7 : N p.1/105

プログラミング入門

第

7

回「状態遷移図によるシステムの記述」

講師

:

斉藤 賢爾

ks91@sfc.wide.ad.jp ∆ 棟 N205 2004 年度秋学期

今日のメニュー

はじめに

前回のおさらい

課題レビュー

状態遷移図で描く

練習問題

:

ストップウォッチ

課題の出題

実習

はじめに

今週の配布物

みなさんのコメントから どこまで来たかな?

今週の配布物

次のものをみなさんに配布します Cricket 本体 × 1 個 (+電池) 赤外線インタフェース × 1 個 (+電池) シリアルケーブル × 1 本 モーター (グレイ: 中速, 赤: 低速) × 各 2 個 モーターケーブル × 2 本 4 桁ディスプレイ × 1 個 バスケーブル × 1 本 タッチセンサー × 1 個 光センサー × 1 個 反射センサー (距離センサー) × 1 個 授業が終わったら回収します

みなさんの

コメントから

1

すごく難しかったです

プログラムができなくて

blue

な気持ちになった

⇒

今日は、これまでのおさらい的な意味合いの授業です

今日の授業では、特に先週体験したマルチタスク処理を振り返ります その中で、新しい表現の技法を学びます PAD で考えるのは苦しい領域に入ってきています

⇒

でも、スロットマシンを作るという問題自体は、みな

さんが思うほど難しくないのでは？

みなさんにとっては難しく見えた、というところがポイントだと思います 問題が難しく見えるというのは、どういうことなのか、この機会にちょっと考え

問題には

適切な表現があります

15 ゲーム

Tick-Tack-Toe (3 目並べ)

15

ゲーム

15

ゲーム

∼

ルール

1

₂

3

4

5

6

7

8

9

1 から 9 までの数字が書かれた 9 枚の カードを用います 2 人でプレイします 交互に 1 枚ずつカードを選びます 一度選ばれたカードはもう選べません 選んだカードのうち、3 枚の合計が先に 15 になった方の勝ちです

15

ゲーム

∼

やってみよう

1

₂

3

4

5

6

7

8

9

A vs. B A-8 B-2 A-4 B-3 A-5 さぁ、B の次の手は?

15

ゲーム

∼

正解は

. . .

1

₂

3

4

5

6

7

8

9

A vs. B A-8 B-2 A-4 B-3 A-5 B-6 できたかな? A の次の手は?

Tick-Tack-Toe (3

目並べ

)

Tick-Tack-Toe

∼

ルール

○

×

井型を描きます 2 人でプレイします 9 つのスペースの中のどれかに、交互 に ○/× を描きます 自分の描いた記号が先に 3 つ並んだ方 の勝ちです

Tick-Tack-Toe

∼

やってみよう

○

○

×

×

_×

A(×) vs. B(○) さぁ、B の次の手は?

Tick-Tack-Toe

∼

正解は

. . .

○

○

_○

×

×

_×

A(×) vs. B(○) A の次の手は?

p

問題と表現

問題を解くということは ⇓

p

問題と表現

問題を解くということは ⇓

みなさんの

コメントから

2

頭がこんがらがってしまったので、解いてからもう一

度やります

⇒

ぜひ、そうしてみてください

問題を解くということは、問題の表現を作るということですが、みなさんはその ための表現技法を、すでにひとつ学んでいます

それは PAD (Problem Analysis Diagram; 問題分析図) です 整理して問題を表現すると、こんがらがった頭も解けます

もしかしたら、みなさんは PAD を忘れているかも知れませんので、おさらいし ましょう

PAD

、おぼえてますか

連接、選択、反復だけの世界

p

PAD

のおさらい

∼

連接

意味 形 例 連接 処理 ₁ 処理 ₂ 朝食を作る  朝食を食べる Logo(Blocks) では、ふつうの文 (ブロック) を縦に並べることに対応しています ある処理をしてから次の処理を行なうことを示します

p

PAD

のおさらい

∼

選択

意味 形 例 選択 条件

EE



真の場合の処理 偽の場合の処理 投げたコインが表

EE



牛丼を食べる 寿司を食べる Logo(Blocks) では、if や ifelse に対応しています 条件に応じて、ふたつの候補のうちどちらかの処理が選ばれることを示します

p

PAD

のおさらい

∼

反復

意味 形 例

反復

条件 反復する処理 満腹でない 一皿食べる

Logo(Blocks) では、repeat, loop, waituntil に対応しています 条件が成立している間、処理を繰り返すことを示します

PAD

クイズ

p

PAD

クイズ 第

1

問

電車に乗ってない [1] 電車が来てない [2] 何もしない [3] 電車が混んでる [4]

