Breve Histórico de Linguagens e Metodologias de Modelagem de Software

Linguagens de Modelagem de SW Formais, Informais, Semi-formais Algébricas, Visuais

Algumas linguagens/processos apresentados brevemente Fluxograma Análise Estruturada e suas extensões IDEFs Z VDM B Modelica Alloy Statecharts SDL Álgebra de Processos (ACP, CCS, CSP) Redes de Petri SysML UML

Fluxogramas Usado desde a década de 1940 para especificar software Muito usado nas décadas de 1960 e 1970 Flowchrating techniques (IBM 1969): http://www.fh-jena.de/~kleine/history/software/IBM-FlowchartingTechniques-GC20-8152-1.pdf

Fluxogramas

Fluxogramas Caiu em desuso com as técnicas estruturadas Mas ainda é usado para especificação de processos e software.

Análise Estruturada Diversos autores Larry Constantine and Ed Yourdon (1975). Structured Design. Yourdon Press. Chris Gane and Trish Sarson. Structured Systems Analysis: Tools and Techniques. McDonnell Douglas Systems Integration Company, 1977 Tom DeMarco (1979). Structured Analysis and System Specification. Prentice Hall. Edward Yourdon (1989). Modern Structured Analysis, Yourdon Press Computing Series, 1989

Análise Estruturada Idéias estruturadas de 1960 e 1970’s Structured program theorem (Böhm-Jacopini theorem - 1966) – “Flow Diagrams, Turing Machines and Languages with Only Two Formation Rules" (May 1966). Comm. ACM, 9(5):366-371 Any algorithm can be expressed using only three control structures. They are Executing one subprogram, and then another subprogram (sequence) Executing one of two subprograms according to the value of a boolean expression (selection) Executing a subprogram until a boolean expression is true (iteration)

Análise Estruturada Programação estruturada Go To Statement Considered Harmful (Dijsktra, 1968) "The go to statement as it stands is just too primitive, it is too much an invitation to make a mess of one's program." O.-J. Dahl, E. W. Dijkstra, C. A. R. Hoare Structured Programming, Academic Press, London, 1972 Algol, Pascal, C

Análise Estruturada para Sistemas de Tempo de Real Inclusão de diagrama de fluxo de controle Derek J. Hatley, Imtiaz A. Pirbhai (1988). Strategies for Real Time System Specification. John Wiley and Sons Ltd. Stephen J. Mellor und Paul T. Ward (1986). Structured Development for Real-Time Systems: Implementation Modeling Techniques: 003. Prentice Hall.

Ferramentas da Análise Estruturada Diagrama de Fluxo de Dados Dicionário de Dados Pseudo-código/Linguagem estruturada Árvores de decisão Tabelas de Decisão Diagrama Entidade-Relacionamento

Diagrama de Fluxo de Dados Modelo lógico do software Independente de hardware, software, estrutura de dados... Pode ser particionado em diversos níveis de abstração (Contexto ou nível 0, nível 1, ...) 4 elementos básicos Entidade externa (origem/destino) Processo Depósito de dados Fluxo de dados

Entidade Externa Define a origem ou o destino dos dados Normalmente é uma pessoa ou grupo de pessoas, uma organização, ou parte dela, um hardware ou software Produz e recebe informação

Processo Transforma dados Pode representar um software, vários softwares, um módulo, ... Geralmente provoca mudança de estado, estrutura ou conteúdo A numeração não indica sequência de ações Geralmente são verbos na especificação

Depósito de dados Pode ser um arquivo, uma tabela, ou parte de um banco de dados Independente de unidade de armazenamento Pode receber o nome do fluxo de dados Normalmente está no plural

Fluxo de Dados Insere e retira dados de processos, depósitos de dados e entidades externas Deve ter um nome único Deve ser descrito no dicionário de dados

DFD de Contexto DFD de nível mais alto (DFD de nível 0) Apresenta a visão das principais funções do sistema Contém um processo, entidades externas e fluxos de dados

Níveis de DFD Seguem DFD's de nível 1, 2, ... A quantidade de níveis depende da complexidade do software Quantos níveis são necessários? O suficiente :) Experiência dos desenvolvedores Numerações: 1 -> 1.1 -> 1.1.1 -> ...

Explosão de DFD’s Uma vez identificadas as funções principais, pode-se explodir cada função para níveis mais detalhados A explosão é uma decomposição hierárquica 7+-2 processos por nível

Dicionário de dados Descrição de dados do software Ajuda a melhorar a comunicação usuário/analista Usado na base de dados Significado de fluxos e depósitos de dados Composição de dados agregados (endereço, identificação, ...)

