Công nghệ phần mềm - Các kỹ thuật đặc tả

mong muốn

 Trao ñổi
 giữa người sử dụng và người phát triển
 giữa những người phát triển

 Tái sử dụng
6
Phân loại các kỹ thuật ñặc tả

 ðặc tả phi hình thức (informal)
 ngôn ngữ tự nhiên tự do
 ngôn ngữ tự nhiên có cấu trúc
 các kí hiệu ñồ họa

 ðặc tả nữa hình thức (semi-informal)
 trộn lẫn cả ngôn ngữ tự nhiên, các kí hiệu toán học và
các kí hiệu ñồ họa

 ðặc tả hình thức (formal)
 kí hiệu toán học
• ngôn ngữ ñặc tả
• ngôn ngữ lập trình
47
ðặc tả hình thức hay không 
hình thức ?

 ðặc tả hình thức
 chính xác (toán học)
 hợp thức hóa hình thức (công cụ hóa)
 công cụ trao ñổi: khó ñọc, khó hiểu
 khó sử dụng

 ðặc tả không hình thức
 dễ hiểu, dễ sử dụng
 mềm dẻo
 thiếu sự chính xác
 nhập nhằng
8
Ứng dụng ñặc tả hình thức

 ứng dụng trong các giai ñoạn sớm của tiến 
trình phát triển

 hạn chế lỗi trong phát triển phần mềm

 ứng dụng chủ yếu trong phát triển các hệ
thống “quan trọng” (critical systems)
 hệ thống ñiều khiển
 hệ thống nhúng
 hệ thống thời gian thực
59
Chi phí phát triển khi sử
dụng ñặc tả hình thức
10
Các kỹ thuật ñặc tả

 Trình bày một số kỹ thuật
 Máy trạng thái hữu hạn
 Mạng Petri
 ðiều kiện trước và sau
 Kiểu trừu tượng
 ðặc tả Z
611
Máy trạng thái hữu hạn
(state machine)

 mô tả các luồng ñiều khiển

 biểu diễn dạng ñồ thị

 bao gồm
 tập hợp các trạng thái S (các nút của ñồ thị)
 tập hợp các dữ liệu vào I (các nhãn của các 
cung)
 tập hợp các chuyển tiếp T : S x I → S (các 
cung có hướng của ñồ thị)
• khi có một dữ liệu vào, một trạng thái chuyển sang 
một trạng thái khác
12
Máy trạng thái hữu hạn

 Ví dụ 1
ðặt máy xuốngðặt máy xuống ðợi
Quay số
Kết nối
ðổ chuông
ðàm thoại
Âm mời quay 
số
Nhấc máy
Thời gian ñợi kết 
thúc
Máy bận
Thuê bao ñược gọi nhấc máy
Thông báo 
quay số sai
Số ñúng
Số sai
Bấm số
Kết nối ñược
713
Máy trạng thái hữu hạn

 Ví dụ 2
 Hệ thống cần mô tả bao gồm một nhà sản xuất, một 
nhà tiêu thụ và một kho hàng chỉ chứa ñược nhiều 
nhất 2 sản phẩm
 Nhà sản xuất có 2 trạng thái
• P1: không sản xuất
• P2: ñang sản xuất
 Nhà tiêu thụ có 2 trạng thái
• C1: có sản phẩm ñể tiêu thụ
• C2: không có sản phẩm ñể tiêu thụ
 Nhà kho có 3 trạng thái
• chứa 0 sản phẩm
• chứa 1 sản phẩm 
• chứa 2 sản phẩm
14
Máy trạng thái hữu hạn

 Giải pháp 1: mô tả tách rời các thành phần
P1 P2
Sản xuất
Gửi vào kho
C1 C2
Tiêu thụ
Lấy từ kho
0 1
Lấy từ kho
2
Lấy từ kho
Gửi vào kho Gửi vào kho
815
Máy trạng thái hữu hạn

 Giải pháp 1
 không mô tả ñược sự hoạt ñộng hệ
thống
 cần mô tả sự hoạt ñộng kết hợp các 
thành phần của hệ thống
16
Máy trạng thái hữu hạn

 Giải pháp 2: mô tả kết hợp các thành phần
Gửi vào kho
Lấy từ kho
Gửi vào kho
Tiêu thụ
Tiêu thụ
Sản xuất
Sản xuất
Tiêu thụ
Tiêu thụ
Sản xuất
Sản xuất
Tiêu thụ
Tiêu thụ
Sản xuất
Sản xuất
Lấy từ kho
Gửi vào kho
Lấy từ kho
Gửi vào kho
Lấy từ kho
917
Máy trạng thái hữu hạn

