Abstract State Machine TutorialThe

Abstract State Machine Tutorial

The method built around the notion of Abstract State Machine (ASM) has been proved to be a scientifically well founded and an industrially viable method for the design and analysis of complex systems, which has been applied successfully to programming languages, protocols, embedded systems, architectures, requirements engineering, etc. The analysis covers both verification and validation, using mathematical reasoning (possibly theorem-prover-verified or model-checked) or experimental simulation (by running the executable models). The tutorial, presented by Egon Börger, starts from scratch by introducing the definition and simple examples of ASMs. Their major scientific and industrial applications are surveyed, covering the period from 1990 to 2000. Then an outstanding case study is presented, namely the ASM Definition and Analysis (Verification and Validation) of Java and the Java Virtual Machine (book by Robert Stärk, Joachim Schmid, and Egon Börger). The tutorial concludes with an introduction, presented by Joachim Schmid, of AsmGofer, an ASM programming system making ASM models executable by programming the external functions in Haskell. The AsmGofer introduction includes a demo of the executable versions of the Java/JVM ASM models.
What are Abstract State Machines

The advances in the theory, the tool development, and the progressive industrial employment of Abstract State Machines (ASMs) in the 90's have turned ASMs into a practical technique for disciplined rigorous system engineering in the large. See www.eecs.umich.edu/gasm for the hundreds of papers published on ASMs and their applications, covering high-level design and analysis of real-life programming languages and their implementations on virtual or real machines (e.g. Java/JVM, C, VHDL, SDL), of protocols (e.g. Kermit, Kerberos), embedded system control programs, architectures (RISC processors, PVM, APE, ASIC components), requirements capture, etc.
Although the definition of ASMs is surprisingly simple (see below), Abstract State Machines offer a certain number of theoretically well-founded and industrially useful methods that support the entire software development cycle. These include rigorous modelling and analysis methods (both mathematical verification and experimental validation) for

(i) the requirements, during the early phases of software development, supporting their elicitation, specification, inspection, and testing through so-called ground models, and

(ii) the refinement of the high level models, through a design process which reliably connects the requirements to the code, supporting a practical documentation discipline for code maintenance and reuse.

The operational and abstract character of ASMs
makes the faithfulness of the definitions with respect to the design intentions checkable by direct inspection (falsifiable in the Popperian sense),
supports, by stepwise refinements, linking the high-level definition in a transparent way to its implementation, where each refinement step reflects design decisions one wants to be documented for future reference (reuse, maintenance),
· provides a convenient basis for turning the abstract definitions into executable models which can be used for validation and experiments,

· simplifies the (mathematical or machine checked) justification of the correctness of the design offering a rigorous framework for the analysis of run-time properties at the appropriate level of abstraction.

For a non-technical introduction explaining the ASM method, surveying its major applications prior to 1999, and comparing it to other major modelling approaches in the literature, see High Level System Design and Analysis using Abstract State Machines .ps (also in .pdf format) ( Abstract)

Definition of Abstract State Machines (Yuri Gurevich 1988)

A sequential ASM is defined as a set of transition rules of form


if Condition then Updates
which transform first-order structures (the states of the machine), where the guard Condition, which has to be satisfied for a rule to be applicable, is a variable free first-order formula, and Updates is a finite set of function updates (containing only variable free terms) of form


f (t1,...,tn) := t
The execution of these rules is understood as updating, in the given state and in the indicated way, the value of the function f at the indicated parameters, leaving everything else unchanged. (This proviso avoids the frame problem of declarative approaches.) In every state, all the rules which are applicable are simultaneously applied (if the updates are consistent) to produce the next state. If desired or useful, declarative features can be built into an ASM by integrity constraints and by assumptions on the state, on the environment, and on the applicability of rules.

