MODELOS PARA ESPECIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE SOFTWARE CCE 556- Engenharia de Software

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1 UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA INSTITUTO DE BIOCIÊNCIAS, LETRAS E CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS DE COMPUTAÇÃO E ESTATÍSTICA MODELOS PARA ESPECIFICAÇÃO DE SISTEMAS DE SOFTWARE CCE 556- Engenharia de Software Profa. Inês Ap. G. Boaventura 1

2 Modelo de Sistema de Software É uma representação em miniatura de uma realidade completa, que reflete certas características específicas do sistema que está sendo representado. Útil => se consegue retratar as características relevantes Diferentes características são examinadas pelo uso de vários modelos do mesmo sistema 2

3 Modelos Objetivos: auxiliar na organização de informações; descrever o que o cliente deseja; estabelecer uma base para a criação de um projeto de software; definir um conjunto de requisitos que pode ser validado quando o software for construído; gerenciar a complexidade; 3

4 Especificação Especificação de requisitos Cliente e desenvolvedor Dados do domínio do problema Abstração Decomposição Especificação Especificação de projeto geral Projetista e implementador Propósito:criar uma ponte de comunicação entre as pessoas envolvidas no desenvolvimen to do sistema Especificação de projeto detalhado programadores 4

5 Tipos de Especificação Especificação Descritiva: declara as propriedades desejadas do sistema de uma forma puramente descritiva A trajetória T de um satélite é um caminho composto de pontos que descrevem seu movimento, de forma que a distância entre cada ponto de T e um ponto fixo P tem um valor constante. X 2 + Y 2 + C 2 = 0 - mostra a trajetória como o conjunto de pontos T, cujas coordenadas x e y tem as propriedades desejada e a constante c depende da distância do ponto P aos pontos de T. (representa de maneira formal as propriedades desejadas para o sistema) 5

6 Tipos de Especificação Especificação Operacional: representa o comportamento desejado do sistema utilizando modelos abstratos que, de alguma forma, simulem seu comportamento. Auxilia na direta verificação dos requisitos. P T Pode-se examinar visualmente se a figura satisfaz os requisitos que se tem em mente. 6

7 Estágios da especificação Declaração de objetivos e restrições do projeto. Especificação de requisitos (ou especificação de análise) Especificação de projeto 7

8 Grau de formalidade da especificação Especificações informais - descritas em linguagem natural, fazendo uso de figuras, tabelas e outras notações. Especificação semiformal notação padronizada sem uma semântica precisa. Especificação formal - uso de rigor, notação sintática e semântica bem definidas para descrever o problema. 8

9 Modelos e princípios da análise de requisitos Modelos são úteis para se alcançar os princípios da abstração e decomposição, além de permitir uma formalização relativa(semiformal) ou completa(formal) da especificação. 9

10 Modelos e princípios da análise de requisitos Abstração. Modelos devem representar uma solução para o problema, sem se deter em detalhes que cercam a realidade. Em geral, a construção de modelos segue o conceito descendente (top-down) - modelos com alto nível de abstração para modelos de baixo nível de abstração. 10

11 Modelos e princípios da análise de requisitos Decomposição. Dividir para conquistar. Os modelos Permitem que problemas complexos sejam divididos em problemas menores. Permitem a representação do relacionamento entre partes do problema. Geralmente de forma hierárquica (hierarquias de programas, hierarquias de classes de objetos) 11

12 Modelos e princípios da análise de requisitos Formalidade. Modelos formais e semiformais permitem instituir controles. Possibilitam a comunicação de idéias entre pessoas de forma mais eficiente. Representação precisa de instruções a ser passadas de um estágio para outro. 12

13 Modelagem de sistemas Modelagem de sistema ajuda o analista a entender a funcionalidade do sistema e modelos são usados para auxiliar a comunicação com os clientes. Modelos diferentes apresentam o sistema de perspectivas diferentes Perspectiva externa mostra o contexto ou o ambiente do sistema. Perspectiva comportamental mostra o comportamento do sistema. Perspectiva estrutural mostra a arquitetura do sistema ou estrutura de dados. 13

14 Métodos estruturados Métodos estruturados fornecem formulações para a modelagem detalhada de sistemas. Métodos definem um conjunto de modelos, um processo para derivar esses modelos e regras e diretrizes que se aplicam aos modelos. As ferramentas CASE estão disponíveis para dar apoio aos métodos. 14

15 Deficiências dos métodos de análise estruturada Não modelam requisitos não funcionais Não incluem informações sobre se um método é apropriado para um determinado problema. Freqüentemente produzem muita documentação. Os modelos produzidos são muito detalhados e de difícil compreensão pelos usuários. 15