 Giải pháp 2
 mô tả ñược hoạt ñộng của hệ thống
 số trạng thái lớn
 biểu diễn hệ thống phức tạp
 hạn chế khi ñặc tả những hệ thống không 
ñồng bộ
o các thành phần của hệ thống hoạt ñộng song 
song hoặc cạnh tranh
18
Mạng Petri
(Petri nets)

 thích hợp ñể mô tả các hệ thống không 
ñồng bộ với những hoạt ñộng ñồng thời

 mô tả luồng ñiều khiển của hệ thống

 ñề xuất từ năm 1962 bởi Carl Adam

 Có hai loại
 mạng Petri (cổ ñiển)
 mạng Petri mở rộng
10
19
Mạng Petri

 Gồm các phần tử
 một tập hợp hữu hạn các nút ()
 một tập hợp hữu hạn các chuyển tiếp ()
 một tập hợp hữu hạn các cung (→)
• các cung nối các nút với các chuyển tiếp hoặc 
ngược lại
 mỗi nút có thể chứa một hoặc nhiều thẻ ()
20
Mạng Petri

 Ví dụ
t2
p1
p2
p3
p4t3
t1
11
21
Mạng Petri

 Mạng Petri ñược ñịnh nghĩa bởi sự ñánh dấu các nút 
của nó

 Việc ñánh dấu các nút ñược tiến hành theo nguyên tắc 
sau:
 mỗi chuyển tiếp có các nút vào và các nút ra
 nếu tất cả các nút vào của một chuyển tiếp có ít nhất 
một thẻ, thì chuyển tiếp này là có thể vượt qua ñược,
 nếu chuyển tiếp này ñược thực hiện thì tất cả các nút 
vào của chuyển tiếp sẽ bị lấy ñi một thẻ, và một thẻ
sẽ ñược thêm vào tất cả các nút ra của chuyển tiếp
 nếu nhiều chuyển tiếp là có thể vượt qua thì chọn 
chuyển tiếp nào cũng ñược
22
Mạng Petri

 Ví dụ
t1 t2
t1 không thể vượt qua ñược t2 có thể vượt qua ñược
t3
t4
hoặc t3 ñược vượt qua
hoặc t4 ñược vượt qua
12
23
Mạng Petri

 Ví dụ
khi t2 ñược vượt qua
t2t2
24
Mạng Petri
Ví dụ
13
25
Mạng Petri

 Ví dụ 1: mô tả hoạt ñộng của ñèn giao thông
rg
red
yellow
green
yr
gy
26
Mạng Petri

 Ví dụ 1: mô tả hoạt ñộng của 2 ñèn giao thông
rg1
red1
yellow1
green1
yr1
gy1
rg2
red2
yellow2
green2
yr2
gy2
14
27
Mạng Petri

 Ví dụ 1: mô tả hoạt ñộng an toàn của 2 ñèn giao thông
rg1
red1
yellow1
green1
yr1
gy1
rg2
red2
yellow2
green2
yr2
gy2
safe
28
Mạng Petri

 Ví dụ 1: mô tả hoạt ñộng an toàn và hợp lý của 2 ñèn 
giao thông
rg1
red1
yellow1
green1
yr1
gy1
rg2
red2
yellow2
green2
yr2
gy2
safe2
safe1
15
29
Mạng Petri

 Ví dụ 2: mô tả chu kỳ sống của một người
thanh niên
trẻ con
có vợ có chồng
dậy thì
cưới
ly hôn
chết chết
30
Mạng Petri

 Ví dụ 3: viết thư và ñọc thư
rest
mail_box
receive_mail
type_mail
ready
rest
begin
send_mail
read_mail
Mô tả trường hợp 1 người viết và 2 người ñọc ?
Mô tả trường hợp hộp thư nhận chỉ chứa nhiều nhất 3 thư ?
16
31
Mạng Petri

 Ví dụ 4: tình huống nghẽn (dead-lock)
22
P6
P4
P3
P1
P8
t1
t3
t5
t7
P7
P5
P2
P9
t2
t4
t6
t8
32
22
Mạng Petri

 Ví dụ 4: giải pháp chống nghẽn
22
P6
P4
P3
P1
P8
t1
t3
t5
t7
P7
P5
P2
P9
t2
t4
t6
t8
17
33
Mạng Petri

 Ví dụ 5
 Hệ thống cần mô tả bao gồm một nhà sản xuất, một 
nhà tiêu thụ và một kho hàng chỉ chứa ñược nhiều 
nhất 2 sản phẩm
 Nhà sản xuất có 2 trạng thái
• P1: không sản xuất
• P2: ñang sản xuất
 Nhà tiêu thụ có 2 trạng thái
• C1: có sản phẩm ñể tiêu thụ
• C2: không có sản phẩm ñể tiêu thụ
 Nhà kho có 3 trạng thái
• chứa 0 sản phẩm
• chứa 1 sản phẩm 
• chứa 2 sản phẩm
34
Mạng Petri

 Ví dụ 5: mô tả tách rời mỗi thành phần
P1
Sản xuất
Gửi vào kho
P2
Lấy từ kho
C1
Tiêu thụ
C2
0
Gửi vào kho
1 2
Gửi vào kho
Lấy từ khoLấy từ kho
18
35
Lấy từ kho
Mạng Petri

 Ví dụ 5: mô tả kết hợp các thành phần
Lấy từ kho
Gửi vào kho
Gửi vào khoP1
Sản xuất
P2
0 1 2
C2
C1
Tiêu thụ
36
ðiều kiện trước và sau
(pre/post condition)

