Fälle die Modularisierung anwenden können und Fehler selbständig erkennen

2. Modulkonzept 1. Aspekte/Qualitätsanforderungen an die Modulbildung: • Performance • Änderbarkeit • Homogenität (in sich zusammenhängende, zweckorientierte, verständliche Bausteine) 2. Modularisierungskriterien (Entwurfsprinzipien) • Abstraktionsprinzip • Geheimnisprinzip • Prinzip der hohen Kohäsion • Prinzip der losen Kopplung

3. Funktionale Abstraktion 1 Konstruktion von Bausteinen, deren Funktionen – also das „was“ – von den Benutzern (hier der Programmierer i.w.S.) der Bausteine ausschließlich aufgrund der Kenntnis dieser Funktionen benutzt werden können. Die algorithmische Realisierung – also das „wie“ – ist dagegen für den Benutzer (hier der Programmierer i.w.S.) uninteressant

4. Funktionale Abstraktion 1 Beispiel Ohrmarkenprüfung: FUNCTION ohrmarke_ok (IN: x; OUT: y) wobei x übergebenes Argument y zurückgeliefertes Ergebnis y Modultyp 1 (mit genau einer funktionalen Abhäng.) y x ohrmarke_ok

5. Funktionale Abstraktion 2 Modultyp 2 (mit mehreren logisch zusammenge-hörenden funktionalen Abhängigkeiten) v x x m muttertier ohrmarke_ok

6. Datenabstraktion • Konstruktion eines Bausteins, der aus einem abstrakten Datenobjekt und aus den Operationen besteht, die auf dem Datenobjekt zulässig sind.

7. Geheimnisprinzip • Systemzerlegung hat so zu erfolgen, daß jeder der entstehenden Modul eine bestimmte Entwurfsentscheidung vor dem Rest des Systems verbirgt (Information Hiding) • Beispiele: • eine Datenstruktur, ihre internen Verbindungen, Zugriffsprozeduren und manipulierenden Prozeduren sollten Bestandteil eines einzigen Moduls sein • Zeichencodes, alphabetische Ordnungen usw. sollten in einem Modul verborgen werden • Die Reihenfolge, in der bestimmte Objekte verarbeitet werden, sollte man (soweit möglich) in einem einzigen Modul verbergen.

8. Prinzip der hohen Kohäsion (Ausmaß, in dem alle Teile eines Moduls zusammengehören)

9. Prinzip der losen Kopplung • Erwünscht ist eine möglichst lose Kopplung der Module eines Softwaresystems, weil das die Änderbarkeit des Systems begünstigt. • Arten der Kopplung: • Datenkopplung • Steuerungskopplung • externe/inhaltliche/pathologische Kopplung

10. Modul „Herkunft_ermitteln“ Ohrmarkennummer_Elterntier Ohrmarkennummer Gesuchtes_Elterntier Modul „Elterntiere_suchen“ Datenkopplung • Ist die loseste Kopplung und daher am meisten erwünscht. • Beispiel: Suche nach den Elterntieren eines Rindes: Datenkopplung durch Übergabe von Daten als Parameter FUNCTION Elterntiere_suchen (IN: Ohrmarkennummer, Gesuchtes_Elterntier; OUT: Ohrmarkennummer_Elterntier)

11. Steuerungskopplung • Ein Modul gibt Steuerungsinformationen an einen anderen Modul. Steuerinformationen sind • Schalter (switches) • Steuervariable (control variables) • Statusvariable (flags) • Diese lösen im empfangenden Modul z.B. Fehlerbehandlungen, Verzweigungen usw. aus. • Steuerungsinformationen z.T. unvermeidbar - z.B. bei „eof“.

12. Pathologische Kopplung • Ein Modul nimmt hierbei auf das Innere eines anderen Moduls Bezug (indem auf interne Daten des anderen Moduls zugegriffen wird oder in den Ablauf der Operationen des anderen Moduls eingegriffen wird) • Beispiel: Eingabe Ausgabe patholog. Verbindung Druckausgabe Lesen Satzzähler szaehler IF szaehler >= 100 THEN ...

