PRÜFUNG SOFTWARETECHNIK II Wintersemester 2014

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1 Universität Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. P. Göhner PRÜFUNG SOFTWARETECHNIK II Wintersemester 2014 Vorname: Name: Matrikel-Nr:. Prüfungstag: Prüfungsdauer: Prüfungsumfang: Hilfsmittel: Hinweise: 120 Minuten 5 Aufgaben (14 Seiten) alle, außer Kommunikationsgeräte 1.) Verlangt sind alle Aufgaben 2.) Bitte verwenden Sie keinen Rotstift / Bleistift 3.) Bitte tragen Sie in den Kasten Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer ein 4.) Verwenden Sie für jede Teilaufgabe ein separates Lösungsblatt 5.) Geben Sie dieses Deckblatt zusammen mit Ihren Lösungsblättern ab 6.) Schreiben Sie auf alle Lösungsblätter unbedingt Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer. A1 A2 A3 A4 A5 1

2 Aufgabe 1: Datenbankentwicklung (ca. 30 min) Der Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik (FBEI) der Universität Stuttgart beauftragt Sie, eine relationale Datenbank für die Durchführung der Online-Befragung bei Studierenden und akademischen Mitarbeitern anhand von Fragebögen zu entwickeln. Folgende Anforderungen wurden in einem Lastenheft formuliert, die Sie bei der Modellierung der Datenbank berücksichtigen müssen: Ein Fragebogen (FB) beinhaltet mehrere (mindestens aber eine) Fragen. Ein Fragebogen hat einen Namen, einen Text und eine eindeutige FB-Nummer. Eine Frage hat eine eindeutige F-Nummer, einen Text und kann in mehreren Fragebögen verwendet werden. Eine Frage gehört mindestens einem Fragebogen. Zu Fragen gehören mehrere Antworten. Eine Antwort kann auch mehreren Fragen zugeordnet werden. Eine Antwort gehört aber mindestens einer Frage. Eine Antwort hat eine eindeutige A-Nummer und einen Text. Eine Frage wird genau einer Lehrveranstaltung zugeordnet. Für eine Lehrveranstaltung gibt es aber mehrere Fragen. Eine Lehrveranstaltung hat mindestens eine Frage. Eine Lehrveranstaltung hat eine eindeutige L-Nummer, eine Raumnummer, eine Uhrzeit und einen Namen. Fragebögen werden vom Fachbereich EI entwickelt. Der Fachbereich EI hat mehrere Fragebögen. Ein Fragebogen gehört aber genau einem Fachbereich (hier Fachbereich EI). Ein Fachbereich hat einen eindeutigen Namen und eine Gebäudenummer. Eine Umfrage wird von Personen, die entweder Studierende oder akademische Mitarbeiter sein können, durchgeführt. Sie beantworten dann die Fragen. Ein Studierender hat einen Vornamen, einen Namen, eine , eine eindeutige Matrikelnummer und eine Telefonnummer. Ein akademischer Mitarbeiter hat einen Vornamen, einen Namen, eine , eine eindeutige Personalnummer und eine Telefonnummer. Frage 1.1: ER-Diagramm Erstellen Sie für die beschriebene Anwendung ein Datenmodell in Form eines ER-Diagramms. Beachten Sie dabei folgende Punkte: Erstellen Sie kein übergeordnetes Objekt Fachbereich, Umfrage oder Ähnliches. Achten Sie auf eine eindeutige Identifizierung der Objekte. Jede Relation zwischen den Objekten muss bezeichnet werden. Geben Sie die Kardinalitäten zwischen den Objekten an. Frage 1.2: Transformation von ER-Diagrammen in Tabellen Überführen Sie das erstellte ER-Diagramm in geeignete Tabellen. Unterstreichen Sie die Schlüsselattribute. 2