16 Tipos de modelos Modelos de processamento de dados mostram como os dados são processados em diferentes estágios no sistema. Modelos de composição mostram como as entidades são compostas de outras entidades Modelos de arquitetura mostram os subsistemas principais. Modelos de classificação mostram como as entidades tem características principais. Modelos de estímulo-resposta mostram como o sistema reage a eventos externos e internos. 16

17 Modelos de Contexto (Perspectiva externa) Modelos de contexto são usados para ilustrar os limites de um sistema. Preocupações sociais e organizacionais podem afetar a decisão de onde será posicionado os limites do sistema. Modelos de arquitetura descrevem o sistema e seu relacionamento com outros sistemas. 17

18 Contexto do sistema de ATM Branch accounting Sistema de system contabilidade Branch counter system Balcão Sistema de Security system Sistema de proteção Auto-teller Sistema de system caixa automático Maintenance Sistema de system manutenção Account database Banco de dados de contas Usage database Banco de dados de operação 18

19 Modelos (Perspectiva interna) Modelos funcionais Modelos de fluxo de dados Modelos de comportamento Modelos de máquinas de estado Modelos de dados Modelos de Objeto Modelos de herança Agregação de objetos Modelagem de comportamento de objetos 19

20 Modelos - um sistema exemplo Subsistema de Consulta a bibliotecas O sistema recebe como entrada um título ou um autor. Quando título e autor são fornecidos pelo usuário, o sistema deve consultar o acervo da universidade e verificar se o par títuloautor pertence ao acervo. Em caso afirmativo, o sistema deve verificar se há disponibilidade de exemplares correspondentes ao par título-autor e, nesse caso encontrar a localização desses exemplares. Em caso negativo, o sistema deve informar ao usuário que o par não pertence ao acervo. Quando apenas o título é fornecido, o sistema deve listar todas as ocorrências do título no acervo. Quando apenas o autor é fornecido, o sistema deve informar ao usuário todos os títulos daquele autor pertencentes ao acervo. 20

21 Modelos do mundo real Percepção funcional Verificar acervo verificar disponibilidade localizar exemplar Sistema Bibliotecas exemplares títulos autores Percepção de dados Aguardando consulta. Preparando resposta Percepção comportamental As três percepções do mundo real num sistema de consulta a bibliotecas. 21

22 Modelos do mundo real Modelo funcional do sistema Representa a percepção do que o sistema faz. No exemplo da biblioteca, tem-se as seguintes funções: verifica acervo, verifica disponibilidade e localiza exemplar. 22

23 Modelos do mundo real Modelo de dados Representa a percepção dos dados que o sistema mantém. Para o subsistema de consulta a bibliotecas, os dados mantidos pelo sistema são: bibliotecas, exemplares, títulos e autores. 23

24 Modelos do mundo real Modelo comportamental Representa a percepção de como o sistema se comporta em resposta a certos eventos externos. Focaliza os dados (objetos do sistema) ou as funções. Para o subsistema de consulta a bibliotecas, identifica-se os seguintes estados para as funções do sistema: aguardando consulta do usuário e preparando resposta à consulta. 24

25 O Modelo de Função ENTRADA SAÍDA Interface Sistema Interface O modelo de contexto do sistema 25

26 O Modelo de Função conexão Função2 conexão ENTRADA Função1 conexão Função4 SAÍDA Função3 conexão Decomposição do modelo funcional 26

27 O Modelo de Função O modelo de função está completo quando satisfaz as seguintes condições: Descreve todo o sistema -mostra as transformações de todas as entradas em saídas; decompõe convenientemente o sistema de modo que todos os componentes não particionados sejam elementares; cada componente do sistema está ligado corretamente ao resto da rede, e nenhuma conexão necessária foi omitida; as conexões estão minimizadas cada conexão da rede está definida no dicionário de dados. 27

28 Modelo de Função - DFD - Diagrama de Fluxo de Dados Técnica gráfica que descreve o fluxo de informação e as transformações que são aplicadas à medida que os dados se movimentam da entrada para a saída Um sistema baseado em computador é representado como uma transformação de informação 28

29 Diagrama de Fluxo de Dados (DFD) Notação Entidade externa processo Depósito de dados Um produtor ou consumidor de informações que reside fora dos limites do sistema a ser modelado Um transformador de informação (função) que reside dentro dos limites do sistema a ser modelado Usada para representar conexão, chamada de fluxo de dados Um repositório de dados pode ser usado por um ou mais processos. Pode ser tão simples quanto um buffer ou tão sofisticado quanto 29 um banco de dados relacional

30 Diretrizes Básicas 1) O DFD de nível 0 deve descrever o software como uma única bolha 2) A Entrada e a saída iniciais devem ser cuidadosamente anotadas 3) O refinamento deve iniciar isolando-se possíveis processos, itens de dados e depósitos de dados a serem representados no próximo nível 4) Todas as setas e bolhas devem ser rotuladas com nomes significativos 5) A continuidade do fluxo de informação deve ser mantida entre níveis de refinamento 6) Deve ser refinada uma bolha de cada vez 30

