Модуль 16: Диаграммы состояний презентация

Курс SE201
Введение в программную инженерию

Проект ВИРТУОЗ, ННГУ, Н.Новгород, 2004 г.

Бабич А.В., Полтава, Украина, ПГПУ, alexander.babich@rambler.ru
__________________________________________________________

Унифицированный язык моделирования

© Бабич А.В. 2004

Понятия автомата, состояния, перехода

Содержание диаграмм состояний и их свойства

Рекомендации по построению диаграмм

некоторый формализм для моделирования поведения элементов модели и системы в целом

описывает поведение в терминах последовательности состояний, через которые проходит объект в течение своей жизни, отвечая на события, а также его реакций на эти события.

Понятие автомата можно рассматривать и с других точек зрения, например:
Конечный автомат - математическая модель устройства с конечной памятью. Конечный автомат перерабатывает множество входных дискретных сигналов в множество выходных сигналов. Различают синхронные и асинхронные конечные автоматы. http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.cgi?RKutl,t:l!giyusgy

Автомат - устройство или совокупность устройств, выполняющих операции без непосредственного участия человека.

Finite state machine (FSM) (a.k.a. finite state automaton) An abstract machine that defines a finite set of conditions of existence (called “states”), a set of behaviors or actions performed in each of those states, and a set of events that cause changes in states according to a finite and well-defined rule set. http://www.quantum-leaps.com/glossary.htm

Качественное описание понятия автомата, приведенное ранее, наиболее подходит для наших целей

Простейший пример автомата - ситуация с исправностью некоторого технического устройства: два самых общих состояния: "исправен" и "неисправен" и два перехода: "выход из строя" и "ремонт.

Обязательные условия:

автомат не запоминает историю перемещения из состояния в состояние
В каждый момент времени автомат может находиться в одном и только в одном из своих состояний
концепция времени не входит в формализм автомата
количество состояний автомата должно быть конечным, и все они должны быть явно специфицированы
автомат не должен содержать изолированных состояний и переходов
автомат не должен содержать конфликтующих переходов

Состояние (State) объекта - ситуация в его жизни, на протяжении которой он удовлетворяет некоторому условию, осуществляет определенную деятельность или ожидает какого-то события.
Событие (Event) - спецификация существенного факта, имеющего место в пространстве и во времени, некий стимул, инициирующий переход из одного состояния в другое.
Когда происходит событие, в зависимости от текущего состояния объекта имеет место та или иная деятельность.
Деятельность (Activity) - занимающее некоторое время неатомарное вычисление внутри автомата.
Результатом деятельности является некоторое действие (Action), составленное из атомарных вычислений, которое приводит к изменению состояния модели или возврату значения.

имя состояния

сост1

сост2

сост1

сост1

строка текста, которая раскрывает содержательный смысл состояния

всегда записывается с заглавной буквы

рекомендуется использовать глаголы в настоящем времени (например, для принтера - Печатает, Ожидает) или соответствующие причастия (для сотрудника - Занят, Свободен)

может отсутствовать

представляют собой частные случаи состояния, которое также не содержит никаких внутренних действий (псевдосостояния)

Начальное состояние - служит для указания места, от которого начинается процесс изменения состояний

Конечное состояние - служит для указания места, в котором завершается жизненный цикл данного объекта

событие условие

Переход может быть направлен в то же состояние, из которого он выходит


Каждый переход может помечен строкой текста, которая имеет следующий формат: 

сигнатура события[сторожевое условие]/выражение действия

Сигнатура события описывает некоторое событие с необходимыми аргументами:
имя события(список параметров)

Сторожевое условие представляет собой некоторое булевское выражение и может отсутствовать. Если оно принимает значение «истина», то переход срабатывает

Выражение действия выполняется в том и только в том случае, когда переход срабатывает. Это атомарная операция, выполняемая сразу после срабатывания соответствующего перехода до начала каких бы то ни было действий в целевом состоянии.

Пример спецификации перехода:

один из пяти видов диаграмм, используемых для моделирования динамических аспектов системы

показывает автомат

используется для моделирования поведения реактивных объектов

Обычно диаграмма состояний включает в себя:
простые и составные состояния
переходы вместе с ассоциированными событиями и действиями

Как вы думаете, что описывает данная диаграмма?

Параллельные подсостояния позволяют специфицировать несколько подавтоматов, которые могут выполняться параллельно внутри состояния
Каждый из подавтоматов занимает некоторую область внутри составного состояния, которая отделяется от остальных горизонтальной пунктирной линией.
Объект может одновременно находиться в каждом из параллельных подсостояний.

На следующем слайде представлен конкретный пример диаграммы с параллельными подсостояниями для задачи прохождения курса студентом:

Для того, чтобы пройти курс, студент должен выполнить некоторое количество лабораторных работ, выполнить курсовой проект и пройти финальный тест.

В качестве примера рассмотрим графический пользовательский интерфейс (GUI) ОС.