3 Frage 1.3: SQL-Abfrage Gegeben sei folgende Relation: Vorlesung n besucht m Student V-Nr. Name Uhrzeit Raum Matrikel-Nr. Vorname Name Mobile-Nr. Geschlecht Für diese Relation sollen Sie folgende SQL-Anweisungen erstellen: a. Eine SQL-Anweisung, die einer relationalen Datenbank die Tabelle Student mit ihren zugehörigen Spalten hinzufügt. b. Eine SQL-Anweisung, um die Namen und die Raumnummern aller Vorlesungen, die der Student mit der Mobile-Nr. 123 besucht, sortiert nach Vorlesungsnamen, ausgibt. c. Eine SQL-Anweisung, um die Namen und die Mobile-Nummern aller Studentinnen, die die Vorlesung Softwaretechnik 2 besuchen, sortiert nach ihren Namen, ausgibt. 3

4 Aufgabe 2: Agentenorientierte Softwareentwicklung (ca. 30 min) Derzeit erleben wir die 4. industrielle Revolution (Industrie 4.0). In diesem Zuge werden neue Geschäftsmodelle, Arbeitsprozesse und Entwicklungsmethoden entstehen, die derzeit nicht realisierbar sind. Diese Veränderungen werden auch Gesellschaft und Menschen stark beeinflussen. Familienleben, Globalisierung, Märkte etc. werden neu definiert werden müssen. Dabei spielt die Integration von Cyber-Technologien (Internet der Dinge und Dienste) eine wesentliche Rolle. Ihre Aufgabe ist es nun, eine agentenbasierte Industrie-4.0-Anwendung zu entwickeln. Die Abbildung 2.1 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Anwendung. ROHSTOFFE LOGISTIK PRODUKTIONSANLAGE Brasilien FINANZEN Cl ou d PRODUKTIONSANLAGE Deutschland KUNDENPORTAL Die Industrie 4.0-Anwendung arbeitet wie folgt: Abbildung 2.1: Prinzipieller Aufbau Die beiden Produktionsanlagen in Deutschland und in Brasilien arbeiten ähnlich und können die gleichen Arbeitsprozesse durchführen bzw. die gleichen Produkte produzieren. Die einzelnen Arbeitsprozesse und deren Abläufe werden in dieser Aufgabe nicht weiterverfolgt. Grundsätzlich ist es möglich, ein Produkt entweder komplett oder teilweise in Deutschland oder Brasilien zu produzieren. Im zweiten Fall werden die Teilprodukte beim Kunden zusammengebaut. Die Komponente Rohstoffe hat die Aufgabe, benötige Rohstoffe für die Produktion weltweit zu finden, ihre Preise und Orte den Komponenten Logistik und Finanzen mitzuteilen und anschließend gemeinsam eine Kaufentscheidung zu treffen. Diese Komponente kauft dann die Rohstoffe und gibt die Kaufdaten an die Komponente Logistik weiter. Die Komponente Logistik transportiert dann die Rohstoffe zum Produktionsort und die fertigen Produkte zum Kunden. Die Art und Weise dieser Aktivitäten werden in dieser Aufgabe nicht weiter detailliert betrachtet. Die Komponente Finanzen berechnet die Entwicklungskosten und den Preis für die Kunden. Wo die Arbeitsprozesse bei der Entwicklung eines Produkts durchzuführen sind, wo die Rohstoffe gekauft werden sollen, wann die Produktion startet etc. wird gemeinsam von den Komponenten Produktionsanlagen, Rohstoffe, Logistik und Finanzen entschieden. Die Produktionsanlagen führen dann die Arbeit durch. Die Komponente Kundenportal hat die Aufgabe, die Wünsche und Kontaktdaten der Kunden aufzunehmen. Sie gibt die Kundenwünsche an die restlichen Komponenten weiter und gibt ihr Angebot bezüglich der Kosten, Dauer etc. an die Kunden zurück. Sie ist in keinen Entscheidungsprozess involviert. 4

