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Ringvorlesung02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des
Software-Entwurfs, Graph. Verfahren (INF 2) 16.11., 23.11. Aufgaben und Auswirkungen der Konstruktion in der
Produktentwicklung (KTmfk) 30.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des
Software-Entwurfs, Math. Methoden (INF 2) 07.12., 14.12. Gestaltungsspielräume beim Entwurf von Betriebssystemen (INF 4)
21.12., 11.01. Entwurf und Planung von Rechnernetzen und
Kommunikationssystemen (INF 7) 18.01., 25.01. Entwurfssicherheit und Verläßlichkeitsbewertung (INF 3) 01.02., 08.02. Entwurf verläßlicher Systeme aus der Sicht des IC-Entwurfs (LRS)
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Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen
des Software-Entwurfs
Graphische Verfahren
Mark Minas
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Software-Projektmodell (nach Denert)
System-Spezifikation
System-Konstruktion
Modul-Programmierung
System-Integration
Requirements analysis
System design
Coding
Benutzer-Schnittstelle
Daten-modell
Funktionen-modell
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Software-Projektmodell (nach Denert)
System-Spezifikation
System-Konstruktion
Modul-Programmierung
System-Integration
Requirements analysis
System design
Coding
Modulari-sierung
Datenbasis-entwurf
Prozeß-organisation
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Software-Projektmodell (nach Denert)
System-Spezifikation
System-Konstruktion
Modul-Programmierung
System-Integration
Requirements analysis
System design
Coding
Modul-spezifikation
Modul--konstruktion
Modul-test
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Software-Projektmodell (nach Denert)
System-Spezifikation
System-Konstruktion
Modul-Programmierung
System-Integration
Requirements analysis
System design
Coding
Subsystem-definition
Subsystem-test
System-test
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System-Spezifikation Modellierung mit
Petri-Netzen Statecharts
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Modellierung mit Petri-Netzen Multitechnologiesysteme
verschiedene, kooperierende Teilsysteme Spezifikation auf abstraktem Niveau Simulation, Analyse und Optimierung schon in der frühen
Phase
Petri-Netze (C.A. Petri) abstraktes Beschreibungsmittel einfach, modular, anschaulich (graphischer Entwurf) Nebenläufigkeit, Sequenzen, Synchronisation gut darstellbar
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Petri-Netze: Idee Modellierung auf abstraktem Niveau
Darstellung der Prozeßzusammenhänge als gerichteter, bipartiter Graph
Identifikation von Teilsystemen mit Stellen Übergänge (Transitionen und Kanten) definieren
Schnittstellen zwischen Modulen
1
1
1
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Petri-Netze: Idee Modellierung auf abstraktem Niveau
Darstellung der Prozeßzusammenhänge als gerichteter, bipartiter Graph
Identifikation von Teilsystemen mit Stellen Übergänge (Transitionen und Kanten) definieren
Schnittstellen zwischen Modulen
1
1
1
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Petri-Netze: Idee Modellierung auf abstraktem Niveau
Darstellung der Prozeßzusammenhänge als gerichteter, bipartiter Graph
Identifikation von Teilsystemen mit Stellen Übergänge (Transitionen und Kanten) definieren
Schnittstellen zwischen Modulen
1
1
1
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Petri-Netze: Idee Nebenläufigkeit
Mehrfachkanten ~ parallel ablaufende Prozesse Übergangsbedingungen ~ Synchronisation der Teilsysteme
Analyse des Prozeßzustands Markierung der Knoten ~ Modellierung versch. Zustände
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Petri-Netze: Formale Definition
Petri-Netz PN=(P,T,I,O,m) P: Stellen (Plätze) T: Transitionen (endliche Mengen!) PT PT I: PT N: Eingabefunktion (Kantengewichte) O: PT N: Ausgabefunktion (Kantengewichte) m: P N: Markierungsvektor (#Marken pro
Stelle)
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21
1
1
2
Petri-Netze: Formale Definition Transition tT aktiviert pP: m(p) I(p,t) t aktiviert mit Markierung m Feuernneue Markierung m‘ mit:
pP: m‘(p) = m(p)+O(p,t)-I(p,t)
P2
I(P1,T)
I(P2,T)
O(P3,T)
P1
P3
T
Aktiv
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Petri-Netze: Formale Definition Transition tT aktiviert pP: m(p) I(p,t) t aktiviert mit Markierung m Feuernneue Markierung m‘ mit:
pP: m‘(p) = m(p)+O(p,t)-I(p,t)
P2
I(P1,T)
I(P2,T)
O(P3,T)
P1
P3
T21
1
1
2
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Petri-Netze: Formale Definition Transition tT aktiviert pP: m(p) I(p,t) t aktiviert mit Markierung m Feuernneue Markierung m‘ mit:
pP: m‘(p) = m(p)+O(p,t)-I(p,t)
P2
I(P1,T)
I(P2,T)
O(P3,T)
P1
P3
T21
1
1
2
![Page 17: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/17.jpg)
Petri-Netze: Abbildung realer Objekte
Keine Vorgabe durch formale Definition Plätze: oft Zustand, Position, Materialien, ... Markenfuß Daten-, Kontroll-, Materialfluß hilfreich: Festlegung verschiedener Platz- und
TransitionsklassenRestriktionen und Verifikationsmöglichkeiten (z.B. „Transporttransition“ erlaubt keine Änderung der Markenzahl, „Pufferstelle“ kann bis zu N Marken
enthalten)
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
EK
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
![Page 22: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/22.jpg)
Petri-Netze: Aufzugsteuerung
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