EE



やり過ごす [5] 各駅停車だ [6]

EE



やり過ごす [7] 電車に乗る [8] (1) ある人物 A がこのアルゴリズムを実行したとします。アルゴリズムの実行が終了した 直後の A の状態を最もよく表すものを選んでください。 (a) 電車に乗っている (b) 電車に乗っていない (c) 電車に乗っていることがある (d) A の状態については何も言えない

p

PAD

クイズ 第

2

問

電車に乗ってない [1] 電車が来てない [2] 何もしない [3] 電車が混んでる [4]

EE



やり過ごす [5] 各駅停車だ [6]

EE



やり過ごす [7] 電車に乗る [8] (2) 次の順序で電車が来た場合、[5] は何回実行されますか。 1. 混んでいる各駅停車 2. 混んでいない各駅停車 3. 混んでいる急行 4. 混んでいない急行 5. 混んでいる各駅停車

p

PAD

クイズ 第

3

問

電車に乗ってない [1] 電車が来てない [2] 何もしない [3] 電車が混んでる [4]

EE



やり過ごす [5] 各駅停車だ [6]

EE



やり過ごす [7] 電車に乗る [8] (3) このアルゴリズムの実行を開始してから A が電車に乗るまでに [7] が 2 回だけ実行さ れ、A が乗った電車を含めて 4 本の電車が A のいたプラットフォームに到着したと します。その間、1 度だけ実行されたと確実に言えるのは [1]∼[8] のどれでしょうか。 すべて答えてください。

p

PAD

クイズ 第

4

問

電車に乗ってない [1] 電車が来てない [2] 何もしない [3] 電車が混んでる [4]

EE



やり過ごす [5] 各駅停車だ [6]

EE



やり過ごす [7] 電車に乗る [8] (4) 設問 (3) で、1 度だけ実行された可能性がありますが、確実にそうとは言えないのは [1]∼[8] のどれでしょうか。すべて答えてください。

p

PAD

クイズ 第

5

問

電車に乗ってない [1] 電車が来てない [2] 何もしない [3] 電車が混んでる [4]

EE



やり過ごす [5] 各駅停車だ [6]

EE



やり過ごす [7] 電車に乗る [8] (5) 次のうち、A が踏んだステップとしてあり得ないものをひとつ選んでください。 (a) [1]→ [2]→ [4]→ [6]→ [8] (b) [1]→ [2]→ [3]→ [2]→ [3]→ [4]→ [6]→ [8] (c) [1]→ [2]→ [3]→ [2]→ [3]→ [2]→ [4]→ [5]→ [1]→ [2]→ [4]→ [6]→ [8] (d) [1]→ [2]→ [4]→ [5]→ [1]→ [2]→ [4]→ [6]→ [7]→ [1]→ [2]→ [4]→ [6]→ [8]

p

PAD

クイズ 第

6

問

電車に乗ってない [1] 電車が来てない [2] 何もしない [3] 電車が混んでる [4]

EE



やり過ごす [5] 各駅停車だ [6]

EE



やり過ごす [7] 電車に乗る [8] (6) このアルゴリズムを実行した A は何をしたかったのか、できるだけ詳細に説明してく ださい。

みなさんの

コメントから

3

スロットマシンをつくる課題は制約

(

全体的な流れをす

でに決められていた

)

がありすぎでした

最初から最後まで自分でプログラムを組むほうがよい

と思いました

⇒

それは一理ありますね

でも、プログラミングの本当の力は、他人のプログラムを読めるかなのです 外語といっしょで、自分で喋るなら、言いたいことを言えばよいだけですが、 他の人と会話する場合は、相手の言うことを理解する必要があります そのときに、言葉の本当の力はつくのです 今日は、中間的に、ひとつのテーマとガイドラインに沿って、最初から最後ま で、ストップウォッチのプログラムを自分で作ってください

どこまで来たかな

?