13. Legende: Benutztbeziehung Kontrollfluß (Steuerfluß) Objekttransport Allgemeines Moduldiagramm mit Kontrollfluß und Objekttransport Hauptmodul (abstrakte Funktion auf abstraktem Datenobjekt) sa e,se e a a Eingabemodul (eingelesenes Objekt aufbereiten) Verarbeitungs-modul (Eingabe-objekt in abstraktes Ausgabeobjekt transormieren) Ausgabemodul (auszugebendes Objekt aufbereiten) e‘ a‘ Schreibfunk-tion der Basismaschine Lesefunktion der Basismaschine

14. Schichten („Zwiebelschema“) von Modulen • Schicht: Steuermodule • Schicht: problemorientierte Module (verknüpfen Datenobjekte verschiedener Datentypen mittels problemorientierter Funktionen) • Schicht: Verwaltungsmodule (beinhalten Funktionen zur Manipulation von mehreren Datenobjekten eines Datentyps) • Schicht: Zugriffsmodule (Zugriffe auf einzelne Datenobjekte eines Datentyps)

15. Vorgehensweise für den Modulentwurf • Definition des Hauptmoduls • Zerlegung des Hauptmoduls in eine Menge von direkt untergeordneten Modulen insbesondere mittels STS-Zerlegung (source-transform-sink decomposition) • Definition der Schnittstellen zwischen dem Hauptmodul und den untergeordneten Modulen • Anwendung der Schritte 1-3 auf jeden noch nicht zerlegten Modul, bis eine weitere Zerlegung ausscheidet, z.B. weil:– Unterteilung in funktional kohäsive Modul nicht möglich– Logik des Moduls ist klar umrissen und beschreibt eine spezielle Funktion– Weitere Zerlegung würde zu einer Menge von kleinen, extrem spezialisierten Funktionen führen • Überprüfung und Revision des Entwurfs

16. Beispiel für den Entwurf eines Information-Retrieval-Systems für die Ausgabe von Infos über Tierarzneimittel (Teil 1) • Führe alle Suchanfragen durchDefinition des HauptmodulsDas Modul, das die Leistung des gesamten Systems repräsentiert Führe alle Suchanfragen durch

17. Beispiel für den Entwurf eines Information-Retrieval-Systems für die Ausgabe von Infos über Tierarzneimittel (Teil 2) 2. Zerlegung des Hauptmoduls (mittels STS)2.1 Darstellung der ProblemstrukturStrukturierungskriterium: Der Datenstrom, der das gesamte Problem durchsetzt a b c Eingabe einer Suchanfrage Umformung in Datenbank-suchanfrage Suche der Schlüsselwörter in Datenbank d e Bereitstellen der Abstracts Ausgabe der Abstracts

18. Beispiel für den Entwurf eines Information-Retrieval-Systems für die Ausgabe von Infos über Tierarzneimittel (Teil 3) 2.2 Identifikation der HauptdatenströmeDie logischen Datenströme sind zu ermitteln, die durch die Kette der Teilprobleme „hindurchfließt“.Bei mehreren Datenströmen ist der „wesentliche Strom“ gesucht. Im o.g. Beispiel sind dies: „Terminalanfrage“ als Hauptein- und „Anzeige der Suchergebnisse“ als Hauptausgabestrom. 2.3 Ermitteln der Punkte der höchsten AbstraktionEs sind zwei Punkte in der Kette zu finden, die das Problem in drei Teilprobleme zerlegen. Diese sollen voneinander möglichst unabhängige, spezielle Funktionen darstellen. Bei der Bestimmung dieser Punkte folgt man den Hauptdatenströmen so lange, bis diese im Sinne der ursprünglichen Bedeutung nicht mehr zu existieren scheinen. Im o.g. Beispiel die Punkte c und d.

19. Führe alle Suchan-fragen durch 1 3 2 Lese nächste Suchanfrage Suche Schlüssel-wörter in der Datenbank Gib Abstracts aus Source-Modul Transform-Modul Sink-Modul 2.4 Definition direkt untergeordneter Module 3 Definition der Schnittstellen