Informatique de Base

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Informatique de Base

• Michaël Petit
• 2ème Candi Sc.Eco. Option Info.
• Année 2000-2001
• mpe_at_info.fundp.ac.be
• Bureau 202a, Institut d'Informatique

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Introduction (1)

• Les autres cours de programmation en candi
  insistent sur l importance
• d une méthode de programmation (raisonnement
  rigoureux)
• de conceptualiser / modéliser le problème avant
  d implémenter
• de spécifier les programmes
• de prouver / vérifier que les programmes sont
  corrects
• Mais les problèmes traités dans ces cours sont
• de petite taille (1 ou 2 pages de programme)
• clairement définis
• souvent résolus individuellement
• ? La nécessité de méthode, spécification et
  preuve peut ne pas être directement évidente

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Introduction (2)

• Dans d autres situations, les problèmes seront
  plus difficiles à résoudre car
• plus complexes
• mal définis
• résolus en équipe
• Objectifs du cours
• Faire ressentir l importance de structurer,
  conceptualiser et spécifier le problème
• Apprendre des techniques simples pour approcher
  les problèmes complexes
• Intitulé
• Informatique de Base
• Développement d Applications Informatiques en
  Equipe

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Contenu du Cours

• Partie théorique (15h)
• Eléments de méthodes/techniques utiles pour la
  résolution (programmation) de problèmes
  informatiques complexes
• Travail Pratique (15h)
• Réalisation d un programme de taille importante
• Travail en équipe
• Rapports à remettre
• contenu technique (spécifications, programmes,)
• contenu évaluatif (problèmes rencontrés,
  évaluation des techniques,)
• Déroulement en alternance (? 1/2)
• Evaluation
• TP 50
• Examen (théorie application) 50

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Facteurs de Difficultés

• Complexité du problème
• Problème mal défini
• Travail en équipe

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Facteurs de DifficultésComplexité du Problème

• Complexité des données
• calcul de différence de dates versus
  représentation des composants d'une TV
• Complexité des fonctionnalités
• gestion carnet d'adresses versus système
  d'assistance au pilotage d'un avion
• Taille (nombre de données/fonctions)
• gestion carnet d'adresses personnel vs gestion
  des patients d'un hopital
• Hétérogénéité
• gestion de videothèque vs programme de paye

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Complexité du ProblèmeSolutions

• Conceptualisation (description des concepts)
• Abstraction (ommission des détails)
• Décomposition/structuration
• Travail en équipe
• Elaboration des tests

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Facteurs de DifficultésProblème mal défini

• Description incomplète
• ex fonctionnalité manquante
• Description d'une solution au lieu du problème
  lui-même
• en dit trop (sur la solution) et pas assez (sur
  le problème)
• ex décrire comment trier une liste au lieu de
  dire qu'elle doit être triée
• Description ambiguë/imprécise
• plusieurs interprétations possibles
• ex "plus petit que"
• Description erronée
• contient des affirmations fausse ou incohérentes
• ex "une nombre premier est divisible", "4 est
  un nombre premier"

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Problème mal défini Solutions

• Spécification claire/précise du problème
• Relecture de la specification du problème

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Facteurs de DifficultésTravail en équipe

• Compréhension différente du problème ? solutions
  incompatibles
• Résolution individuelle de parties séparées du
  problème ? chacun a une vue partielle
• Chacun a tendance à penser que sa solution est la
  meilleure? essaye d'imposer

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Travail en équipe Solutions

• Conceptualisation initiale du problème et partage
  de cette conceptualisation
• Spécification précise du problème et de sa
  solution
• Relecture de la specification du problème et de
  la solution
• Elaboration de jeux de tests pour l'ensemble du
  programme

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Plan du cours

• Techniques de
• Conceptualisation (modélisation) et Abstraction
• Structuration
• Modularité
• Spécification
• Révision de spécification
• Tests

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Techniques de Conceptualisation de Problèmes
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Conceptualiser ?