GUI инициализируется при включении компьютера и завершает его работу при его выключении.
можно выделить по крайней мере три устойчивых состояния GUI:
Инициализация
Работа
Завершение работы

включение компьютера

выключение

Инициализация

Работа

Завершение работы

do/загрузка

Если не наблюдается никакой активности пользователя, активизируется хранитель экрана (заставка)

В состояние «Отображение заставки» GUI переходит при условии истечения заданного промежутка времени и возвращается в состояние «Работа» при нажатии клавиши или перемещении указателя «мыши»

включение компьютера

выключение

Инициализация

Работа

Завершение работы

do/загрузка

Отображение заставки

[время истекло]

Нажатие клавиши или перемещение указателя «мыши»

Состояние «Работа» является более сложным по сравнению с остальными. В этом состоянии:
GUI постоянно ожидает действий пользователя
нажатия клавиш
перемещения указателя мыши
«щелчки» по кнопкам мыши
при выполнении таких действий, GUI регистрирует событие и
Изменяет содержимое экрана, чтобы отобразить действия пользователя
Таким образом, состояние «Работа» имеет такие последовательные подсостояния:
Ожидание ввода пользователя
Регистрация ввода пользователя
Визуализация ввода пользователя

Ожидание ввода пользователя

Регистрация ввода пользователя

Визуализация ввода пользователя

Ввод

Работа

В состоянии «Работа» GUI не только ожидает действий пользователя и т.д.
Также:
отслеживается системное время и
возможно, обновляется экран по истечении заданного промежутка времени

Эта последовательность из двух подсостояний выполняется параллельно с ранее рассмотренными подсостояниями

Ожидание ввода пользователя

Регистрация ввода пользователя

Визуализация ввода пользователя

Ввод

Работа

Отслеживание системного времени

Обновление изображения

[период завершился]

Данный пример можно детализировать больше и больше…

сосредоточена на описании одного аспекта динамики системы


содержит только существенные для понимания этого аспекта элементы


описывает лишь соответствующие своему уровню абстракции детали

выбрать контекст для автомата (класс, прецедент, систему)
выбрать начальное и конечное состояния объекта
определить устойчивые состояния объекта
разумно/частично упорядочить устойчивые состояния
какие события могут инициировать переходы между состояниями?
присоединить действия к переходам и/или к состояниям
как можно упростить автомат?
проверить достижимость любого из состояний
убедиться в отсутствии тупиковых состояний
трассировать автомат

дайте диаграмме имя, соответствующее ее назначению


начинайте с моделирования устойчивых состояний объекта, затем переходите к допустимым переходам состояний


располагайте элементы так, чтобы число пересечений линий было минимальным

?

Вопросы:
Чем диаграммы состояний принципиально отличаются от диаграмм классов, объектов и прецедентов?
Что такое переход, событие, действие?
Что такое безусловный переход?
Чем отличаются последовательные и подчиненные подсостояния
Что такое псевдосостояние? Приведите примеры.

Упражнения:
Вы проектируете тостер. Постройте диаграмму состояний хлеба в тостере. Используйте триггерные события, действия и переходы.
Постройте диаграмму состояний банкомата.
Для рассмотренного примера с графическим интерфейсом пользователя, постройте диаграмму состояния «Отображение заставки», которая включала бы параллельные подсостояния*.

* Задание более высокого уровня сложности

При разработке представленных материалов с разрешения авторов или правообладателей использовались следующие источники:

Г.Буч. UML: Руководство пользователя http://alice.stup.ac.ru/~dvn/uproc/books/uml_user_guide/index.htm
Леоненков. Самоучитель по UML http://khpi-iip.mipk.kharkiv.edu/library/case/leon/index.html
Дж. Шмулер. Освой самостоятельно UML за 24 часа, 2-е издание: пер. с англ. – М.: Изд. Дом «Вильямс», 2002.
UML Reference quick card © 2002 Laurent Grégoire http://tnerual.eriogerg.free.fr/uml.html
OMG Unified Modeling Language Specification. Copyright © 2000, Object Management Group http://www.omg.org/cgi-bin/apps/doc?formal/03-03-01.pdf

Цель проекта "Виртуоз" - подготовка преподавателей к внедрению в ВУЗах России и других стран СНГ новой специальности – "Информационные технологии". Основная задача проекта - совершенствование методологии преподавания программной инженерии. Реализация этой программы направлена на создание надёжной образовательной основы для дальнейшего развития отечественной ИТ-индустрии.
В рамках проекта (август-декабрь 2004 г.) - обучение современным методикам программной инженерии, передовым информационным технологиям, получение опыта работы по созданию учебных курсов, соответствующих международным образовательным стандартам IEEE/ACM Computing Curricula 2001: Computer Science и Software Engineering, а также прохождение стажировки в корпорации Intel.

Проект "Виртуоз" выполнялся в Нижегородском государственном университете им. Н.И. Лобачевского по инициативе компании Intel при поддержке Microsoft, IBM, Borland, Лаборатория Касперского и др.