5 Ihre Aufgabe ist es nun, eine agentenorientierte Steuerungssoftware für diese Industrie-4.0-Produktion zu entwickeln. Bei der Entwicklung der Software sollen Sie die GAIA-Methode einsetzen. Frage 2.1: Ablaufbeschreibung Beschreiben Sie zunächst den Steuerungsablauf kurz und präzise. Frage 2.2: Rollen Nennen Sie alle Rollen im System. Begründen Sie kurz und präzise Ihre Entscheidung. Spezifizieren Sie die identifizierten Rollen mit Hilfe der GAIA-Rollen-Templates. Verwenden Sie hierzu die Vorlagen auf Arbeitsblatt 1. Frage 2.3: Interaktionsmodell Beschreiben Sie die Abhängigkeiten und Beziehungen der einzelnen Rollen in einem Interaktionsmodell für das gesamte System. Definieren Sie dabei die Kommunikationspfade. Frage 2.4: Agentenmodell Welche Einheiten werden Sie als Agent modellieren? Bestehen hierbei Freiheitsgrade? Begründen Sie Ihre Aussage. Erstellen Sie ein geeignetes Agentenmodell. 5

6 Aufgabe 3: Wartung und Pflege von Software (ca. 15 min) Frage 3.1: Zeichnen Sie einen Kontrollflussgraphen für den folgenden Pseudocode. Berechnen Sie anschließend die zyklomatische Komplexität Ihres Kontrollflussgraphen. Begründen Sie Ihre Berechnung: 1 procedure Industry_4.0 is 2 task type Control_Process is 3 end Control_Process; 4 task type CAN_Process is 5 end CAN_Process; 6 task body Control_Process is 7 begin 8 IF (condition 1) 9 IF (condition 2) 10 Expression 1; 12 ELSE 13 IF (condition 3) 14 Expression 2; 15 ELSE expression 3; 16 ELSE 17 SWITCH (condition 4) 18 CASE A: 19 Expression 4; 20 BREAK; 21 CASE B: 22 Expression 5; 23 BREAK; 24 DEFAULT: 25 IF (condition 5) 26 Expression 6; 27 ELSE expression 7; 28 end Control_Process; 29 task body CAN_Process is 30 begin 31 switch (Message) 32 case 1: System.out.println ("Message = The bus is free"); 33 break; 34 case 2: System.out.println ("The bus is suspended"); 35 break; 36 case 3: System.out.println ("The bus is busy"); 37 break; 38 default: System.out.println("The service is not available"); 39 end CAN_Process; 6

7 Frage 3.2: Für die obengenannten Module wurden folgende Messwerte ermittelt: Kommentarzeilen LOC Anzahl der Schleifen Zyklomatische Komplexität min: 100 max: 1000 min: 500 max: 5000 min: 50 max: 150 min: 10 max: 30 Control CAN a) Normieren Sie die Wertematrix mit der bekannten Normierungsformel. b) Zeichnen Sie mit den normierten Werten für diese Module einen KIVIAT-Graphen. Verwenden Sie hierzu das Arbeitsblatt 2. c) Welche Schlussfolgerung ziehen Sie aus dem KIVIAT-Graphen? d) Berechnen Sie die Distanzmatrix aus der normierten Wertematrix. e) Berechnen Sie die Distanzmatrizen, die durch Streichen der ersten und dritten Messwertspalte entstehen. Auf welche der beiden Spalten kann am ehesten verzichtet werden? 7