31 DFD do subsistema de consulta a bibliotecas de uma universidade títulos e autores disponibilidade exemplares Verifica acervo mensagem1 Informações do acervo Título, autor Verifica disponibilidade Mensagem 2 Exemplar disponível Localiza exemplar Informações de biblioteca bibliotecas Nome da biblioteca Lista de título-autor usuário 31

32 O modelo de Dados Quais são os dados a serem armazenados pelo sistema? Qual é a melhor organização desses dados? Quais são os relacionamentos entre grupos de dados? Como os dados serão utilizados? 32

33 Componentes do Modelo de Dados Entidade (ou objeto) = entidade externa: algo que produz ou consome informação; coisa: relatório ou edição; ocorrência ou evento : chamada telefônica, alarme; papel: vendedor; unidade organizacional: depto de contas; lugar: armazém; estrutura: arquivo; 33

34 Componentes do Modelo de Dados (cont.) Atributos = podem ser usados para: (1) nomear uma instância de um objeto; definem as propriedades de uma entidade (2) descrever uma instância; (3) fazer referência a outra instância em outra tabela; um ou mais atributos precisam ser definidos como um identificador; Relacionamentos = são conexões relevantes entre os objetos; bidirecionais; 34

35 Componentes do Modelo de Dados (Exemplo) Cliente carro Mundo Real DENTRO do SISTEMA Entidade Propriedade Relacionamento Cliente nome endereço cic Alugar carro: marca cor no. chassis Abstração 35

36 Componentes do Modelo de Dados(cont.) Entidades, atributos e relacionamentos => base para o entendimento do domínio de informação do problema; CARDINALIDADE: é a especificação do número de ocorrências de um objeto que pode ser relacionado com o número de ocorrências de outro objeto; um-para-um (1:1) => um marido pode ter somente uma esposa e vice-versa ; um-para-muitos (1:N) => uma mãe pode ter muitos filhos, mas um filho tem apenas uma mãe ; muitos-para-muitos (M:N) => um tio pode ter vários sobrinhos, enquanto que um sobrinho pode ter vários tios ; 36

37 Componentes do Modelo de Dados (Diagrama E-R) Cliente 1 m aluga Carro nome endereço cic marca cor no.chassis Relacionamento, cardinalidade e Participação entre entre as entidades Cliente e Carro 37

38 Diagrama E-R do subsitema de consulta a bibliotecas Biblioteca 1 m Conter Exemplar n no. item estado nome local código Possuir título editora Data public. área 1 Acervo autor edição 38

39 O modelo comportamental Representa os estados e os eventos que alteram esses estados Eventos: representados através de condições e ações para mudanças de estado. Quando a condição é verdadeira, a ação correspondente é ativada. Quando a ação é completada, o componente passa ao estado determinado pelo evento correspondente. 39

40 O modelo comportamental Máquinas de estados finitos-mef MEF: Ferramenta gráfica para especificações semiformais que utiliza um grafo para representar o comportamento do sistema. Representa os estados; Representa os eventos que causam a mudança de estado. As setas podem ser rotuladas com as condições para a ocorrência do evento, ou ações que devem ser realizadas quando há mudança de estado. 40

41 O modelo comportamental exemplo da biblioteca MEF para os títulos de uma biblioteca (exemplar) Registrar retirada disponível Cancelar reserva (final do semestre) emprestado Registrar devolução Reservado para disciplina Registrar reserva área disciplina = área exemplar) 41

42 O modelo comportamental Traço de eventos Ferramenta utilizada para representar cenários em sistemas orientados a objetos. Cenários descrevem como o sistema trabalhará quando estiver em ação. Mostra o comportamento do sistema, representando os objetos das classes envolvidas em um serviço do sistema e suas interfaces Notação: Traço vertical: representa as classes envolvidas no serviço seta horizontal: representa as mensagens trocadas entre as classes 42

43 O modelo comportamental Traço de eventos - exemplo Traço de eventos para o cenário localização do exemplar: Acervo Exemplar Biblioteca Título e autor Verifica estado Procura nome Nome biblioteca Nome biblioteca Nome biblioteca 43

44 O modelo de objetos É utilizado para representar tanto os dados como o seu comportamento. Permite também a representação da composição e a classificação de componentes(objetos) do sistema. Classe de objetos é uma abstração sobre um conjunto de objetos que possuem atributos e serviços(operações) comuns. 44

45 Modelo de Objetos Descreve o sistema em termos de classes de objetos Vários modelos podem ser produzidos: Modelos de herança Modelos de agregação Modelos de interação 45