• Identifier et définir les concepts du problème
  abordé
• Pour bien le comprendre
• Afin d'élaborer une solution adéquate

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Conceptualisation du ProblèmeEtapes

• 1.Identifier et décrire les limites et le
  contexte du programme
• 2. Identifier et décrire les fonctionnalités
  (procédures) principales
• 3. Identifier et décrire les données (variables
  et types) manipulées par le programme

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Conceptualisation du ProblèmeDécrire les
Limites et le Contexte

• Objectif
• Décider ce qui est dans le programme et ce qui
  n'y est pas
• Montrer ce qui peut influencer le comportement du
  programme ou être influencé par le programme
• Outil diagramme de contexte
• graphe
• Nœuds Agents
• Arcs Interactions
• Description des agents et interactions

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Diagramme de contexte Agents

• Agent central
• le programme à créer
• vu comme une boîte noire (abstraction)
• Agents périphériques
• tout ce qui a une interaction avec le programme
• mais n'en fait pas partie
• vus comme des boîtes noires (abstraction).
• Types d'agents
• humains (utilisateurs, )
• logiciels (autres programmes existants)
• matériels (machines, appareils,)

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Diagramme de contexte Interactions

• Programme - utilisateur
• choix de fonctionnalité à exécuter
• données introduites
• résultats affichés
• Programme - autre programme
• données reçues ou fournies
• appels de fonctionnalités du programme ou par le
  programme
• Programme - machine, appareil
• événements générés ou données envoyées par la
  machine
• ordres ou données envoyés à la machine
• Eventuellement
• identifier les interactions entre les agents
  périphériques

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Diagramme de ContexteExemple - Ascenseur (1)
Cage
Entrer/Sortir
Monter/ Descendre
Utilisateur(s) d'ascenseur
Etage
Appeler
Moteur
Programme de contrôle d'ascenseur
Démarrer/ Arrêter
DemanderEtage
Ouvrir/ Fermer
Portes
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Diagramme de ContexteExemple - Ascenseur (2)

• Description agents
• Programme de contrôle d'ascenseur le programme à
  réaliser. En fonction des appels et demandes
  d'étage de l'utilisateur, il commande le moteur
  et les portes pour y répondre.
• Moteur appareil électrique qui peut tourner dans
  le sens des aiguilles d'une montre, ou dans le
  sens inverse. Se met à tourner dans le sens
  demandé par le programme sur ordre de celui-ci.
• Description interactions
• Monter lorsque le moteur tourne dans le sens des
  aiguilles d'une montre, il produit une effet sur
  la cage (il la fait monter d'un étage à la fois)
• Appeler l'utilisateur d'ascenseur appuie sur le
  bouton pour demander au contrôleur la venue de la
  cage à un étage donné.
• EtageCage la cage indique au contrôleur l'étage
  auquel elle se trouve

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Diagramme de contexte Interactions

• Pour chaque interaction
• lui donner un nom
• si c'est un échange de données, identifier le
  type de données
• si c'est appel de procédure, un ordre donné ou un
  événement,
• indiquer si des données sont passées
• le type des données
• Exemple
• EtageCage ETAGE
• ETAGE Entier compris entre -2 et 5
• Appeler(EtageAppel ETAGE)
• DemanderEtage(EtageDemandé ETAGE)
• Ouvrir (ordre d'ouverture des portes) n'a pas de
  donnée associée
• Démarrer(sens Haut,Bas,Non)

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Diagramme de ContexteRemarques

• Programmes classiques
• pas d'agents matériels
• programme utilisateur(s) éventuellement
  programmes existants
• Un agent peut représenter
• une personne physique ou
• un rôle joué par une personne physique dans ses
  interactions avec le programme
• Exemple programme de paye des employés
• Encodeur des barèmes
• Utilisateur normal (consulte liste employés)

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Conceptualisation du ProblèmeDécrire les
Fonctionnalités Principales

• Objectif
• Décrire ce que le programme doit faire en réponse
  aux interactions de son environnement (agents
  périphériques)
• Quelles données produire, événements générer et
  appels de procédures envoyer à l'environnement en
  fonction des demandes, événements ou données
  reçues de celui-ci
• Fonctionnalité - procédure
• Outil Diagramme fonctionnel.
• Par ex. IDEF0, SADT, ...
• Graphique
• nœuds fonctionnalité (ou fonction) et données
  (ou événements)
• arc donnée ? fonction donnée utilisée par la
  fonctionnalité (paramètre en entrée)
• arc fonction ? donnée donnée produite par la
  fonctionnalité (paramètre en sortie)

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Diagramme Fonctionnel Fonctions

• Identifier les données en entrée et en sortie
  décrire une entête de procédure
• Fonctionnalité principales ce qui est visible à
  l'extérieur du programme
• déclenché à la demande d'un agent périphérique
  et/ou
• produit un effet à destination d'un agent
  périphérique
• Décrire l'objectif de chaque fonction (comment
  elle transforme les données) en français

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Diagramme FonctionnelExemple - Ascenseur
2 fonctions principales
Démarrer(sens)
Appeler(EtageAppel)
Aller Chercher Utilisateur
Arrêter
Ouvrir
EtageCage
DemanderEtage (EtageDemandé)
Fermer
Aller Déposer Utilisateur
Démarrer(sens)
EtageCage
Arrêter
Ouvrir
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Diagramme FonctionnelExemple - Ascenseur -
Description objectif des fonctions