 ñược dùng ñể ñặc tả các hàm hoặc mô-ñun

 ñặc tả các tính chất của dữ liệu trước và sau khi thực 
hiện hàm
 pre-condiition: ñặc tả các ràng buộc trên các tham 
số trước khi hàm ñược thực thi
 post-condition: ñặc tả các ràng buộc trên các tham 
số sau khi hàm ñược thực thi

 có thể sử dụng ngôn ngữ phi hình thức, hình thức 
hoặc ngôn ngữ lập trình ñể ñặc tả các ñiều kiện
19
37
ðiều kiện trước và sau

 Ví dụ: ñặc tả hàm tìm kiếm
function search ( a : danh sách phần tử kiểu K,
size : số phân tử của dánh sách,
e : phần tử kiểu K,
result : Boolean )
pre ∀i, 1 ≤ i ≤ n, a[i] ≤ a[i+1]
post result = (∃i, 1 ≤ i ≤ n, a[i] = e)
38
ðiều kiện trước và sau

 Bài tập: ñặc tả các hàm
1. Sắp xếp một danh sách các số nguyên
2. ðảo ngược các phần tử của một danh 
sách
3. ðếm số phần tử có giá trị e trong một danh 
sách các số nguyên
20
39
Kiểu trừu tượng
(abstract types)

 Mô tả dữ liệu và các thao tác trên dữ liệu ñó ở một 
mức trừu tượng ñộc lập với cách cài ñặt dữ liệu bởi 
ngôn ngữ lập trình

 ðặc tả một kiểu trừu tượng gồm: 
 tên của kiểu trừu tượng
• dùng từ khóa sort
 khai báo các kiểu trừu tượng ñã tồn tại ñược sử dụng 
• dùng từ khóa imports
 các thao tác trên trên kiểu trừu tượng
• dùng từ khóa operations
40
Kiểu trừu tượng

 Ví dụ 1: ñặc tả kiểu trừu tượng Boolean
sort Boolean
operations
true : → Boolean
false : → Boolean
¬ _ : Boolean → Boolean
_ ∧ _ : Boolean x Boolean → Boolean
_ ∨ _ : Boolean x Boolean → Boolean
một thao tác không có tham số là một hằng số
một giá trị của kiểu trừu tượng ñịnh nghĩa ñược biểu diễn bởi kí tự “_”
21
41
Kiểu trừu tượng

 Ví dụ 2: ñặc tả kiểu trừu tượng Vector
sort Boolean
operations
true : → Boolean
false : → Boolean
¬ _ : Boolean → Boolean
_ ∧ _ : Boolean x Boolean → Boolean
_ ∨ _ : Boolean x Boolean → Boolean
một thao tác không có tham số là một hằng số
một giá trị của kiểu trừu tượng ñịnh nghĩa ñược biểu diễn bởi kí tự “_”
42
Kiểu trừu tượng

 Ví dụ 2: ñặc tả kiểu trừu tượng Vector
sort Vector
imports Integer, Element, Boolean
operations
vect : Integer x Integer → Vector
init : Vector x Integer → Boolean
ith : Vector x Integer → Element
change-ith : Vector x Integer x Element → Vector
supborder : Vector → Integer
infborder : Vector → Integer
22
43
Kiểu trừu tượng

 Ví dụ 2: ñặc tả kiểu trừu tượng Vector
 các thao tác trên kiểu chỉ ñược ñịnh nghĩa 
mà không chỉ ra ngữ nghĩa của nó
• tức là ý nghĩa của thao tác
 sử dụng các tiên ñề ñể ñịnh nghĩa ngữ
nghĩa của các thao tác
• dùng từ khóa axioms
 ñịnh nghĩa các ràng buộc mà một thao tác 
ñược ñịnh nghĩa
• dùng từ khóa precondition
44
Kiểu trừu tượng

 Ví dụ 2: ñặc tả kiểu trừu tượng Vector
precondition
ith(v, i) is-defined-ifonlyif
infborder(v) ≤ i ≤ supborder(v) & init(v,i) = true
axioms
infborder(v) ≤ i ≤ supborder(v) ⇒ ith(change-ith(v, i, e), i) = e
infborder(v) ≤ i ≤ supborder(v) & infborder(v) ≤ j ≤ supborder(v) & i ≠ j ⇒
ith(change-ith(v, i, e), j) = ith(v, j)
init(vect(i, j), k) = false
infborder(v) ≤ i ≤ supborder(v) ⇒ init(change-ith(v, i, e), i) = true
infborder(v) ≤ i ≤ supborder(v) & i ≠ j ⇒ init(change-ith(v, i, e), j) = init(v, j)
infborder(vect(i, j)) = i
infborder(change-ith(v, i, e)) = infborder(v)
supborder(vect(i, j)) = j
supborder(change-ith(v, i, e)) = supborder(v)
with
v: Vector; i, j, k: Integer; e: Element
23
45
Kiểu trừu tượng

 Bài tập
 ðặc tả kiểu trừu tượng cây nhị phân
 ðặc tả kiểu trừu tượng tập hợp