第 1 回 9/29 Cricket 入門 第 2 回 10/ 6 フローチャートで理解する 第 3 回 10/13 PAD によるアルゴリズムの表現 第 4 回 10/20 簡単なルールで動くロボットの制作 第 5 回 10/27 手続きと段階詳細化 第 6 回 11/10 例外と簡単なマルチタスク処理 第 7 回 11/17 状態遷移図によるシステムの記述 第 8 回 12/ 1 Cricket における赤外線通信 第 9 回 12/ 8 プロデューサ／コンシューマモデルによる設計 第 10 回 12/15 データの収集と利用 第 11 回 12/22 デザインワークショップ I ∼ 設計と実装 第 12 回 1/10 デザインワークショップ II ∼ テストしよう 第 13 回 1/17 デザインワークショップ III ∼ 発表

今日のゴール

イベントに反応するシステムを設計できるようになる

基本的には、前回と同じことを行ないます

新しいツールとして、

状態遷移図

というものを使い

ます

システムを表現する図の描き方です

状態遷移図は、コンピュータのプログラムはもちろ

ん、家電製品や、さまざまな機械、組織の振る舞い

を整理して考えるために役立ちます

よく見ると、マニュアルなどでも使われています

今日の体験メニュー

次の練習問題や課題で体験します

1.

ストップウォッチを作ってください

(

練習問題

)

2.

身の回りにあるシステム

(

機械や組織など

)

をひと

つ例にとり、状態遷移図で記述してください

(

課題

)

今日は、練習問題を中心に進めます

課題に費やす時間は

15

∼

30

分を目標にします

(

ほぼ

宿題だと思ってください

)

真ん中で休憩を一回、とります

今日のメニュー

はじめに

前回のおさらい

課題レビュー

状態遷移図で描く

練習問題

:

ストップウォッチ

課題の出題

実習

前回のおさらい

Cricket における例外とマルチタスク処理

p

例外とは

例外

(exception)

プログラムの実行中に、例外的な状況が発生して、それ以上そのまま実行を続け られなくなること 実行は中断して、例外処理を行ないます 例: 何かの数を 0 で割った場合 (Cricket では結果を 0 にします) Cricket では、例外の条件をプログラマが自由に定義できます

例外処理

プログラマが自分で定義できます 例外処理が終わると、中断したところからプログラムの実行が再開します プログラムに対する割り込み処理だと考えられます 何か変なことが起こったら割り込んでプログラムの実行を中断し、事態を収 拾してからプログラムの実行を再開します

p

身近な例外と例外処理

http://www.jfa.or.jp/laws/ill_f.html ファウルが起こったら警告される ファウルの対処にもルールがある ルール = プログラム ルールはプログラマが決める

p

マルチタスクとは

1

マルチタスク

(multitask)

1 台のコンピュータで複数の作業 (タスク) を同時に処理すること プロセッサ (中央処理装置) がひとつしかないコンピュータでは、細かい時間で タスクを切り替えて、複数、同時に処理しているように見せかけます

パソコンもマルチタスク処理を行なっています

ただし、みなさんがマルチタスクを実感するのは、大抵、複数のアプリケーショ ン (メーラや Web ブラウザなど) を実行しているときです それぞれの処理は独立していて、みなさんの頭の中で関係づけられています 複数のタスクが協調してひとつの目的を達成するという、マルチタスクの醍醐味 みたいなものは分かりにくいと思います

今日は、マルチタスクの醍醐味を体験してください

といっても、Cricket は簡単なマルチタスク処理しかできませんから、簡単な例 で体験してもらうことになります

p

マルチタスクとは

2

電波の受信 電波強度の監視 着メロ再生 伝言再生 アニメーション再生 ボタン操作受け付け 電池残量の監視 例: 携帯電話 さまざまなタスクが同時に動い て携帯電話を実現しています もし、ひとつの処理の流れとし て書こうとすると _{. . .} とても複雑になります 反応が遅くなります 優先順位の高いタスクは、他のタ スクに割り込むことができます 伝言を再生しているときに着 信があったら、伝言の再生を 中断して着メロを再生します 着メロの再生中に受信ボタン が押されたら、着メロの再生 を中断して通話を始めます

L

Cricket

での

o

例外

/

マルチタスク処理

Cricket

では、例外とマルチタスク処理をひとつの機構

で実現しています

例外

/

マルチタスク処理を記述するには

. . .

(when)

ブロックを用います

if ブロックと同じように、条件と、条件が真のときの処理を書けます 条件が真になるまで待ち、真になると通常の処理に割り込みます · 条件が偽から真に変わる、エッジを検出します 処理が終了すると、通常の処理が割り込まれた場所から再開します

when

ブロックは

loop

より前で使う必要があります

when ブロックを使用する箇所で、例外/マルチタスク処理を定義して、それ を有効にしていると考えてください

when

ブロックの使用には制限があります

L

時間の経過を判定する

o

(

タイマを使う

)

タイマをリセットするには

. . .

