Visualização de informações aplicada à gerência de software

O desenvolvimento e manutenção de software fazem parte de um processo intrinsecamente difícil e que consome tempo e custos, principalmente quando o sistema consiste de milhares de linhas de código. Por isso, sistemas de visualização de software objetivam prover mecanismos para construir representações visuais de informações sobre programas e sistemas, através das quais o programador pode analisar e compreender características de sua estrutura e funcionamento em um maior nível de abstração do que o código fonte. Assim, ferramentas visuais de software que suportam as tarefas de desenvolvimento, depuração, manutenção e reutilização tornam-se mais necessárias pelo fato de ajudarem a reduzir a complexidade inerente do processo de compreensão. Esse trabalho tem como objetivo principal o desenvolvimento de um visualizador que exiba as informações existentes nos programas de forma mais rápida e legível, evitando que o programador/analista tenha que percorrer as linhas de código. O texto inicialmente situa a área de visualização de informações, abordando a área de visualização de software, uma vez que a visualização de software é assim chamada por tratar da visualização de informações que são extraídas de programas. Em seguida, é apresentado um estudo de caso baseado no desenvolvimento dos sistemas da empresa Benfare Informática, no qual caracteriza-se a necessidade de ferramentas que auxiliem a compreensão de programas, com o objetivo de otimizar as operações de manutenção e desenvolvimento de programas. O restante do trabalho trata do sistema VisProgress que foi um protótipo desenvolvido como ferramenta de apoio para a equipe de desenvolvimento da empresa e como forma de avaliar o uso de técnicas de visualização em tal situação. A ferramenta desenvolvida é um visualizador de informações que percorre programas escritos em Progress, ferramenta de desenvolvimento utilizada pela empresa, e extrai as informações encontradas nos programas. A visualização é dividida em três partes. A primeira permite a visualização de informações textuais extraídas diretamente do código fonte dos programas que compõem os sistemas, a segunda faz a visualização de um grafo que representa a chamada de programas, e a terceira e última faz a visualização também de um grafo, porém representando o compartilhamento de variáveis entre os programas. A obtenção dos grafos foi construída em Delphi, porém a visualização gráfica é feita através da ferramenta Dotty, ferramenta específica para visualização de grafos. Após a descrição do protótipo implementado, são apresentados os resultados obtidos com a avaliação da ferramenta feita nas empresas Benfare Informática e Dzset Soluções e Sistemas para Computação.

Functional timing analysis of VLSI circuits containing complex gates

The recent advances in CMOS technology have allowed for the fabrication of transistors with submicronic dimensions, making possible the integration of tens of millions devices in a single chip that can be used to build very complex electronic systems. Such increase in complexity of designs has originated a need for more efficient verification tools that could incorporate more appropriate physical and computational models. Timing verification targets at determining whether the timing constraints imposed to the design may be satisfied or not. It can be performed by using circuit simulation or by timing analysis. Although simulation tends to furnish the most accurate estimates, it presents the drawback of being stimuli dependent. Hence, in order to ensure that the critical situation is taken into account, one must exercise all possible input patterns. Obviously, this is not possible to accomplish due to the high complexity of current designs. To circumvent this problem, designers must rely on timing analysis. Timing analysis is an input-independent verification approach that models each combinational block of a circuit as a direct acyclic graph, which is used to estimate the critical delay. First timing analysis tools used only the circuit topology information to estimate circuit delay, thus being referred to as topological timing analyzers. However, such method may result in too pessimistic delay estimates, since the longest paths in the graph may not be able to propagate a transition, that is, may be false. Functional timing analysis, in turn, considers not only circuit topology, but also the temporal and functional relations between circuit elements. Functional timing analysis tools may differ by three aspects: the set of sensitization conditions necessary to declare a path as sensitizable (i.e., the so-called path sensitization criterion), the number of paths simultaneously handled and the method used to determine whether sensitization conditions are satisfiable or not. Currently, the two most efficient approaches test the sensitizability of entire sets of paths at a time: one is based on automatic test pattern generation (ATPG) techniques and the other translates the timing analysis problem into a satisfiability (SAT) problem. Although timing analysis has been exhaustively studied in the last fifteen years, some specific topics have not received the required attention yet. One such topic is the applicability of functional timing analysis to circuits containing complex gates. This is the basic concern of this thesis. In addition, and as a necessary step to settle the scenario, a detailed and systematic study on functional timing analysis is also presented.

