Rendszermodellezés

A tantárgy angol neve: System Modeling

Adatlap utolsó módosítása: 2017. június 30.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar
mérnök informatikus szak, bsc képzés
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIMIAA00 2 2/1/0/f 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Pataricza András, Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék
4. A tantárgy előadója

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Pataricza András

egyetemi tanár

MIT

Gönczy László

tanársegéd

MIT

 Dr. Bergmann Gábor
 adjunktus MIT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Állapotgépek fogalmai, Boole algebra, programozás alapfogalmai, adatstruktúrák, strukturált dokumentálás ismerete
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
(Training.Code=("5N-A8") VAGY Training.Code=("5NAA8"))

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
Programozás alapjai 1.,
Dokumentáció és prezentáció
7. A tantárgy célkitűzése

A tantárgy tematikusan az informatikai rendszerek tervezési folyamatának modell alapú megközelítését tárgyalja.

Célkitűzése a későbbi tantárgyak által megtanítandó specializált modellezési paradigmák előkészítése, az alapvető modellezési feladatok és eszközök bemutatásával. Egyúttal bemutat néhány olyan fogalmilag tiszta és egyszerűen kezelhető eszközt is, amelyek segítségével a tervezés alapvető aspektusait a hallgatók készség szinten elsajátíthatják és egyszerű, működő alkalmazásokat is tudnak tervezni.

A hallgatók megismerik a magas szintű, grafikus eszközökre épülő, folyamat alapú rendszermodellezés, a helyességbizonyítás, teljesítményanalízis és szolgáltatásbiztonság alapfogalmait és megjelenésüket a modellezésben. A korábbi automataelméleti és rendszertechnikai ismereteikre építve megismerik a szabatos rendszertervezés alapjait. A hallgatók a modellezés munkafolyamatain keresztül elsajátítják az informatikai rendszerek implementációjának egyes munkafogásait. Jártasságot szereznek a szimulációs rendszervizsgálatokban és a mérési adatok vizuális elemzésében.

A tárgy kiemelt didaktikai célja a hallgatók absztrakciós készségének fejlesztése és a későbbi szakmai tárgyak fogalmi és motivációs előkészítése.

A tantárgy követelményeit eredményesen teljesítő hallgatók:

  1. megismerik a modellalkotás folyamatát és a modellalapú tervezés alapjait,
  2. képesek az informatikai rendszerekkel szembeni követelmények szabatos megfogalmazására, működési környezetük és architektúrájuk modellezésére,
  3. jártasságot szereznek a diszkrét rendszerek szimuláció alapú helyességbizonyításában,
  4. képesek a tervezett rendszerek szűk keresztmetszeteinek feltárására, megoldási alternatívák összehasonlító elemzésére,
  5. betekintést nyernek a számítógéprendszerek gyakorlati méréstechnikájának alapjaiba,
  6. képesek egyszerű alkalmazások automatikus kódgenerálással történő modell alapú fejlesztésére.

 

8. A tantárgy részletes tematikája 1-2. hét: Modellezési alapok
Célkitűzés: az alapvető fogalomkészlet és kontextus megadása
Alapfogalmak: Modellezés célja, modellek felhasználása rendszertervezésben. Szöveges, grafikus és formális specifikáció. Kezdeti modellek megalkotása, követelmény, tervezési, analízis, konfigurációs modellek.
Modell szemantika és szintaxis. Modellezés alapműveletei, modellfinomítás. Többaspektusú modellezés. Hierarchia, taxonómia fogalma, szerepe a rendszertervezésben. Bonyolultságkezelés (Hierarchikus modellezés, absztrakció). Eszköz: MindMap modellező.

3-4. hét: Strukturális modellek, adatmodellezés
Meta-modellek és modellek kapcsolata. Koncepció/példány kérdése, öröklés, polimorfizmus. Modellstruktúrák vizualizációja, Modellhelyesség kritériumai, típushelyesség, példányosítás/alosztályok, tranzitív kapcsolatok. Eszköz: MindMap + Táblázatkezelő.

5-6. hét Állapotmodellezés
Állapotgráfok, állapottérképek. Hierarchia modellezése, konkurencia kezelése. Üzenetkezelés és várakozási sor fogalma. Determinisztikus/nem-determinisztikus modellezés. Eszköz: Egyszerű állapotgráf-állapottér eszköz.

7-8. hét: Viselkedésmodellek (állapot/szekvencia/protokollok)
Discrete Event System Specification (DEVS) megközelítés. Adatfolyam modellezés. Folyamatmodell, szekvencia/trace modell, idődiagram. Felhasználási területek: protokoll definíció, tesztesetek, forgatókönyvek. Modellellenőrzés intuitív bevezetése. Eszköz: DEVS eszköz.