(resett)

ブロックを使います

resett は reset timer の略です

↓ の timer の値を 0 にして、タイマを開始します

タイマがリセットされてからの時間の経過を測るため

には

. . .

(timer)

ブロックを使います

1 1000 秒 (1 ミリ秒) の単位で、時間の経過を表します 数値ブロックが使える場所で使えます

↑はブロックですが、

Cricket Logo

でも同じですね

今日のメニュー

はじめに

前回のおさらい

課題レビュー

状態遷移図で描く

練習問題

:

ストップウォッチ

課題の出題

実習

課題レビュー

課題をふりかえる 提出状況と傾向・総評 今週の Thumb Up!

課題

6.

機敏な自律ロボッ

トかスロットマシン

センサーが感知する周囲の変化に機敏に反応し、何ら

かの形で人間に伝えるロボットを作ってください

条件: センサー／アクチュエーターは自由に使ってください Cricket Logo で記述し、手続きとマルチタスクを使用してください 注釈で、どんなプログラムなのかを説明する文章を添えてください どのポートに何をつけるかも注記してください

各自の課題

4.

のプログラムを元にするとよいでしょう

あるいは、授業の練習問題のスロットマシンを完成さ

せて提出してください

提出状況と傾向

19

人中

5

人提出

(SOI

学生含む

)

傾向と総評

ひとりしか完成させることができませんでした ヒントがあり過ぎたせいかも知れませんが、考える時間が足りなかった人が多い ようです 授業では、最後にはホワイトボードに PAD を描いたので、本当は、みんな作 れたはずだと思います ほとんど PAD = Logo だからです もしかしたら PAD のレベルでの理解が不足しているのではないかと思い、今 日は PAD のおさらいをしました 今日は、問題を整理して表現し、自然にプログラムを導いていく手法を紹介し ます

今週の改善点

Thumb Up!

のとき、フルネームを表示しないようにし

ました

また、スライドのタイトルにみなさんの名前が現れ

ないようにしました

みなさんのプライバシーを保護する施策の一環です

SOI

では、これからもみなさんのプライバシーを守

りつつ、インターネットを用いた知の共有のあり方

を探求していきますので、みなさんもぜひ、ご協力

ください

今週の

Thumb Up!

1

植木さんの作品

とりあえず、出来たということが素晴らしいです あとは、人間にとって読みやすいプログラムを書くことを心がけましょう 字下げ (indentation) を活用しましょう 注釈も書きましょう (少なくとも手続きとその引数と戻り値の意味) 字下げについては、このマテリアルでの書き方を参考にしてください PAD が右に伸びるような場合、1 段下げて書きます このマテリアルでは、スペースの都合上、注釈はほぼ省略しています その代わり、ではないですが、プログラムの意味の説明はしています

今日のメニュー

はじめに

前回のおさらい

課題レビュー

状態遷移図で描く

練習問題

:

ストップウォッチ

課題の出題

実習

状態遷移図で描く

p

状態遷移図の例

・腕時計のストップウォッチ機能  の使い方です ・ボタンを押すと、状態が変わる  様子を描いています ・状態に応じて、ボタンは  違った意味を持ちます 計測を始めます 計測をストップ します ラップタイム を表示します 計測をストップ します 計測を再開 します 計測を再開 します リセットします 計測中 _{ラップタイム} ラップタイム 計測 時間 基準時間 ラップタイム をクリアします

p

状態遷移図とは

物の一生を絵で描きます

前ページの絵よりも簡略化した図形で描きます 物の状態がどう変化していくかに注目します ○の中にその状態を表す言葉を書いて、状態を表します 実は形は何でもよいのですが、□だと PAD と混乱するかも知れないので、こ の授業では状態を○で表すことにします どんなイベントでどのように状態が変化するかを考えます S→T で状態 S から状態 T への遷移を表します 矢印の上にイベントの説明を書きます