• Fonction Aller Chercher Utilisateur Sur base
  d'un étage où l'utilisateur a effectué un appel
  et de l'étage où se trouve actuellement la cage,
  émettre un ordre de démarrage à destination du
  moteur (indiquant le sens de rotation adéquat).
  Lorsque l'étage est atteint par la cage, emettre
  un ordre d'arrêt au moteur et un ordre
  d'ouverture des portes.
• Fonction Aller Déposer Utilisateur Sur base d'un
  étage où l'utilisateur veut aller et de l'étage
  où se trouve actuellement la cage, émettre un
  ordre de fermeture des portes, puis un ordre de
  démarrage à destination du moteur (indiquant le
  sens de rotation adéquat). Lorsque l'étage est
  atteint par la cage, emettre un ordre d'arrêt au
  moteur, puis un ordre d'ouverture des portes.

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Diagramme FonctionnelRemarques

• Les données identifiées dans le diagramme
  fonctionnel doivent correspondre aux données
  identifiés dans le diagramme de contexte dans les
  interactions
• On utilisera le même nom pour faire la
  correspondance

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Conceptualisation du Problème Décrire les
Données

• Objectif
• Préciser pour chaque donnée identifiée dans les
  diagrammes précédents son type
• Décrire les données manipulées (reçues ou
  produites) par le programme
• Outil
• Exemples de yypes de données
• simples et connus entiers, réels, booléens,
  rationnels,
• énumérations de valeurs ex SENSHaut,Bas,Non
  , couleurnoir,jaune,rouge
• Intervalles ex -2,10
• type construits (complexes)
• séquence/suite
• record
• ensemble

.
.
.
.
.
.
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Décrire les donnéesRemarques

• Attention à la différence entre variable et type
• Structure logique (versus physique)
• voir cours Baudouin Le Charlier
• pour la conceptualisation, utiliser des
  structures logiques!
• ex Pile et pas liste chaînée
• Au niveau d'abstraction adéquat
• ne doit pas nécessairement spécifier toute la
  structure de données

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Types de donnéesTypes Énumération

• Définition
• Type Ensemble de valeurs
• Variable de ce type à tout moment une et une
  seule valeur parmi cet ensemble
• Utiliser quand
• On connaît toutes les valeurs possibles
• valeurs en nombre fixe et limité
• valeurs ne correspondent pas à celles d'un type
  simple connu (booléen, réel,)
• Syntaxe par exemple
• SENSHaut,Bas,Non

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Types de donnéesSéquences/suites

• Définition
• Type ensemble des suites (éventuellement vide)
  dont chacune des valeurs est d'un type donné
• Une variable de ce type contient une séquence
  (éventuellement vide) de valeurs
• Utiliser quand
• l'ordre est important
• des doubles peuvent apparaître
• on veut manipuler des sous-séquences
• Syntaxes possibles
• LISTE-LIVRES SuiteLIVRE

a1 a2 a3 an
ai LIVRE (pour tout i)
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Types de donnéesEnsembles

• Définition
• Type ensemble des ensembles qui peuvent être
  formés à partir de zéro, une ou plusieurs valeurs
  d'un autre type donné
• Variable de ce type contient un ensemble
  (éventuellement vide) qui contient des valeurs du
  type donné
• Utiliser quand
• l'ordre entre les valeurs n'est pas important
• des doubles ne peuvent pas apparaître
• on veut tester l'appartenance, l'inclusion, ...
• Syntaxes possibles
• ENSEMBLE-LIVRES EnsLIVRE

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Techniques de Structuration de Problèmes

• Décomposition des fonctions
• Modularité

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Structuration du problème Décomposition des
Fonctions
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Décomposition des Fonctions

• Objectif
• décomposer le(s) problème(s) complexe(s) en
  problèmes plus simples
• diviser pour régner
• décomposer une procédure en sous-procédures
• les sous-problèmes rapprochent chacun de la
  solution globale
• Outils
• Diagramme de décomposition fonctionnelle
• montrer le lien entre une fonction et une
  sous-fonction
• Diagramme fonctionnel
• pour chaque sous fonction
• Diagramme fonctionnel de flux
• montrer comment les résultats produits par une
  sous-fonction sont utiles pour la suivante

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Diagramme de Décomposition Fonctionnelle Exemple
- Ascenseur (1)