9-10. hét: Modellek fejlesztése
Esemény/folyamatorientált modellezés, időzítés-fogalom. Szimuláció alapjai. Modellek tesztelése/javítása, alapvető teljesség/helyességellenőrzés. Paraméterek hangolása, iteratív modellezési folyamat. Felépítési és viselkedési kritériumok megfogalmazása (pl. invariánsok).
Benchmarkok használata. Legyűjtendő adatok, logelemzés, méréstervezés. Folyamatok erőforráshasználata. QoS, extra-funkcionális aspektusok. Eszköz: Egyszerű szimulátor.

11. hét: Vizuális adatelemzés és modellalkotás
Vizuális analízis célja, eszközei, alapvető statisztikai fogalmak informális bevezetése.
Méréskiértékelés és rendszermodellezés kapcsolata, átmenet minőségi/mennyiségi modellek közt. Vizuális elemzés felhasználása rendszer magas szintű modelljének megalkotásakor. Eszköz: drag and drop vizuális elemző.

12-13. hét: Mennyiségi analízis, teljesítménymodellezés
Teljesítménymodellek fogalmai. Szimulációs eredmények értelmezése. Felhasználási területei: teljesítménymérések, szoftverhangolás, rendszer kiépítésének (deployment) tervezése.

14. hét Kitekintés: Konstruktív modellezés, kódgenerálás, fejlesztési módszerek
Általános célú és szakterület-specifikus nyelvek. Végrehajtható modellek, fUML, Alf. Szemantika jelentése, bemutatása gyakorlati példákon (kódgenerálás Yakinduban).
Szakterületi modellek/modellezési nyelvek használata. Miből áll egy modellezési nyelv, mi a szerepe a szakterületspecifikus támogatásnak. UML profilok.
DSE példák: Verilog, Matlab. Tervezési környezetek, fejlesztési támogatás (validáció, kódgenerálás, tervezőeszköz, modellkezelés, perzisztencia, stb.). Tervezési minták.
Szabályalapú modellek. Következtetés, szabályformák, alkalmazási területek (üzleti, monitorozás, stb.). Szabályok fejlesztése, döntési táblák.

A gyakorlati órák tartalma:
A hallgatók az alábbi témákból végeznek el (számítógépes vagy tantermi) gyakorlatot:
Szöveges specifikációtól a modellig: Modellezés, modellfinomítás, követelmények leírása
Adatséma modellezés.
Állapotmodellezés.
Komplex dinamikus rendszermodell elkészítése.
Modellek fejlesztése, statikus és dinamikus ellenőrzések, szimuláció bevezetése.
Teljesítményelemzés analitikus módszerekkel, feltáró vizuális adatelemzés használata a teljesítményelemzésben.

Emellett a gyakorlati órákon biztosítunk lehetőséget házi feladat konzultációra.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) 14*2 óra előadás és 7*2 óra kiscsoportos gyakorlati foglalkozás a félévben egyenletes elosztva.
A hallgatóknak lehetőségük van az alap szintű gyakorlat helyett emelt szintű gyakorlat elvégzésére

10. Követelmények A szorgalmi időszakban: két zárthelyi és egy házi feladat leadása.
A jegy megszerzésének feltétele mindkét zárthelyi (beleértve a pótló zárthelyiket is: lásd a következő pontban) legalább elégséges szintre történő megírása és a házi feladat legalább elégséges elkészítése. A zárthelyi dolgozat összetett: tesztkérdésekből és megoldandó nagyfeladatokból áll. Mindkét rész elégséges szintre történő teljesítése feltétele a teljes zárthelyi sikeres teljesítésének. Akinek a tesztkérdések alapján sikertelen a dolgozata, annak nagyfeladatait külön kérésre javítjuk ki.
11. Pótlási lehetőségek

A zárthelyik pótlására a pótlási héten lehetőséget biztosítunk. Mindkét zárthelyi dolgozat egy-egy alkalommal pótolható.

A házi feladat pótlására a pótlási héten van lehetőség. A házi feladat pótlása különeljárási díj ellenében lehetséges.

12. Konzultációs lehetőségek A féléves házi feladattal kapcsolatban a félév során konzultációs lehetőséget biztosítunk. Ezen felül a gyakorlatok során nyílik lehetőség a tárggyal kapcsolatos kérdések megválaszolására.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

A tárgy honlapján elérhető segédanyagok (http://www.inf.mit.bme.hu/edu/courses/remo/). Az elérhető anyagok az előadás-fóliákon kívül tartalmaznak a legfontosabb részekre szöveges és esetenként eszközhasználathoz kapcsolódóan videóbázisú eszközkezelési útmutatókat.

Ajánlott irodalom:

Kocsis Imre: Vizuális adatanalízis (jegyzetfejezet, Antal Péter - Antos András - Horváth Gábor - Hullám Gábor - Kocsis Imre - Marx Péter - Millinghoffer András - Pataricza András - Salánki Ágnes: Intelligens adatelemzés, ISBN-13 978-963-2791-71-5, Typotex, 2014.)