物について理解する上で役立つツールです

どのくらい役立つか、ということを表すエピソードを紹介すると _{. . .}

p

ペットボトルの

o

状態遷移図

空

空で

ない

・現在入っている量に注目 ・売ったり捨てると所有者が変わるので、

製造する

リサイクルする

現在の量

>

0

現在の量

==

0

飲む

飲む

捨てる

売る

存在して

いない

p

状態遷移図の考え方

描き方

物 (この授業の場合は Cricket) に注目 物に何が起こるかな? それによって、物の状態はどう変わるかな? 物の状態 = 変数の組が持つ値の範囲 · 例: ペットボトルの状態 = _< 現在の量, 所有者 _> デジタルコンピュータのプログラミングの本質は、表現したい物を、デジタ ル (=数値表現) な変数の組として捉えることです

イベントの説明の書き方

この授業では次のように書くことにします イベント → 処理

スロットマシンの例で

見てみましょう

p

やってみよう

1

から

9

までの数字を

3

桁、揃えるスロットマシンを

作ってください

ハードウェアの構成

タッチセンサー (スイッチ) をセンサーポート a につなぎます 4 桁ディスプレイをバスポートにつなぎます

使い方

(

仕様

)

1. スイッチを押すと、4 桁ディスプレイに 3 桁のデタラメな数が表示され、め まぐるしく変化します 2. 1 秒ごとに、次のことが起きます 1 の位、10 の位、100 の位の順に数字が確定していきます ビープ音が鳴ります 3. 数が 3 つ揃ったらあなたはラッキー！ 4. 何度でも繰り返し遊べます

p

スロットマシンの

o

状態遷移図

100の位まで

決まっている

10の位まで

決まっている

1の位が

決まっている

すべての位が

決まってない

ボタン →開始 1秒経過 →1の位を決める 細かな時間 →回す 細かな時間 →回す 細かな時間 →回す 1秒経過 →10の位を  決める 1秒経過 →100の位を  決める ボタン→停止

動いて

いない

p

方針を決める

状態遷移図をブレイクダウンしていく方針を考えます

状態はどんな変数で表されるかを考えます

確定された数が状態を表しています

ふたり

(when/run

タスク

)

で実行することを考えます

when タスクは次のことを行ないます 1 秒経過するのを待ち構えます 1 の位から順に、リールの数を確定します 100 の位まで確定したら、数を表示して、スイッチが押されるのを待ちます run タスクは次のことを行ないます まず、スイッチが押されるのを待ちます それから、スロットマシンのリールをめまぐるしく表示させます ふたつのタスクの間でやりとりされる情報は？ when タスクから run タスクへ、確定された数が伝わる必要があります when タスクと run タスクは状態を共有するということですね

変数で状態を表現する

fixed:

確定されたリールに表示されている数

確定していないリールに対応する桁の数字は

0

とし

ます

例

: 000

→

001

→

021

→

321

→

000

when

タスクが

fixed

の値を更新し、

run

タスクはその

値を読みます

when

タスクは

1

秒ごとに

fixed

の値を更新します

run

タスクは、

fixed

で確定していない桁にランダ

ムな数字を割り当てて、ディスプレイに表示するこ

とを繰り返します

p

スロットマシンの

o

状態遷移図

100の位まで

決まっている

fixed

>

100

10の位まで

決まっている

fixed

<

100

1の位が

決まっている

fixed

<

10

すべての位が

決まってない

fixed

<

1

ボタン →開始 スイッチ →リール回転 1秒経過 →1の位を決める 細かな時間 →回す 細かな時間 →回す 細かな時間 →回す 1秒経過 →10の位を  決める 1秒経過 →100の位を  決める ボタン→停止

動いて

いない

p

when

タスクの

o

状態遷移図

タイマ待ち

スイッチ待ち

タイマ待ち

タイマ待ち

タイマ タイマ →10の位を決める,  ビープ, タイマリセット タイマ →100の位を決める,  ビープ, 結果表示 スイッチ →タイマリセット ・基本的にはタイマを待つ ・タイマが発火したら、今の状態に応じて  数を決める ・100の位まで決まったらスイッチを待つ  このとき run タスクは止めておく

fixed

<

1

fixed

<

10

fixed

<

100

fixed

>

100

p

run

タスクの

o

状態遷移図

スイッチ待ち

割り込み処理

(when

タスク)

完了待ち

実行中

スイッチ →タイマリセット, 細かな時間経過 →決まっていない桁は  でたらめな数を表示 タイマ 割り込み処理 完了 ・基本的には表示し続ける ・when タスクに割り込まれることがある

p

トップレベル

run = when 起動    初期化     ￢スイッチ押下 何もしない タイマリセット リールの回転  when = loop ￢１秒経過 何もしない 経過処理 