Hyper-Automaton: avaliação interativa de alunos em cursos na WEB baseado em autômatos finitos

O objetivo desta dissertação é a elaboração de uma técnica da aplicação do formalismo de Autômatos Finitos com Saída (Máquina de Mealy e Máquina de Moore) como um modelo estrutural para a organização de hiperdocumentos instrucionais, em destacar especial, Avaliação e Exercício. Esse objetivo é motivado pela organização e agilização do processo de avaliação proporcionado ao professor e ao aluno. Existem diferentes técnicas de ensino utilizadas na Internet, algumas dessas continuam sendo projetadas com o uso de metodologias tradicionais de desenvolvimento, outras têm a capacidade de modelar de forma integrada e consistente alguns aspectos necessários para uma aplicação WEB. Para alcançar o objetivo proposto, foram realizadas pesquisas nas várias áreas abrangidas pelo tema em evidência, tanto relativo ao processo tradicional (aplicação de prova utilizando metodologia tradicional), como o desenvolvimento de software mediado por computador e uso da Internet em si. A modelagem de desenvolvimento para Internet deve integrar características de técnicas de projeto de sistemas de hipermídia devido à natureza hipertextual da Internet. O uso de hiperdocumento como autômatos com saída está na forma básica de representação de hipertexto, em que cada fragmento de informação é associado a um nodo ou a um link (estado/transições) do grafo. Sendo assim, os arcos direcionados representam relacionamentos entre os nodos ou links, ou seja, uma passagem do nodo origem para o nodo destino. As n-uplas dos autômatos apresentam uma correspondência as estruturas de hiperdocumentos na WEB, seu estado/transição inicial corresponde a sua primeira página e suas transições definidas na função programa, funcionam como ligações lógicas, quando selecionadas durante a navegação do hipertexto. Entretanto, faz-se necessário um levantamento dos modelos de hipertextos e das ferramentas de implementação disponíveis para a Internet, a fim de que seja capaz de suportar as peculiaridades do ambiente. Tudo isso deve ser integrado preferencialmente em um paradigma de desenvolvimento amplamente aceito, para que os projetistas não tenham muitas dificuldades em assimilar os conceitos propostos. A proposta apresentada nesta dissertação, batizada de Hyper-Automaton (hipertexto e autômato), consiste na integração de um Curso na WEB, utilizando formalismo de Autômatos Finitos com Saída para a modelagem dos conceitos necessários e definição das fases adequadas para completar a especificação de Sistema Exercício e Avaliação, bem como a especificação da Geração Automática dos Exercícios e Avaliações baseadas em autômatos para a WEB. Os modelos criados abrangem conceitos de Máquina de Mealy, Máquina de Moore e Aplicações de Hiperdocumentos e Ferramentas de Programação para Internet, os mesmos já testados em caso real. Os parâmetros apurados, nos testes, serviram a uma seqüência de etapas importantes para modelar e complementar a especificação do sistema projetado. Com os parâmetros e etapas de modelagem, a metodologia Hyper-Automaton consegue integrar, de forma consistente, as vantagens de várias técnicas específicas de modelagem de documentos e sistemas de hipermídia. Essas vantagens, aliadas ao suporte às ferramentas de desenvolvimento para Internet, garantem que a metodologia fique adequada para a modelagem de Sistemas com aplicação de métodos de autômatos para exercícios e avaliação na WEB.