For distributed ASMs, the notion of run, which is defined for sequential systems as sequence of computation steps of a

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

บทคัดย่อรัฐเครื่อง Tutorial วิธีการที่สร้างขึ้นรอบ ๆ ความคิดของบทคัดย่อเครื่องรัฐ (ASM) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นก่อตั้งดีทางวิทยาศาสตร์และวิธีการทำงานในอุตสาหกรรมการออกแบบและวิเคราะห์ระบบที่ซับซ้อนซึ่งได้ถูกนำมาใช้ประสบความสำเร็จในการเขียนโปรแกรมภาษาโปรโตคอล ระบบฝังตัวสถาปัตยกรรมวิศวกรรมความต้องการ ฯลฯ การวิเคราะห์ครอบคลุมทั้งการตรวจสอบและการตรวจสอบการใช้เหตุผลทางคณิตศาสตร์ (อาจทฤษฎีบท-prover การตรวจสอบหรือการตรวจสอบรูปแบบ) หรือการจำลองการทดลอง (โดยใช้รูปแบบการปฏิบัติการ) กวดวิชาที่นำเสนอโดย Egon Borger เริ่มต้นจากรอยขีดข่วนโดยการแนะนำความหมายและตัวอย่างง่ายๆของ ASMS ของพวกเขาที่สำคัญการใช้งานทางวิทยาศาสตร์และอุตสาหกรรมสำรวจครอบคลุมระยะเวลาตั้งแต่ปี 1990 ถึงปี 2000 แล้วกรณีศึกษาที่โดดเด่นที่จะนำเสนอคือนิยาม ASM และวิเคราะห์ (การตรวจสอบและการตรวจสอบ) ของ Java และโปรแกรม Java Virtual Machine (หนังสือโดยโรเบิร์ตสตาร์โจอาคิม ชมิดและ Egon Borger) กวดวิชาสรุปด้วยการแนะนำที่นำเสนอโดยโจอาคิมชมิดของ AsmGofer ระบบการเขียนโปรแกรม ASM ASM การทำแบบจำลองที่ปฏิบัติการโดยการเขียนโปรแกรมฟังก์ชั่นภายนอกใน Haskell แนะนำ AsmGofer รวมถึงการสาธิตรุ่นที่ปฏิบัติการของ Java / JVM รุ่น ASM ได้. สิ่งที่เป็นนามธรรมรัฐเครื่องก้าวหน้าในทฤษฎีการพัฒนาเครื่องมือและการจ้างงานในอุตสาหกรรมความก้าวหน้าของบทคัดย่อรัฐเครื่อง (ASMS) ใน 90 ได้เปิด ASMS เป็นเทคนิคการปฏิบัติสำหรับระบบวิศวกรรมที่เข้มงวดมีระเบียบวินัยในที่มีขนาดใหญ่ ดู www.eecs.umich.edu/gasm สำหรับหลายร้อยเอกสารที่เผยแพร่บน ASMS และการใช้งานของพวกเขาที่ครอบคลุมการออกแบบระดับสูงและการวิเคราะห์การเขียนโปรแกรมภาษาในชีวิตจริงและการใช้งานของพวกเขาในเครื่องเสมือนจริงหรือ (เช่น Java / JVM, C , VHDL, SDL) ของโปรโตคอล (เช่นมิต, Kerberos) ฝังโปรแกรมการควบคุมระบบสถาปัตยกรรม (ประมวลผล RISC, PVM, APE, ส่วนประกอบ ASIC), จับความต้องการ ฯลฯแม้ว่าความหมายของ ASMS เป็นเรื่องง่ายที่น่าแปลกใจ (ดูด้านล่าง) , เครื่องบทคัดย่อรัฐมีจำนวนที่แน่นอนของวิธีการในทางทฤษฎีที่ดีและมีประโยชน์ก่อตั้งอุตสาหกรรมที่สนับสนุนวงจรการพัฒนาซอฟแวร์ทั้งหมด เหล่านี้รวมถึงการสร้างแบบจำลองอย่างเข้มงวดและวิธีการวิเคราะห์ (ทั้งการตรวจสอบทางคณิตศาสตร์และการตรวจสอบการทดลอง) สำหรับ(i) ความต้องการในระหว่างขั้นตอนแรกของการพัฒนาซอฟแวร์ที่สนับสนุนการสอบถามของพวกเขาข้อกำหนดการตรวจสอบและทดสอบผ่านที่เรียกว่าแบบจำลองพื้นดินและ(ii ) การปรับแต่งของรุ่นในระดับสูงที่ผ่านขั้นตอนการออกแบบที่เชื่อถือได้เชื่อมต่อความต้องการที่จะรหัสสนับสนุนวินัยเอกสารในทางปฏิบัติสำหรับการบำรุงรักษารหัสและนำมาใช้ใหม่. ตัวละครการดำเนินงานและนามธรรมของ ASMS ทำให้ความสัตย์ซื่อของคำนิยามที่เกี่ยวกับ ความตั้งใจออกแบบ checkable โดยการตรวจสอบโดยตรง (หลอกในความรู้สึก Popperian) สนับสนุนโดยการปรับแต่งแบบขั้นตอนการเชื่อมโยงความละเอียดสูงระดับในทางที่โปร่งใสในการดำเนินงานซึ่งแต่ละขั้นตอนการปรับแต่งสะท้อนให้เห็นถึงการตัดสินใจการออกแบบใครต้องการที่จะได้รับการบันทึกเพื่ออ้างอิงในอนาคต ( ที่นำมาใช้ในการบำรุงรักษา) ·มีพื้นฐานที่สะดวกสำหรับการเปลี่ยนคำจำกัดความที่เป็นนามธรรมในรูปแบบปฏิบัติการที่สามารถใช้สำหรับการตรวจสอบและทดลอง·ง่าย (คณิตศาสตร์หรือเครื่องตรวจสอบ) เหตุผลความถูกต้องของการออกแบบที่นำเสนอกรอบการทำงานที่เข้มงวดสำหรับการวิเคราะห์ ของเวลาทำงานคุณสมบัติในระดับที่เหมาะสมของนามธรรม. สำหรับการแนะนำที่ไม่ใช่ทางด้านเทคนิคอธิบายวิธี ASM การสำรวจการใช้งานที่สำคัญก่อนที่จะปี 1999 และเปรียบเทียบกับการสร้างแบบจำลองอื่น ๆ ที่สำคัญแนวทางในวรรณคดีให้ดูที่การออกแบบระบบระดับสูงและการวิเคราะห์ โดยใช้เครื่องบทคัดย่อรัฐ .ps (ยังอยู่ในรูปแบบ .pdf) (Abstract) ความหมายของรัฐบทคัดย่อเครื่อง (ยูริซค์ 1988) ASM ลำดับถูกกำหนดให้เป็นชุดของกฎการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบถ้าสภาพอัพเดทแล้วซึ่งเปลี่ยนโครงสร้างลำดับแรก( รัฐของเครื่อง) ซึ่งสภาพยามที่จะต้องมีความพึงพอใจสำหรับกฎที่จะบังคับใช้เป็นตัวแปรฟรีสูตรแรกการสั่งซื้อและการปรับปรุงคือขอบเขตของการปรับปรุงฟังก์ชั่น (ที่มีเพียงแง่ฟรีตัวแปร) ของ รูปแบบf (t1, ... , TN) = เสื้อการดำเนินการของกฎเหล่านี้เป็นที่เข้าใจกันปรับปรุงในรัฐที่กำหนดและในทางที่ระบุค่าของฟังก์ชันf ที่พารามิเตอร์ที่ระบุทิ้งทุกอย่างอื่นไม่เปลี่ยนแปลง (เงื่อนไขนี้หลีกเลี่ยงปัญหากรอบของวิธีการที่เปิดเผย.) ในทุกรัฐทุกกฎที่มีผลบังคับใช้พร้อมกันถูกนำมาใช้ (ถ้ามีการปรับปรุงมีความสอดคล้องกัน) ในการผลิตของรัฐต่อไป ถ้าต้องการหรือมีประโยชน์คุณสมบัติที่เปิดเผยสามารถสร้างเป็น ASM ด้วยข้อ จำกัด ความสมบูรณ์และสมมติฐานในรัฐที่มีต่อสิ่งแวดล้อมและการบังคับใช้กฎระเบียบ. สำหรับ ASMS กระจายความคิดของการทำงานซึ่งถูกกำหนดสำหรับระบบต่อเนื่องเป็น ลำดับขั้นตอนการคำนวณของ