L

トップレベル

global [fixed values]

to run when [timer > 1000][ processElapsed ] setfixed 0 waituntil [switcha] resett spinReels end when 文で 1 秒経過するのを待ち構え て processElapsed を実行します タイマは、スイッチが押されるまで開 始しません 変数の使い方は次の通りです fixed: 確定されたリールに表示さ れている数 確定していないリールに対応 する桁の数字は 0 とします 例: 000 → 001 → 021 → 321 → 000 values: スロットマシンのリール に表示する 3 桁の数 本当は、なくても作れなけれ ばなりませんが、Cricket Logo の不具合から必要と

p

processElapsed

の

o

デザイン

1

秒経過するごとに呼び出される手続きです

リールに表示される数を確定することがゴールです

次を行ないます

fixReels を呼び出し、確定されたリールの値を求め、fixed に格納します ビープ音を鳴らします fixed の値が 3 桁とも決まったら _{. . .} fixed の値を表示します · 3 桁揃ったらファンファーレ、のようなことをしてもよいですね スイッチが押されるまで待ちます fixed の値を初期化します タイマをリセットします

L

解答例

:

o

processElapsed

to processElapsed fixReels beep if fixed > 100 [ display fixed waituntil [switcha] setfixed 0 ] resett end 1 秒経過するごとに呼び出される手続 きです fixReels により fixed の値を求めます fixed が 100 の位まで求まっていれ ば、結果を表示します 10 の位まで求まっている際の fixed の最大値は 99、100 の位ま で求まっている際の fixed の最小 値は 111 なので、例えば 100 と の比較を行なえば十分です

p

fixReels

のデザイン

processElapsed

から呼び出される手続きです

確定するリールの値を

fixed

に格納することがゴール

です

次を行ないます

fixed の現在の値に応じて、確定するリールの値を決めて fixed に入れます fixed が 0 なら、1 の位の値を決めます 1 の位が決まっていたら、10 の位の値を決めます 10 の位が決まっていたら、100 の位の値を決めます

L

解答例

: fixReels

to fixReels

; 下 1 桁を確定します。

ifelse fixed < 1 [

setfixed getFixedValue 1 ][

; 下 2 桁までを確定します。

ifelse fixed < 10 [

setfixed (getFixedValue 10) + fixed ; 3 桁とも確定します。

][

setfixed (getFixedValue 100) + fixed ]

] end

p

spinReels

のデザイン

run

タスクの主要な仕事を行なう手続きです

リールを表示し続けることがゴールです

次をひたすら繰り返します

getReelValues を呼び出してリールの値を求め、values に格納します values を表示します

※ 直接

getReelValues

の戻り値を表示させるようにする

と、

when

による割込みがうまく働かないようです

L

解答例

: spinReels

to spinReels loop [

setvalues getReelValues fixed display values ] end run タスクの主要な仕事を行なう手続きです ひたすらリールを表示し続けます processElapsed の処理中は処理が停止します

今日のメニュー

はじめに

前回のおさらい

課題レビュー

状態遷移図で描く

練習問題

:

ストップウォッチ

課題の出題

実習

練習問題

:

ストップウォッチ

この練習問題のねらい 状態遷移図で表現することを練習します 状態遷移図からのブレイクダウンによる設計を体験します やってみよう 状態遷移図を描こう 方針を決めよう PAD に落そう Cricket Logo に写そう

p

やってみよう

1

レベル

1:

₁₀

1

秒単位で時間を測るストップウォッチを

作ってください

レベル

2:

ラップタイム計測機能を付けてください

レベル

1

だけでもよいです

次ページ以降では、赤い文字はレベル

2

を表してい

ます

できるだけ、レベル

2

にチャレンジしましょう

p

やってみよう

2

ハードウェアの構成

タッチセンサー (スイッチ) をセンサーポート a につなぎます タッチセンサー (スイッチ) をセンサーポート b につなぎます 4 桁ディスプレイをバスポートにつなぎます

使い方

(

仕様

)

1. ボタンを押すと、0 が表示されます 2. スイッチ a を押すと、4 桁ディスプレイに ₁₀1 秒単位で経過時間が表示されます このとき、スイッチ b を押すと、そのときの時間が止まって表示されます この間、時間の計測は続いています 再びスイッチ b を押すと、経過時間の表示に戻ります 3. 再びスイッチ a を押すと、そのときの時間が止まって表示されます 4. このとき、もう 1 度スイッチ a を押すと、時間の計測を再開します 5. そうではなく、スイッチ b を押すと、0 が表示され、2 に戻ります

