26. Объектно-ориентированное проектирование эис. Метод comet. Аналитическая модель. Конечные автоматы и диаграммы состояний.

Конечные автоматы используются для моделирования динамических аспектов системы. Многие системы и, в частности, системы реального времени очень сильно зависят от состояния. Это означает, что их работа определяется не только поступающими на вход данными, но и тем, что происходило с системой раньше.

Для описания конечных автоматов применяются диаграммы и таблицы перехода состояний. Диаграмма перехода состояний - это представление конечного автомата в виде графа, вершины которого соответствуют состояниям, а ребра - переходам между ними. Таблица переходов состояний - это табличное представление конечного автомата.

В системах с высокой степенью зависимости от состояния диаграммы или таблицы переходов состояний могут оказаться очень полезными для понимания функционирования системы. Такая спецификация конечного автомата зачастую более точна и понятна, чем словесное описание.

1 Конечные автоматы

Конечный автомат — это автомат с конечным числом состояний. В любой момент времени он находится только в одном состоянии. Переход состояний - это изменение текущего состояния, вызванное внешним событием. В ответ на поступившее событие автомат может перейти в новое состояние или остаться в прежнем. То, в какое состояние перейдет автомат, зависит как от текущего состояния, так и от события. Побочным результатом перехода в новое состояние иногда бывает выполнение некоторого действия.

2 События и состояния

2.1 События

Событие (его также называют дискретным сигналом или стимулом) — это некоторое явление, происходящее в определенный момент времени. Событие атомарно (то есть не прерываемо) и концептуально имеет нулевую продолжительность. Примеры событий: Карточка Вставлена в Банкомат, Введен ПИН-код, Нажат Тормоз, Лифт Уехал.

События могут зависеть друг от друга. Например, событие Карточка Вставлена в Банкомат всегда предшествует событию Введен ПИН-код. С другой стороны, события бывают и совершенно независимыми. Например, событие Карточка Вставлена в Банкомат в Красноярске не зависит от события Карточка Вставлена в Банкомат в Москве.

Событие таймера - это особое событие, описываемое ключевым словом after, которое говорит, что событие происходит по истечении промежутка времени, заданного выражением в скобках, например: after (Юс) или after (промежуток времени). На диаграмме состояний событие таймера вызывает выход из данного состояния. Промежуток времени измеряется от момента входа в состояние до момента выхода из него, обусловленного событием таймера.

2.2 Состояния

Состояние описывает некоторую конкретно ситуацию, характеризуемую протяженностью во времени. Наступление события обычно приводит к переходу конечного автомата из одного состояния в другое. Но событие может и не иметь никаких последствий, то есть после его наступления автомат останется в прежнем состоянии. Теоретически переход в новое состояние занимает нулевое время. На практике время, необходимое для перехода в новое состояние, пренебрежимо мало по сравнению со временем, проведенным в данном состоянии.

Начальное состояние - это то состояние, в котором оказывается диаграмма состояний сразу после

активизации.

3 Конечные автоматы и объекты Хотя с помощью конечных автоматов можно построить модель всей системы, в объектно-ориентированном анализе и проектировании конечный автомат инкапсулируется в некотором объекте. Другими словами, этот объект зависит от состояния и всегда находится в одном из состояний, определенных конечным автоматом. Конечный автомат объ­екта изображается в виде диаграммы состояний. В объектно-ориентированной модели зависящие от состояния аспекты системы описываются одним или несколькими конечными автоматами, каждый из которых инкапсулирован в отдельный объект. Взаимодействие конечных автоматов происходит опосредованно, путем обмена сообщениями между содержащими их объектами.

4 События и условия

Условие, или переменная состояния, определяет некий аспект системы, который способен оставаться истинным или ложным на протяжении конечного промежутка времени. Таким образом, оно представляется значением булевской переменной. Например, допустимо определить условие торможения, принимающее два значение: Нажат Тормоз или Тормоз Отпущен. Условие может представлять состояние какой-то другой части системы, в данном случае педали тормоза

На рис. 10.5 показано отношение между событиями и условиями. Первоначально условие принимает значение Торможения Нет. Когда происходит событие Нажат Тормоз, означающее, что водитель поставил ногу на педаль тормоза, условие изменяется на Торможение Есть. При возникновении события Тормоз Отпущен условие вновь принимает значение Торможения Нет. Событие занимает пренебрежимо малое время, но условие сохраняет значение в течение конечного промежутка времени.

События и условия разрешается применять совместно для определения перехода состояния. Для этого используется нотация событие [условие], означающая, что событие может вызвать переход в новое состояние только тогда, когда условие в скобках истинно.

Бывает так, что возникшее событие не должно приводить к немедленному переходу состояний, однако его присутствие необходимо, поскольку это может повлиять на будущее изменение состояния. Тогда информацию о том, что событие имело место, можно сохранить в виде условия, которое будет проверено позже.

На рис. 10.6 показано использование условия торможения. Состояния Начало без Торможения и Начало с Торможением объединяются в одно состояние Начало. Когда происходит событие Разогнаться, проверяется условие Торможение. Если оно принимает значение Торможения Нет (водитель отпустил педаль тормоза), то разрешается переход в состояние Разгон. Если же значение равно Торможения Нет, то такой переход запрещен, и диаграмма остается в состоянии Начало.

Другой пример относится к ситуации, когда банкомат нужно закрыть на обслуживание. Если в данный момент банкоматом пользуется какой-то клиент, то необходимо дать ему возможность завершить транзакцию, установив булевское условие Запрошен Останов в истину в момент поступления запроса на обслуживание. Если в момент поступления события Остановить банкомат простаивал, он сразу же переходит в состояние Остановлен. Если же он находился в любом другом состоянии, то событие Остановить не вызывает немедленной реакции, а устанавливает в истину условие Запрошен Останов.

Это условие проверяется, когда начатая клиентом транзакция завершится, но используется совместно с событием таймера after (промежуток времени). Когда возникает это событие, а банкомат находится в состоянии Завершение, проверяется условие Запрошен Останов. Если оно истинно, банкомат переходит в состояние Остановлен. В противном случае банкомат возвращается в состояние. Простаивает и готов к выполнению следующей транзакции.