Ambiente visual para programação distribuída em java

Em vista da maior complexidade da programação paralela e distribuída em relação à programação de ambientes centralizados, novas ferramentas vêm sendo construídas com o objetivo de auxiliar o programador desses ambientes a desempenhar sua tarefa de formas mais eficazes e produtivas. Uma das ferramentas que há algum tempo tem sido usada na programação centralizada e aos poucos está sendo empregada também na programação concorrente é a programação visual. A programação visual se vale da presença de elementos visuais na especificação dos programas como peças chaves do processo de desenvolvimento de software. No caso específico da programação concorrente, a programação visual é especialmente útil pela capacidade que os gráficos têm de representar de forma mais adequada estruturas bidimensionais. Um programa concorrente, por relacionar no espaço diversos elementos com seus próprios fluxos de execução, faz surgir duas dimensões de análise que são mais difíceis de serem observadas através de programas textuais. Atualmente existem ferramentas de programação visual paralela e distribuída, mas a ênfase é dada na programação paralela, sem muita atenção a aplicações de sistemas abertos ou cliente-servidor. Além disso, tais ferramentas sofrem da falta de apoio à engenharia do software. Considerando essas deficiências, este trabalho apresenta uma ferramenta de programação visual para o desenvolvimento de aplicações compostas por objetos distribuídos que ofereça também a possibilidade de aplicar os principais conceitos da engenharia de software, como reutilização e orientação a objeto. Nesta ferramenta, o programador especifica de maneira visual a estrutura do seu programa, insere o código textual para a lógica da aplicação e o ambiente se encarrega do tratamento da distribuição e da comunicação de mais baixo nível. A aplicação é representada como um grafo dirigido, onde os nodos representam os objetos distribuídos e os arcos indicam os relacionamentos existentes entre esses objetos. A especificação dos programas é modular, baseando-se na reunião de componentes reutilizáveis, o que torna o sistema altamente configurável e extensível. Tanto a implementação da ferramenta quanto o código das aplicações geradas usam a linguagem de programação Java. A linguagem de programação visual projetada não especifica detalhes a respeito de como irá funcionar a comunicação e distribuição dos objetos. Portanto, foram implementados componentes para comunicação e outros recursos de programação distribuída, como locks e dados globais para serem usados nas aplicações. Para validar os principais objetivos da ferramenta, foram implementados alguns exemplos de aplicações distribuídas, como um pequeno sistema de bate-papo.

Particionamento de grafos de aplicações e mapeamento em grafos de arquiteturas heterogêneas

Esta pesquisa visa a modelagem de clusters de computadores, utilizando um modelo analítico simples que é representado por um grafo valorado denominado grafo da arquitetura. Para ilustrar tal metodologia, exemplificou-se a modelagem do cluster Myrinet/SCI do Instituto de Informática da UFRGS, que é do tipo heterogêneo e multiprocessado. A pesquisa visa também o estudo de métodos e tecnologias de software para o particionamento de grafos de aplicações e seu respectivo mapeamento sobre grafos de arquiteturas. Encontrar boas partições de grafos pode contribuir com a redução da comunicação entre processadores em uma máquina paralela. Para tal, utilizou-se o grafo da aplicação HIDRA, um dos trabalhos do GMCPAD, que modela o transporte de substâncias no Lago Guaíba. Um fator importante é o crescente avanço da oferta de recursos de alto desempenho como os clusters de computadores. Os clusters podem ser homogêneos, quando possuem um arquitetura com nós de mesma característica como: velocidade de processamento, quantidade de memória RAM e possuem a mesma rede de interconexão interligando-os. Eles também podem ser heterogêneos, quando alguns dos componentes dos nós diferem em capacidade ou tecnologia. A tendência é de clusters homogêneos se tornarem em clusters heterogêneos, como conseqüência das expansões e atualizações. Efetuar um particionamento que distribua a carga em clusters heterogêneos de acordo com o poder computacional de cada nó não é uma tarefa fácil, pois nenhum processador deve ficar ocioso e, tampouco, outros devem ficar sobrecarregados Vários métodos de particionamento e mapeamento de grafos foram estudados e três ferramentas (Chaco, Jostle e o Scotch) foram testadas com a aplicação e com a arquitetura modeladas. Foram realizados, ainda, vários experimentos modificando parâmetros de entrada das ferramentas e os resultados foram analisados. Foram considerados melhores resultados aqueles que apresentaram o menor número de corte de arestas, uma vez que esse parâmetro pode representar a comunicação entre os processadores de uma máquina paralela, e executaram o particionamento/mapeamento no menor tempo. O software Chaco e o software Jostle foram eficientes no balanceamento de carga por gerarem partições com praticamente o mesmo tamanho, sendo os resultados adequados para arquiteturas homogêneas. O software Scotch foi o único que permitiu o mapeamento do grafo da aplicação sobre o grafo da arquitetura com fidelidade, destacando-se também por executar particionamento com melhor qualidade e pela execução dos experimentos em um tempo significativamente menor que as outras ferramentas pesquisadas.