本物を見て確かめよう

⇒

ここでスライドを

止めてください

ストップウォッチの状態遷移図を描いてみよう 最初はレベル 1 から始めるとよいでしょう

p

ストップウォッチの

o

状態遷移図

0が表示 されている 計測された 時間が表示 されている 経過時間が 表示されて いる ボタン →開始,  0を表示 スイッチ a →計測開始 1/10秒 →更新, 表示 スイッチ a →計測  時間表示 スイッチ a →計測再開 スイッチ b →0を表示 ボタン→停止 動いて いない

p

ストップウォッチの状

o

態遷移図

(

ラップ付き

)

0が表示 されている 計測された 時間が表示 されている 経過時間が 表示されて いる ラップタイム が表示されて いる (1) ラップタイム が表示されて いる (2) ボタン →開始,  0を表示 1/10秒 →更新, 表示 1/10秒 →更新 スイッチ a →計測  時間表示 スイッチ a →計測停止 スイッチ a →計測再開 スイッチ a →計測再開 スイッチ b →0を表示 ボタン→停止 動いて いない スイッチ b →表示 スイッチ b →計測時間表示

ここでスライドを

止めてください

ブレイクダウンする方針を考えてみよう 状態は、どのような変数 (の組) で表せるでしょうか イベントを 2 種類に分けて、when/run タスクにそれぞれ任せましょう when タスクの方が、緊急に対処すべきイベントを受け付けるようにします

p

方針を決める

どのような変数が必要かを考えます

計測中の時間を表現できる必要があります 現在、計測中かを区別できる必要があります 現在、ラップタイムを表示しているかを区別できる必要があります ラップタイム自体の値も必要なので、ラップタイムを表す変数の値に意味を もたせる (例: ゼロ = 表示していない) ことで区別できます

ふたり

(when/run

タスク

)

で実行することを考えます

when タスクは、応答性が高い必要のあるイベントを待つことにします スイッチが押されるのを待ち構えて処理します run タスクは、その他のイベントを待つことにします 時間の経過を待ちます

ここでスライドを

止めてください

when タスクと run タスクの状態遷移図を描いてみよう

p

when

タスクの

o

状態遷移図

スイッチ待ち (ゼロ表示) スイッチ待ち (結果表示) スイッチ待ち (経過表示中) スイッチ待ち (ラップタイム 表示中 1) スイッチ待ち (ラップタイム 表示中 2) スイッチ a →結果表示 スイッチ a →計測停止 スイッチ a →タイマリセット スイッチ a →タイマ  リセット スイッチ b →表示クリア スイッチ b →ラップタイム  クリア スイッチ b →結果表示 ・基本的にはスイッチを待つ ・計測中か区別が必要 ・ラップタイムを表示しているか  区別が必要 ・計測中は run タスクに時間を  測ってもらう ・赤い部分は  レベル2

p

run

タスクの

o

状態遷移図

タイマリセット

待ち

割り込み処理

(when

タスク)

完了待ち

タイマ待ち

タイマ →計測中であれば  タイマリセット,  ラップタイム表示中  でなければ経過表示 タイマ →計測中でなければ何もしない スイッチ a スイッチ a スイッチ b スイッチ b 割り込み処理 完了 →表示クリア ・基本的にはタイマを待つ ・when タスクに割り込まれることがある ・スイッチ b が押されても  割り込まれるが、その影響はない ・赤い部分は  レベル2

ここでスライドを

止めてください

when タスクと run タスクのトップレベルの PAD を描いてみよう イベントへの対応を整理して考えましょう

基本的には状態で振り分けますが、スイッチ a への対応はラップタイムとは 独立しています

大雑把に考えましょう

p

run

タスクの

o

トップレベル

run = リセットする        when 起動          時計機能          run タスクの本体は時計機能の手続きに任せることにします 実際に時間を測る手続きです

p

when

タスクの

o

トップレベル

when = loop どちらも押されていない  何もしない ビープ音を鳴らす     スイッチａが押されている

E

EE





計測中  

EE



計測を止める 計測を始める 計測中  

EE



ラップタイム クリアする  どちらかが押されている  何もしない

ここでスライドを

止めてください

PAD を詳細化して、手続きの中身の PAD を描いてみよう

p

リセットする

resetW atch = 計測を止める       時間をゼロにする     ラップタイムをゼロにする 時間を表示する      ストップウォッチを初期状態にする手続きです 時間をゼロにするので、最初に表示するのはゼロです ラップタイムがゼロのとき、ラップタイムが記録されていないことを示すことにし ます