46 O modelo de objetos O modelo representa os atributos das classes de objetos, seus serviços, os relacionamentos entre as classes e a utilização de serviços de um objeto por outro. 46

47 O modelo de objetos notação Nome atributos operações Representa classes de objetos Classificação(generalização/especialização) Associação Composição de objetos de uma classe 47

48 O modelo de objetos Exemplos de generalização e agregação (composição) pessoa pessoa empregado aluno cabeça tronco * membro professor funcionário 48

49 O modelo de objetos Exemplos de associação Associação: permite que um objeto de uma classe utilize um serviço de outra classe, enviando mensagens a objetos da classe. pessoa * faculdade 49

50 O modelo de objetos Diagrama de classes de objetos para o sistema de bibliotecas Acervo Título Data public Editora Assunto Autor Verifica titulo Verifica autor Verifica dispon 1 * Exemplar No. Item Estado Verifica estado Localiza item * 1 Biblioteca Nome Local Unidade Obtém nome Obtém local 50

51 Modelo de herança Organiza as classes de objetos do domínio em uma hierarquia. Classes no topo da hierarquia refletem as características comuns de todas as classes Classes de objetos herdam seus atributos e serviços de uma ou mais super-classes e são consideradas classes especializadas. 51

52 Library item Catalogue number Acquisition date Cost Ty pe Status Number of copies Acquire () Catalogue () Dispose () Issue () Return () Hierarquia de classes para um sistema de biblioteca Published item Title Publisher Recorded item Title Medium Book Author Edition Publication date ISBN Year Issue Magazine Film Director Date of release Distributor Computer program Version Platform 52

53 Libr ary user Name Address Phone Registration # Hierarquia de classe de usuário Register () De-register () Reader Affiliation Borrower Items on loan Max. loans Staff Department Department phone Student Major subject Home address 53

54 Herança múltipla Um sistema que suporta herança múltipla permite que classes de objetos herdem características de várias super-classes Pode levar a conflitos semânticos onde atributos/serviços com o mesmo nome em diferentes super-classes tem semânticas diferentes. Faz com que a reorganização da hierarquia de classe seja mais complexa. 54

55 Herança múltipla Book Author Edition Publication date ISBN Voice recording Speaker Duration Record in g d ate Talking book # Tapes 55

56 Agregação de objetos Modelo de agregação mostra como classes que são coleções são compostas de outras classes. Semelhante ao relacionamento parte-de em modelos de dados semânticos. 56

57 Agregação de objetos Study pack Course title Number Year Instructor Assignment Credits OHP slides Slides Text Lectur e notes Videotape Tape ids. Exercises #Problems Description Solutions Tex t Diagrams 57

58 Dicionário de Dados (DD) Proposto como gramática quase formal para descrever de forma mais detalhada qualquer modelo do sistema. É constituído por uma lista em ordem alfabética de suas entradas (componentes dos modelos). 58

59 Dicionário de Dados Notação para Descrição de Conteúdo CONSTRUÇÃO DE DADOS NOTAÇÃO SIGNIFICADO = é composto de Sequência + e Seleção [ ] ou... ou Repetição { }n n repetições de ( ) dados opcionais * * delimita comentários 59

60 Dicionário de Dados Exemplo: depósito de dados exemplares exemplares = {exemplar} exemplar = n_item + estado + nome_título n_item = cod_biblioteca + n_exemplar estado = [emprestado/disponível/reservado_para_disciplina] cod_biblioteca = String[2] n_exemplar = Integer nome_título = String[60] 60

61 Dicionário de Dados Descrição de Conteúdo é ampliada (1) até que todos os itens de dados compostos tenham sido representados como itens elementares ou (2) até que todos os itens compostos sejam representados em termos conhecidos e inequívocos 61

62 Pontos-chave Um modelo é uma visão abstrata de um sistema. Modelos de sistema complementares podem ser desenvolvidos, os quais apresentam informações diferentes sobre o sistema. Os modelos de contexto mostram como o sistema está posicionado em um ambiente com outros sistemas. Existem várias abordagens para representar um modelo de contexto. Os DFDs são utilizados para modelar o processamento de dados de um sistema, e modelam um conjunto de transformações de dados, com funções que atuam sobre eles. 62

63 Pontos-chave Os modelos de máquinas de estado são utilizados para modelar o comportamento de um sistema em resposta a eventos internos ou externos. Os modelos semânticos de dados descrevem a estrutura lógica dos dados que são importados e exportados pelo sistema. Os modelos de objetos descrevem as entidades do sistema lógico e sua classificação e agregação. Eles combinam um modelo de dados com um modelo de processamento. Ferramentas CASE dão apoio ao desenvolvimento de modelos de sistema, fornecendo ferramentas de edição, verificação, relatório e documentação. 63

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