8 Aufgabe 4: Sichere Software (ca. 30 min) Betrachten Sie den nachfolgenden Kontrollflussgraphen. Der Startzustand ist der Zustand S0. S 0 S 2 p, q p, q S 3 p, s p, q, s S 1 p, s S 5 p, s S 4 Abbildung 4.1: Der Kontrollflussgraph Frage 4.1: Kontrollflussgraph Bestimmen Sie die Gültigkeit der folgenden Ausdrücke. Begründen Sie jeweils Ihre Entscheidung kurz und präzise: 1. AG (p) 2. EG (!s) 3. EX EG (!p) 4. AG (q s) 5. AG (q s) 6. AG ( q U p) 7. EG ( q U AG s) 8. EG ( q U EG s) 9. EG (!q) 10. EF AG (s) Frage 4.2: CTL-Formulierung Formulieren Sie folgende Anforderungen in CTL. 1. b muss von dem Zeitpunkt an, zu dem a gültig ist, ununterbrochen gelten. 2. Aus jeder Situation heraus muss es möglich sein, auf a direkt zuzugreifen. 3. p muss von jedem Zustand aus erreichbar sein. 4. Von jedem Zustand aus muss es ab dem nächsten Zustand möglich sein, dass p permanent gültig ist. 5. Tritt a auf, so muss von diesem Zeitpunkt an a permanent gelten, bevor b gültig ist. Frage 4.3: CTL- Bedeutung Interpretieren Sie die folgenden CTL Formulierungen: a) A (a W ( a b AX AG!a)) xor AG!a b) AG (a A ( a W (a and b and AX AG not a))) xor AG not a 8

9 Aufgabe 5: Kurzfragen (ca. 15 min) Frage 5.1: Bitte kennzeichnen Sie alle Aussagen entweder mit richtig oder falsch. Konfigurationsmanagement zeigt die Beziehungen zwischen Änderungen und Versionen auf Konfigurationsmanagement zeigt die Beziehungen zwischen den geänderten Funktionen auf Anhand einer Baseline kann der Kunde nachvollziehen, was er alles bekommen hat Ein Vorteil vom Konfigurationsmanagement ist sein Return of Investment Bei der Softwarequalität handelt es sich um eine subjektive Wahrnehmung der Qualität Je komplexer ein Softwaresystem wird, desto komplizierter wird es auch Mittels Produktivitätsmaß misst man, ob die Entwicklungszeit des Produkts angemessen ist Je größer die Depth of Inheritance Tree, um so größer der Testaufwand Distanzmatrix zeigt den Werteabstand zwischen zyklomatischer Komplexität unterschiedlicher Module Man soll so viele Maße wie möglich verwenden, damit die Auswertung genauer wird richtig falsch Frage 5.2: Bestimmen Sie den Wert von Coupling between Objects für die folgende Klassenanordnung. 9

10 Frage 5.3: Folgendes Kontrollflussdiagramm stellt die Steuerung eines Echtzeitsystems dar. Welche zyklomatische Komplexität hat dieses Kontrollflussdiagramm? V (G) = 4 V (G) = 8 V (G) = 6 Frage 5.4: Welcher CTL-Ausdruck gibt folgende Anforderung wieder: Es gibt mindestens einen Ausführungspfad, bei dem gilt: Falls f auftritt, dann muss in allen nächsten Zuständen b oder g auftreten EG ( f AX (b g) ) EG ( f AX (b & g) ) AG ( f AX (b & g) ) richtig falsch 10

11 Arbeitsblatt 1 zur Aufgabe 2 / Teilaufgabe 2.2: Name Matr.-Nr. Bitte keinen Rotstift verwenden!!! Role Schema Description Protocols and Activities Responsibilities Liveness: Safety: Role Schema Description Protocols and Activities Responsibilities Liveness: Safety: 11

12 Arbeitsblatt 1 zur Aufgabe 2 / Teilaufgabe 2.2: Name Matr.-Nr. Bitte keinen Rotstift verwenden!!! Role Schema Description Protocols and Activities Responsibilities Liveness: Safety: Role Schema Description Protocols and Activities Responsibilities Liveness: Safety: 12

13 Arbeitsblatt 1 zur Aufgabe 2 / Teilaufgabe 2.2: Name Matr.-Nr. Bitte keinen Rotstift verwenden!!! Role Schema Description Protocols and Activities Responsibilities Liveness: Safety: Role Schema Description Protocols and Activities Responsibilities Liveness: Safety: 13

14 Arbeitsblatt 2 zu Aufgabe 3: Name und Matrikelnummer nicht vergessen: Bitte keinen Rotstift verwenden!!! Zur Teilaufgabe 3.2 Name: Matr.-Nr.: 14