Pythonissa: uma linguagem visual para elaboração da previsão do tempo

Uma das maiores dificuldades encontradas pelos técnicos envolvidos na elaboração da previsão do tempo é a falta de integração entre o software de visualização usado por eles e os programas usados para escrever os boletins. Os previsores necessitam de um meio rápido e fácil de gerar previsões com outras formas de apresentação, além do formato de texto em que ela normalmente é produzida. A partir do estudo dessas dificuldades, formulou-se a hipótese de que seria benéfico criar uma linguagem visual para a criação da previsão do tempo, que permitisse gerar tanto o texto de um boletim meteorológico quanto as imagens correspondentes. Este trabalho descreve a especificação dessa linguagem, à qual se deu o nome de Pythonissa. Ela foi definida usando o formalismo de grafos e se constitui de um modelo da estrutura de um boletim de previsão do tempo. Em Pythonissa, cada região geográfica para a qual é feita a previsão é representada por um vértice em um grafo. Os fenômenos presentes na região também são representados por vértices, de outros tipos, ligados à região por arestas que denotam sua presença. Cada tipo de vértice e aresta tem mapeamentos para representações gráficas e para elementos de controle em uma interface com o usuário. A partir da linguagem, foi implementado um protótipo preliminar, no qual é possível criar um boletim de por meio de uma interface visual e gerar o texto e a imagem correspondentes. Foi dado início, também, à construção de um framework para integração da linguagem a um ambiente de visualização de dados, de modo a produzir uma aplicação utilizável em um ambiente de trabalho real. Para isto foram usados o software de visualização Vis5D e a linguagem de scripts Python. A este framework, se deu o nome de Py5D.

DEPAnalyzer: um modelo de análise estática de dependências para programas orientados a objetos

Este trabalho apresenta um modelo de análise estática de programas orientados a objetos, o qual se denomina DEPAnalyzer (DEPendencies Analyzer). O modelo realiza a análise das dependências entre as classes de um programa, ou seja, os relacionamentos estabelecidos entre estas. As classes representam as entidades estáticas, as quais em tempo de execução darão origem a conjuntos de objetos. Através da simulação do programa o modelo consegue obter as informações sobre quem se relaciona com quem e qual é a intensidade destes relacionamentos. Estas informações visam auxiliar no processo de escalonamento de um programa em uma arquitetura distribuída. Para expressar estes relacionamentos podem ser gerados dois grafos, o grafo de dependências e o grafo de invocações. A geração de um ou de ambos depende do propósito de utilização, ou seja, alocação inicial ou redistribuição dos objetos. O grafo de dependências apresenta uma versão resumida dos relacionamentos. Este adequa-se a auxiliar no processo de distribuição inicial por propiciar um panorama geral dos relacionamentos sem considerar a ordenação de ocorrência das ações. Por sua vez o grafo de invocações tem como propósito a discriminação da ordem de ocorrência das ações de uma aplicação. Viabilizando a utilização deste por parte do processo de redistribuição dos objetos.

Grafos internos e multirrelações como "spans" : propriedades e composicionalidade

Um span em uma categoria é um par ordenado de morfismos dessa categoria, ambos com origem num mesmo objeto. O destino do primeiro morfismo é a origem do span e o destino do segundo morfismo é o destino do span. Spans, embora sejam uma estrutura bastante simples numa categoria e tenham uma definição também bastante simples, são versáteis, pois, com especializações sutis apresentadas aqui, são capazes de representar outras estruturas, tais como as tratadas nesses trabalho: relações binárias, multirrelações binárias, grafos e, em conjunto com um morfismo adicional, sistemas de transições etiquetadas (LTS). Permitem ainda, como proposto nesse trabalho, definir de forma também simples, redes de Petri como sendo um endospan em uma categoria. Mostra-se que a composição de spans aplicada a essas estruturas é capaz de expresar a composição de multirrelações — mas não de relações —, uma composição de grafos cujo grafo resultante indica caminhos em que cada parte é uma aresta de um dos grafos operados, uma composição de LTS cujo LTS resultante apresenta transações que podem ser compostas por transições de diferentes LTS e uma composição de redes de Petri cujo resultado também apresenta transações compostas por transições que podem ser realizadas em redes de Petri distintas. Mostra-se algumas propriedades dessas composições, bem como suas provas. Como verificar propriedades de relações e de grafos através de spans também é proposto.