Dicionário de Dados – Esquema de Documentação = é composto de + Concatenação {}n repetição [ | | | ] escolha de alternativas () opcional Ex.: nome = [Sr.| Sra.|Srta.] + família + nome

Linguagem Estruturada Notação algoritmica para especificar o comportamento dos processos Sequência: fazer, calcular, ler, gravar, ... Decisão: se então se então senão Repetição: repetir até enquanto faça

Criação de DFD’s a partir de especificações Verbos geralmente originam processos Substantivos são entidades externas, dados ou depósitos de dados O refinamento deve seguir até o processo realizar uma única função

Diagrama Entidade-Relacionamento Modela os dados identificados, juntamente com seus atributos e relacionamentos Foco da disciplina Banco de Dados

Árvores de Decisão

Tabelas de Decisão TABELA-CASACO R1 R2 R3 R4 C1 C2 Chovendo frio Y N usar capa forrada X A2 usar capa sem forro A3 usar pulover de lã A4 prossiga para a garagem X1 retorne à tabela mestra

Vantagens Análise top-down Múltiplos níveis de detalhe Múltiplas visões (fluxo de dados, pseudo-código, dados, tabelas de decisão)

Problemas “Bolhas não travam” Não mostra Tempo de execução de processos Tempo de transferência de dados nos fluxos Paralelismo de execução de processos Necessariamente sequencia Caiu em desuso com a orientação a objetos e os sistemas on-line Ainda é usada em novos sistemas Existe muita documentação em sistemas legados

IDEF http://www.idef.com/Home.htm Família de linguagens de modelagem (Algumas ainda em desenvolvimento) IDEF0 : Function modeling IDEF1 : Information Modeling IDEF1X : Data Modeling IDEF2 : Simulation Model Design IDEF3 : Process Description Capture IDEF4 : Object-Oriented Design IDEF5 : Ontology Description Capture IDEF6 : Design Rationale Capture IDEF7 : Information System Auditing IDEF8 : User Interface Modeling IDEF9 : Business Constraint Discovery IDEF10 : Implementation Architecture Modeling IDEF11 : Information Artifact Modeling IDEF12 : Organization Modeling IDEF13 : Three Schema Mapping Design IDEF14 : Network Design http://www.idef.com/Home.htm

IDEF0 Linguagem de modelagem funcional para Análise Desenvolvimento Reengenharia Integração

IDEF0

IDEF1X Modelagem de dados

Notação Z Baseado na teoria de Zermelo–Fraenkel e na lógica de predicados Final da década de 1970, em Oxford Jean-Raymond Abrial Z usa muitos símbolos não ASCII uso de ferramentas/LATEX

Z na prática IBM CICS servidor de transações Middleware que suporta alto volume de transações Criado para possibilitar processamento on-line 30 billion+ transactions a day $1 trillion in transactions each day 30 million users worldwide 900,000 concurrent users supported 90% + of the Fortune 500

Z na prática Parte do IBM CICS foi formalizado usando Z nas décadas de 1980s e 1990s em colaboração com o Oxford University Computing Laboratory Sir Tony Hoare Quicksort Hoare Logic CSP (Communicating Sequential Processes)

Z e Orientação a objetos Lano, K.C., Z++, an Object-Oriented Extension to Z. Z User Workshop, Oxford 1990 Object Z Graeme Smith. The Object-Z Specification Language. Kluwer Academic Publishers, 2000 Roger Duke and Gordon Rose. Formal Object-Oriented Specification Using Object-Z. MacMillan, 2000.

Vienna Development Method (VDM) Originado na IBM de Vienna, na década de 1970. Envolve: Técnicas Ferramentas Linguagem "Systematic Software Development using VDM" by Cliff Jones, 2nd edn., Prentice Hall 1990. VDM++

B method Jean-Raymond Abrial The B-Book: Assigning Programs to Meanings, Jean-Raymond Abrial, Cambridge University Press, 1996 Usado em sistemas de missão crítica Menor abstração que Z

Modelica Linguagem de modelagem para sistemas complexos (1997) componentes eletrônicos, mecânicos, hidráulicos, de controle, ... Modelo parecido com POO equações diferenciais, algébricas e discretas Chamadas de C, FORTRAN, Java Engine de simulação https://www.modelica.org/

Modelica https://www.modelica.org/documents/ModelicaSpec33.pdf Usada por: Audi, BMW, Daimler, Ford, Toyota, VW ABB, EDF, Siemens.