• Reduire le problème à des problèmes plus simple

Aller Chercher Utilisateur
Déterminer Sens Appel
Envoyer Ordre Demarrage
Envoyer Ordre Arrêt
Ouvrir Portes
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Diagramme de Décomposition Fonctionnelle Exemple
- Ascenseur (2)
Aller Déposer Utilisateur
Déterminer Sens Dépôt
Envoyer Ordre Demarrage
Envoyer Ordre Arrêt
Ouvrir Portes
Fermer Portes
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Diagramme de Décomposition Fonctionnelle
Remarques

• Trouver un bon équilibre entre les sous-fonctions
• pas décomposer si trivial
• décomposer en fonction de complexité comparable
• Une sous-fonction peut être réutilisée dans
  plusieurs fonctions
• Par exemple Ouvrir Portes
• On peut réappliquer la décomposition aux
  sous-fonctions
• Décompositions fréquentes
• entrée de données / Traitement / Affichage
• identifier des fonctions qui portent sur les
  mêmes données (ex opérations sur une pile)

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Diagramme Fonctionnel pour les sous-fonctions
Exemple - Ascenseur (1)
Appeler (EtageAppel)
Démarrer(sens)
Aller Chercher Utilisateur
Arrêter
Ouvrir
EtageCage
EtageAppel
Envoyer Ordre Demarrage
Déterminer Sens Appel
Démarrer (sens)
sens
sens
EtageCage
ÉtageAppel
Envoyer Ordre Arrêt
Ouvrir Portes
Arrêter
Ouvrir
EtageCage
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Diagramme Fonctionnel pour les sous-fonctions
Exemple - Ascenseur (2)
Fermer
DemanderEtage (EtageDemandé)
Démarrer(sens)
Aller Déposer Utilisateur
Arrêter
Ouvrir
EtageCage
EtageDemandé
Envoyer Ordre Demarrage
Déterminer Sens Dépôt
Démarrer (sens)
sens
sens
EtageCage
Ouvrir Portes
EtageDemandé
Ouvrir
Envoyer Ordre Arrêt
Arrêter
EtageCage
Fermer Portes
Fermer
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Diagramme Fonctionnel pour les sous-fonctions
Remarques

• Les entrées de la fonction décomposée doivent
  correspondre aux entrées de certaines
  sous-fonctions
• Idem pour les sorties
• Pour chaque sous-fonction
• décrire l'objectif
• typer les données
• (voir Conceptualisation de problèmes - diagramme
  fonctionnel)

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Diagramme fonctionnel de flux

• Montrer
• dans quel ordre les sous-fonctions ont lieu dans
  le cadre de l'exécution de la fonction
• comment les résultats produits par une
  sous-fonctions sont utilisés par la sous-fonction
  suivante
• Liens
• enchaînement des fonctions
• liaison entre les données en sortie de
  sous-fonctions et les données en entrée d'autres

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Diagramme fonctionnel de flux Exemple Ascenseur
Aller Chercher Utilisateur
Enchaînement (ordre) des fonctions

EtageAppel
Déterminer Sens Appel
EtageCage
sens
Envoyer Ordre Demarrage
Démarrer (sens)
ÉtageAppel
Envoyer Ordre Arrêt
Arrêter
EtageCage
Ouvrir Portes
Ouvrir
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Diagramme fonctionnel de flux Remarques

• On peut avoir une itération sur une sous-fonction

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Diagramme fonctionnel de flux Programme
Correspondant

• Les fonctions décomposée est une procédure
• Les sous-fonctions sont des sous-procédures de
  celle-ci
• Les données en entrée et sortie (E/S) de la
  fonction sont des paramètres de la procédure ou
  des variables globales
• L'enchaînement est représenté par le "flux de
  contrôle du programme"
• appel des sous-procédures dans l'ordre spécifié
• en passant les paramètres liés
• Les données en E/S des sous-fonctions sont des
  paramètres des sous-procédures
• Les données liées qui ne sont pas des E/S de la
  fonction sont des variables internes de la
  procédure

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Programme Correspondant Exemple Ascenseur

• Hypothèses
• La donnée "EtageCage" peut être obtenue en
  appelant une procédure (fournie par l'agent
  "Cage") qui renvoie à la demande l'étage où se
  trouve la cage
• Le moteur peut être commandé (démarré ou arrêté)
  par des appels de procédures (fournies par
  l'agent "Moteur")
• Les portes peuvent être commandées (ouvertes ou
  fermées) par des appels de procédures (fournies
  par l'agent "Portes")

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Programme Correspondant Exemple Ascenseur

