Диаграммы переходов состояний

Диаграммы переходов состояний (STD) предназначены для моделирования и документирования аспектов систем, зависящих от времени или реакции на событие. Они позволяют осуществлять декомпозицию управляющих процессов и описывают отношения между входными и выходными управляющими потоками для управляющего процесса-предка.

С помощью STD-диаграмм можно моделировать последующее функционирование системы на основе ее предыдущего и текущего функционирования. Моделируемая система в любой заданный момент времени находится точно в одном из конечного множества состояний. С течением времени она может изменить свое состояние, при этом переходы между состояниями должны быть точно определены. STD-диаграмма состоит из следующих объектов [20]:

Состояние – набор характеристик, описывающих условия устойчивости системы. Находясь в определенном состоянии и имея информацию о прошлой истории системы, можно определить очередное состояние в зависимости от текущих входных событий (потоков). Имя состояния должно отражать реальную ситуацию, в которой находится система, например, Нагревание, Охлаждение и т.п.

Начальное состояние – узел STD-диаграммы, являющийся стартовой точкой для начального системного перехода. STD-диаграмма имеет ровно одно начальное состояние, соответствующее состоянию системы после ее инсталляции (внедрения), но перед началом реальной работы, а также любое (конечное) число завершающих состояний.

Переход определяет перемещение моделируемой системы из одного состояния в другое. При этом имя перехода идентифицирует событие, являющееся причиной перехода и управляющее им. Это событие обычно состоит из управляющего потока (сигнала), возникающего как во внешнем мире, так и внутри моделируемой системы при выполнении некоторого  условия (например, счетчик=999 или «кнопка нажата» ). Следует отметить, что, вообще говоря, не все события необходимо вызывают переходы из отдельных состояний. С другой стороны, одно и то же событие не всегда вызывает переход в то же самое состояние.

Таким образом, условие представляет собой событие (или события), вызывающее переход и идентифицируемое именем перехода. Если в условии участвует входной управляющий поток управляющего процесса-предка, то имя потока должно быть заключено в кавычки, например, «пароль»=999, где Пароль - входной поток управляющего процесса-предка.

Кроме условия с переходом может связываться  действие или ряд действий, выполняющихся, когда переход имеет место. То есть действие – это операция, которая может иметь место при выполнении перехода. Если действие необходимо для выбора выходного управляющего потока управляющего процесса-предка, то имя этого потока должно заключаться в кавычки, например:

«Введенная карта» = true, где Введенная карта – выходной поток управляющего процесса-предка.

Кроме того, для спецификации А-, Т-, E/D-потоков (см. табл. 3.1) имя запускаемого или переключаемого процесса также должно заключаться в кавычки, например:

А: «Получить пароль» – активировать процесс Получить пароль.

Фактически условие есть некоторое внешнее или внутреннее событие, которое система способна обнаружить и на которое она должна отреагировать определенным образом, изменяя свое состояние. При изменении состояния система обычно выполняет одно или более действий (например, для информационной системы: производит вывод, выдает сообщение на терминал, выполняет вычисления). Таким образом, действие представляет собой отклик, посылаемый во внешнее окружение, или вычисление, результаты которого запоминаются в системе (обычно в хранилищах данных, представленных на DFD-диаграмме, структура и содержание которых представлены на ERD-диаграмме), для того, чтобы обеспечить реакцию на некоторые из планируемых в будущем событий.

На STD-диаграмме состояния представляются узлами, а переходы – дугами (рис. 3.21). Условия (по-другому называемые стимулирующими событиями) идентифицируются именем перехода и возбуждают его выполнение. Действия или отклики на события привязываются к переходам и записываются под соответствующим условием. Начальное состояние на диаграмме должно иметь входной переход, изображаемый потоком из подразумеваемого стартового узла (иногда этот стартовый узел изображается небольшим квадратом и привязывается к входному состоянию).

При построении STD-диаграммы рекомендуется [20] следовать перечисленным ниже правилам:

- строить STD-диаграмму на как можно более высоком уровне детализации DFD-диаграммы;

- строить как можно более простые STD-диаграммы;

- по возможности детализировать STD-диаграммы;

- использовать те же принципы именований состояний, событий и действий, что и при именовании процессов и потоков.

Применяются два способа построения STD-диаграмм. Первый способ заключается в идентификации всех возможных состояний и дальнейшем исследовании всех не бессмысленных связей (переходов) между ними. По второму способу сначала строится начальное состояние, затем следующие за ним и т.д. Результат (в обоих случаях) – предварительная STD-диаграмма, для которой затем осуществляется контроль состоятельности, заключающийся в ответе на следующие вопросы:

- все ли состояния определены и имеют уникальное имя?

- все ли состояния достижимы?

- все ли состояния имеют выход?

- (для каждого состояния) реагирует ли система соответствующим образом на все возможные условия (особенно на ненормальные)?

- все ли входные (выходные) потоки управляющего процесса отражены в условиях (действиях) на STD-диаграмме?

В качестве примера рассмотрим диаграмму переходов состояний для системы управления лифтом (рис. 3.22). Для этого используем DFD-диаграммы этой системы (рис. 3.2 – 3.7).

В ситуации, когда число состояний и/или переходов велико, для проектирования STD-диаграммы могут использоваться таблицы или матрицы переходов состояний. Обе эти нотации позволяют зафиксировать ту же самую информацию, что и диаграммы переходов состояний, но в другом формате.

Матрица переходов состояний содержит по вертикали перечень состояний системы, из которых осуществляется переход, а по горизонтали – состояния, в которые осуществляется переход. При этом каждый элемент матрицы содержит соответствующие условия и действия, обеспечивающие переход из «вертикального» состояния в «горизонтальное». В качестве примера данного варианта матрицы переходов состояний приведена таблица 8, соответствующая диаграмме переходов состояний (рис. 21).

В завершении рассмотрения технологии 3VM следует отметить, что описанные три вида диаграмм и набор дополнительных средств позволяют комплексно визуализировать, формализовать и документировать процессы и потоки в исследуемой системе. Данная технология является весьма полезным средством, однако, только в том случае, если в дальнейшем планируется автоматизация и разработка программных средств методами и языками процедурного программирования.

Таблица 3.5. Матрица переходов состояний ECS.

Отсутствие средств представления характеристик объектов, реализующих процессы и потоки, делает невозможным применение данной технологии при объектно-ориентированной разработке информационной системы.

Выводы

1. Для решения сложных проблем используются методы системного анализа, предоставляющие в распоряжение аналитика визуальные графоаналитические средства для построения моделей бизнес-систем и бизнес-процессов.

2. Технология системно-структурного анализа 3VM позволяет представить модель системы в виде трех взаимосвязанных диаграмм: функциональной (потоков данных – DFD), информационной (сущность-связь – ERD), динамической (переходов состояний – STD).

3. Данная технология является весьма полезным средством в случае автоматизации и разработки программных средств методами и языками процедурного программирования. Применение данной технологии при объектно-ориентированной разработке информационной системы нецелесообразно.