Alloy Software Design Group at MIT lead by Professor Daniel Jackson (1997) Linguagem de especificação declarativa Comportamento estrutural e dinâmico Baseado em lógica de predicados Sintaxe baseada em Z Alloy Analyzer

Statecharts Harel, D. (1987). A Visual Formalism for Complex Systems. Science of Computer Programming , 231–274. Extensão das máquinas de estado Foco: especificação de sistemas complexos a eventos discretos Base para o diagrama de estados da UML

Statecharts - Características Extensão das máquinas de estado noção de hierarquia concorrência e paralelismo comunicação Compactos Possibilidade de composição Modular Descrição em diferentes níveis de abstração

Statecharts statecharts = state-diagrams + depth + orthogonality + broadcast-communication

SDL Specification and Description Language (SDL) Foco: especificação não ambigua e descrição do comportamento de sistemas distribuídos de tempo real Origem nos sistemas de telecomunicações Gráfica e algébrica http://www.sdl-forum.org/

Álgebra de Processos Process Algebra Process Calculus Família de linguagens para modelar formalmente sistemas concorrentes Principais: CSP, CCS, ACP Histórico: http://www.informatik.hs-mannheim.de/~schramm/CSP/files/historyProcessAlgebra.pdf

Conceitos Processo: comportamento de um sistema Algebra: conceitos algébricos para modelar comportamento Process algebra: the study of the behaviour of parallel or distributed systems by algebraic means Possibilidades de verificação: Estabelecer se um sistema satisfaz determinada propriedade.

CCS CCS - Calculus of Communicating Systems Robin Milner: A Calculus of Communicating Systems, Springer Verlag, 1980. Desenvolvido entre 1973 e 1980

CSP CSP - Communicating Sequential Processes Tony Hoare - Communicating sequential processes. Communications of the ACM, 21(8):666–677, 1978 Knighthood (for services to Computing Science). March 7, 2000.

ACP ACP - Algebra of Communicating Processes 1982 Jan Bergstra e Jan Willem Klop. Fixed point semantics in process algebra. Technical Report IW 208, Mathematical Centre, Amsterdam

Redes de Petri Linguagem gráfica e matemática para modelagem de sistemas Tese de Carl Petri, 1962 Teoria básica desenvolvida na década de 1970 A.W. Holt (MIT )

Redes de Petri - Aplicação Modelagem e análise de sistemas distribuídos banco de dados distribuídos paralelismo e concorrência em software manufatura sistemas de controle sistemas operacionais workflow organizacional logística redes neurais sistemas de apoio a decisão

Redes de Petri – Forma de apresentação Gráfica Matriz Relações

Redes de Petri - Modelagem Sequência Paralelismo Sincronismo/Assincronismo Recursos Repetição Competição/Conflitos Buffer

Redes de Petri - Análise Avaliação de propriedades: Alcançabilidade de estados Limitabilidade Análise de deadlocks/livelocks Reversibilidade

Redes de Petri – Métodos de análise Árvore de cobertura Invariantes de lugar e transição Lógica linear

Extensões Tempo associado a lugares, transições, fichas Fuzzy Timed Time Fuzzy Estocástica Orientada a Objetos Colorida Arco inibidor Reset Arc Contínua Híbrida

SysML Linguagem gráfica para modelagem de sistemas que incluem hardware, software, dados, pessoas, procedimentos Profile da UML

Relação UML-SysML

Relação UML-SysML

UML Evolução de outros métodos/linguagens “A UML é a linguagem padrão para visualizar, especificar, construir e documentar os artefatos de software de um sistema.”

UML UML é... uma linguagem visual. independente de linguagem de programação. independente de processo de desenvolvimento. UML não é... uma linguagem programação um processo de desenvolvimento. Os artefatos gráficos produzidos de um sistema OO são definidos através dos diagramas da UML.

Diagramas da UML

O que dizem sobre a UML? It contains many diagrams and constructs that are redundant or infrequently used. The standards have been cited as being ambiguous and inconsistent. While the XMI (XML Metadata Interchange) standard is designed to facilitate the interchange of UML models, it has been largely ineffective in the practical interchange of UML 2.x models. UML is not enough for the modeling of embedded and real-time systems.

O que dizem sobre a UML? The UML specification, in general, is semiformal. This lack of precise semantics can lead to severe problems, as different or ambiguous interpretations. If UML is nothing else it is for documentation and communication. UML is not perfect, but it is the most common, is good enough, and not trivially replaceable A UML não é perfeita, mas é o que temos de melhor em termos de modelagem de SW atualmente

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