• Procedure AllerChercherUtilisateur(EtageAppel
  ETAGE)
• Procedure DéterminerSensAppel(ea, ec ETAGE var
  s SENS)
• begin
• if (ea ec) then sNon
• else if (ea lt ec) then sBas
• else sHaut
• end
• Procedure EnvoyerOrdreDémarrage(s SENS)
• begin
• Démarrer(s)
• end
• EnvoyerOrdreArrêt(ea ETAGE)
• var ec ETAGE
• begin
• RecevoirEtageCage(ec)
• while (ec ltgt ea) do

• var int EtageCage
• SENS Sens
• begin
• RecevoirEtageCage(EtageCage)
• DéterminerSensAppel(EtageAppel, EtageCage,
  Sens)
• EnvoyerOrdreDémarrage(Sens)
• EnvoyerOrdreArrêt(EtageAppel)
• OuvrirPortes
• end

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Techniques de Structuration Modularité
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Modularité

• Définition (Larousse)
• Modulaire constitué d'un ensemble de modules
• Module Unité fonctionnelle d'équipement
  susceptible d'être utilisée avec une autre
• Utilisation pour les problèmes complexes
• Un problème/programme complexe peut être découpé
  en modules
• Les modules seront combinés pour obtenir la
  solution complète
• On peut s'intéresser à chaque module séparément
• l'un après l'autre
• en même temps, par des personnes différentes
• Dans notre cas
• un module un groupement de fonctions et de
  données identifiées lors de la décomposition
  fonctionnelle

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Modules Qualités attendues (1)

• Simplicité et homogénéité maximiser la cohésion
  interne
• Les choses groupées dans un module ont un rapport
  évident entre elles
• Les données et fonctions goupées à l'intérieur
  d'un sous système sont fortement "liées".
• Par exemple
• Grouper une donnée et les fonctions qui portent
  dessus
• Grouper une fonction et ses sous-fonctions
• Grouper des données dont les valeurs dépendent
  l'une de l'autre
• ...

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Modules Qualités attendues (2)

• Indépendance minimiser le couplage
• Les choses qui sont dans des modules différents
  ont peu de lien entre elles
• Les données et fonctions de sous-systèmes
  différents sont faiblement liés
• Par exemple
• Séparer données et fonctions qui ne portent pas
  sur cette donnée
• Séparer des fonctions qui n'ont rien à voir l'une
  avec l'autre (l'une n'est pas une sous-fonction
  de l'autre, l'une n'utilise pas de résultat de
  l'autre,)
• Séparer des données qui ne sont pas liées

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Exemples de Modules

• Type abstrait de données Groupement dans une
  unité
• d'un type de donnée
• des opérations qui agissent sur les données de ce
  type
• Exemple
• PILEX
• Add, Remove,
• Unit Pascal Groupement dans une unité
• de fonctions qui peuvent être utilisées par un
  programme
• des sous-fonctions nécessaires pour implémenter
  ces fonctions
• des données internes utiles pour ces implémenter
  ces fonctions
• Exemple
• Unit pour traiter des matrices (transposer,)

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Modules Exemple - Ascenseur
Gestion des Requêtes Utilisateur
Fermer
Gestion du Moteur
DemanderEtage (EtageDemandé)
Démarrer(sens)
Aller Déposer Utilisateur
Arrêter
Envoyer Ordre Arrêt
EtageCage
EtageDemandé
Ouvrir
Arrêter
Démarrer(sens)
EtageCage
Appeler (EtageAppel)
Aller Chercher Utilisateur
Arrêter
Envoyer Ordre Demarrage
EtageCage
Ouvrir
Démarrer (sens)
sens
EtageDemandé
Déterminer Sens Dépôt
sens
EtageCage
EtageAppel
Déterminer Sens Appel
sens
Gestion des Portes
EtageCage
Ouvrir Portes
Ouvrir
Fermer Portes
Fermer
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Description des interactions entre modules
Diagramme de Contexte
Cage
Etage
Utilisateur(s) d'ascenseur
Etage
Appeler
Moteur
EnvoyerOrdreDémarrage
DemanderEtage
Démarrer/ Arrêter
Gestion des requêtes Utilisateurs
Gestion du Moteur
EnvoyerOrdreArrêt
OuvrirPortes/ FermerPortes
Gestion des Portes
Portes
Ouvrir/ Fermer
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Description des interactions entre modules
Diagramme de Contexte

• Un module un agent
• Les interactions qui reliaient un agent
  "périphérique" (externe au programme) restent
  mais sont rattachées à un agent (module) interne
  au programme
• Des nouvelles interactions internes au programme
  montrent
• les appels de procédures entre modules
• les données qui passent d'un module à l'autre