![Page 23: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/23.jpg)
Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
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Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
![Page 30: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/30.jpg)
Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
![Page 31: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/31.jpg)
Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
![Page 32: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/32.jpg)
Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
![Page 33: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/33.jpg)
Petri-Netze: Aufzugsteuerung
Start
„Ab“
„Auf“
Keller (K)
Erdge-schoß (E)
KEEK
EK
![Page 34: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/34.jpg)
Petri-Netze: zu primitiv! Bei komplexen Spezifikationen/Modellierungen:
große GraphenNetze unübersichtlich
Zeitabhängigkeiten schwer modellierbar keine Unterscheidung zwischen
Flußkontrolle, Nutzdaten, Material verschiedenen Material-, Nutzdatentypen
keine inhibitorischen Kanten
![Page 35: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/35.jpg)
Petri-Netze: w-Funktionen wT: T ExprBool
Zusätzliche Schaltbedingung: Transition t kann nur aktiv sein, wenn wT (t) erfüllt ist
wP: P VarBool
vVarBool: (v = true pP: (wP(p) = v m(p) > 0))
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21
1
1
2
Petri-Netze & Zeit: TPN Jeder Transaktion wird eine Zeitfunktion zugewiesen Zeitfunktion deterministisch oder stochastisch (~SPN) Zu Beginn des Feuerns werden Markierungen auf den
Eingangsstellen entfernt Erst nach Ablauf der „Feuerzeit“ werden Markierungen
auf den Ausgangsstellen aufgebracht
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Petri-Netze & Zeit: TPN Jeder Transaktion wird eine Zeitfunktion zugewiesen Zeitfunktion deterministisch oder stochastisch (~SPN) Zu Beginn des Feuerns werden Markierungen auf den
Eingangsstellen entfernt Erst nach Ablauf der „Feuerzeit“ werden Markierungen
auf den Ausgangsstellen aufgebracht
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1
1
2
![Page 38: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/38.jpg)
Petri-Netze & Zeit: TPN Jeder Transaktion wird eine Zeitfunktion zugewiesen Zeitfunktion deterministisch oder stochastisch (~SPN) Zu Beginn des Feuerns werden Markierungen auf den
Eingangsstellen entfernt Erst nach Ablauf der „Feuerzeit“ werden Markierungen
auf den Ausgangsstellen aufgebracht
21
1
1
2
![Page 39: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/39.jpg)
Petri-Netze & Zeit: TPN Jeder Transaktion wird eine Zeitfunktion zugewiesen Zeitfunktion deterministisch oder stochastisch (~SPN) Zu Beginn des Feuerns werden Markierungen auf den
Eingangsstellen entfernt Erst nach Ablauf der „Feuerzeit“ werden Markierungen
auf den Ausgangsstellen aufgebracht
21
1
1
2
![Page 40: Ringvorlesung 02.11. Einführung in das Graduiertenkolleg (INF 3) 09.11. Spezifikationsverfahren in den verschiedenen Phasen des Software-Entwurfs, Graph](https://reader035.vdocuments.mx/reader035/viewer/2022062818/570491c51a28ab14218dacba/html5/thumbnails/40.jpg)
Petri-Netze: gefärbte Netze (CPN) Gefärbte/attributierte Marken Farbkonvertierungsfunktion an den Kanten z.B. Teile in verschiedenen Bearbeitungszuständen
oder verschiedenen Orten modellierbar neu: Farbkonflikt
„normales“Petri-Netz:
? ?
gefärbtesPetri-Netz:
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„Normales“ Petri-Netz:
Gefärbtes Petri-Netz
Petri-Netze: gefärbte Netze (CPN)
Waschen Waschen Waschen Fertig
1
Marke {1,2}
Marke = 3
Fertig
incr
Waschen
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Petri-Netze: sonstiges Inhibitorkanten Informations-Transitions-Netze (ITN)
schwarze Plätze: üblicher Kontrollfluß/Prozeßablauf weiße Plätze: Fluß interner Datenobjekte zusätzliche Gewichte für Informationsverarbeitung und
Schaltbedingungen
...
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Statecharts 1987 von D. Harel als visuelle Spezifikationssprache
für reaktive Systeme eingeführt Semantik erstmals 1996 definiert („Statemate-Semantik“) Erweiterung konventioneller Zustandsdiagramme:
Hierarchisierung Kommunikationsmechanismen
StandByoff/{}
on/{}txt/{}
Normal
Videotext
txt/{}
Mute
SoundOn
mute/{}sound/{}
Image Sound
On
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Statecharts: Zustände Startzustände einfache Zustände
(basic states) Oder-Zustände
(or-states) Und-Zustände
(and-states)
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Statecharts: Zustände History-Zustände
StandBy
standby/{}
1/{}
Kanal 1
Kanal 2
2/{}
On1/{}
2/{}
Off
off/{} on/{}
H
on/{}
off/{}
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Statecharts: Transitionen Transitionen zwischen unterschiedlichen
Hierarchiestufen erlaubt:
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Statecharts: Transitionen Transitionen sind beschriftet mit
Ereignis [Bedingung] / Aktion Ereignis: Signal für 1 Zeitschritt Bedingung: boolesches Prädikat Aktion: Erzeugung anderer Ereignisse
Aber wann??? I-Feedback D-Feedback
M-Feedback
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Zusammenfassung Graphische Verfahren sind nicht unbedingt
anschaulich Formale Fundiertheit ist keine Voraussetzung für
(wirtschaftlichen) Erfolg Petri-Netze:
+ einfache Struktur- unübersichtlich für nichttriviale Beispiele
Statecharts:+ Hierarchie vermeidet Zustandsexplosion- Ereignisse sind Broadcast-Ereignisse