D. A. Menasce: Capacity Planning for Web Services: metrics, models, and methods, Prentice Hall, 2002.
A. Pataricza, A. Balogh, L. Gönczy: Verification and validation non-functional aspects in enterprise modeling, in Peter Rittgen (Szerk.:): Enterprise Modeling and Computing with UML. Idea Group, 2006.
B. Braswell, M. Siegel, L. G. Wu: High Available Architectures and Capacity Planning…, IBM Redbook SG24-7184-01, ISBN- 0738489751, 2006.
M. Theus, S. Urbanek, Interactive Graphics for Data Analysis Principles and Examples, (Chapman & Hall/CRC Computer Science & Data Analysis), ISBN-13: 978-1584885948, 2008.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra 42
Félévközi készülés előadásra 14
Félévközi készülés gyakorlatra
  7
Felkészülés zárthelyire 32
Házi feladat elkészítése 25
Összesen 120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Név:

Beosztás:

Tanszék, Int.:

Dr. Pataricza András

egyetemi tanár

MIT

Gönczy László

tanársegéd

MIT

 Dr. Bergmann Gábor
 adjunktus MIT
IMSc tematika és módszer

Az IMSc képzés számára a tárgy a következő kiegészítő oktatási formákat biztosítja:

1.     Előadás: Az IMSc képzés részére önálló előadáskurzust indítunk, amely (a több példát és ismétlést igénylő fő előadáskurzushoz képest) fokozottabb ütemben halad, és így kiegészítő anyagrészeknek is időt tud szentelni.

2.     Gyakorlat: Az IMSc tankörök számára emelt szintű gyakorlati foglalkozásokat tartunk. Az emelt szintű gyakorlatokon alaposabb elemzéseket, kiegészített gyakorlati feladatok bemutatását tervezzük.

3.     Segédanyagok: Az IMSc hallgatóktól elvárt többletismeretek bizonyos anyagrészeihez szöveges segédanyagokat teszünk közzé, amelyek a tárgy elektronikus jegyzetének kiegészítő fejezeteiként valamennyi hallgató számára elérhetőek.

Az IMSc programban résztvevőknek szánt kiegészítő tudásanyag elsődleges célja a modellezés és a formális matematika kapcsolatának példacentrikus bemutatása, a modellek, követelmények, és a rajtuk végezhető elemzések szemantikai alapjainak ismertetése, szoftvereszközökkel való szemléltetése. A kiegészítő anyagrészek a matematika középiskolából ismert fogalmaira építve előkészítik és motiválják a téma későbbi részletes tárgyalását és alkalmazását (Felsőbb Matematika, Adatbázisok, Formális módszerek, Informatikai rendszertervezés, Modell alapú rendszertervezés c. tárgyakban).

IMSc pontozás

A tárgy teljesítése során a tárgy kreditszámának megfelelő 20 IMSc pontot a következőképpen lehet megszerezni: a tárgy mindkét zárthelyije kiegészítő IMSc feladatokat fog tartalmazni, valamint a félév során folyamatosan, több részletben szorgalmi jelleggel teljesíthető EXTRA házi feladatokat adunk ki (a kötelező házi feladaton felül). A zárthelyi IMSc feladatai és az EXTRA házi feladatok teljesítéséért a félév folyamán külön-külön bizonyos mennyiségű IMSc pont szerezhető (a félév elején hirdetett megoszlásban), mindösszesen 20 pont.

A zárthelyikhez kapcsolt IMSc feladatok értékelése csak abban az esetben történik meg, ha az adott számonkérésen a jeles szintet elérte a hallgató. Az EXTRA feladatok értékelése a kötelező számonkérések legalább elégséges teljesítése esetén történik meg.

Mind a zárthelyihez kapcsolt IMSc feladatok, mind az EXTRA feladatok eredménye csak akkor írható jóvá IMSc pontként, ha a tárgy kötelező számonkérésein a félév során elért összesített eredmény eléri a jeles szintet. Az egyes pontok megszerezhetősége nem függ a tárgykövetelmények teljesítésének módjától (pótzárthelyi, pótlásként beadott kötelező házi feladat), az IMSc pontok minden esetben megszerezhetők. Maga az EXTRA feladat viszont a határidő letelte után nem adható be.

Amennyiben a hallgató összesített féléves eredménye nem éri el a jeles szintet, a zárthelyihez kapcsolt IMSc feladatokon és az EXTRA feladatokon elért eredmény nem írható jóvá IMSc pontként, azonban (a kötelező számonkérések legalább elégséges teljesítése esetén) bónuszpontként az érdemjegy javítására fordítható.

Az IMSc pontok megszerzése az IMSc programban részt nem vevő hallgatók számára is biztosított.