p

時計

doClockwork = loop 1/10 秒経過した  何もしない   ￢ 1/10 秒経過した 何もしない   時間を計測中   

EE



タイマリセット 時間を増やす  ラップがゼロ 

EE



時間を表示する 1 10 秒ごとの時間の経過を測る手続きです 最初の waituntil がないと、どうなるでしょうか なくても動作はします

p

計測を始める

startW atch = 計測中であることにする タイマをリセットする  時間の計測を始める手続きです 計測中かどうかを区別する変数の値を設定します 計測中なら、タイマを使うことになりますので、タイマをリセットします この時を基点として時間を測り始めます 計測をいったん止めて、再開するときも大丈夫か、頭の中で確かめましょう

p

計測を止める

stopW atch = 計測中でないことにする 時間の計測を止める手続きです 計測中かどうかを区別する変数の値を設定します 次のタイマ割込み時に、タイマをリセットしないようにしなければなりませんが、そ れは doClockwork の仕事です

p

ラップタイム

processLap = ラップタイムが記録されていない

EE



ラップタイムを記録する  記録した時間を表示する  ラップタイムをゼロにする ラップタイムを記録したりクリアする手続きです 計測中の処理です ラップタイムがゼロのとき、ラップタイムは記録されていません ラップタイムをゼロにすると、doClockwork が経過時間を表示するようにな ります ラップタイムは、現在、測っている時間を代入することで記録できます

p

クリアする

clearW atch = ラップタイムが記録されていない

EE



リセットする       現在の時間を表示する   ラップタイムをゼロにする ストップウォッチをリセットしたり、ラップタイムをクリアする手続きです 計測停止中の処理です ラップタイムが記録されていないなら、リセット動作をします ラップタイムが記録されているときは、計測時間の表示に戻ります 計測が止まっているので、doClockwork に表示してもらうことはできません

ここでスライドを

止めてください

Cricket Logo でプログラムを組み立ててみよう

L

トップレベル

global [elapsed lap moving] to run

resetWatch

when [switcha or switchb][ processPressed ] doClockwork end to false output 1 = 0 ; 偽を表します end to true output 1 = 1 ; 真を表します end 変数の意味を次のように決めます elapsed: ₁₀1 秒単位で計測してい る時間 lap: ラップタイム moving: 計測中かどうか どちらかのスイッチが押されるのを待 ち構える when タスク (中身は手続き processPressed) を起動します false/true は、定数の代わりに用意し た手続きです setmoving true のように書け ます

L

processPressed

to processPressed beep ifelse switcha [ ifelse moving [ stopWatch ][ startWatch ] ][ ifelse moving [ processLap ][ clearWatch ] ] スイッチによる割込みを処理する手続 きです 押されたのがどちらのスイッチかに よって機能を動かします スイッチ a だったら計測を開始 ／停止します スイッチ b だったらクリア／ ラップタイムの処理をします

L

resetWatch

to resetWatch stopWatch setelapsed 0 setlap 0 display elapsed end ストップウォッチを初期状態にする手 続きです 計測を止めます すでに計測が止まっている場合 もこの手続きは呼ばれることが あります stopWatch は何度続けて呼ばれ ても大丈夫なように書かれてい ます 時間とラップタイムをゼロにします 4桁ディスプレイには0 が表示されます

L

doClockwork

to doClockwork loop [ waituntil [timer < 100] waituntil [timer > 100] if moving [ resett

setelapsed elapsed + 1

if lap = 0 [ display elapsed ] ] ] end 1 10 秒ごとの時間の経過を測る手続き です まずタイマをリセットします (誤 差をできるだけ小さくするた めに) 時間を増やします ラップタイムが記録されていなけ れば、現在の時間を表示します 最初の waituntil で、計測停止中の無 駄な処理を抑えています 100 の代わりに 88 と比較すると、実 際の ₁₀1 秒とほぼ同じになります

L

start/stopWatch

to startWatch

setmoving true resett

end

to stopWatch

setmoving false end 時間の計測を始める/止める手続きです 計測中かどうかを設定します 計測中になるということは、タイマを 使うということですから、タイマをリ セットします そのときを基点として計測が始 まります

L

processLap

to processLap

ifelse lap = 0 [

setlap elapsed display lap ][ setlap 0 ] end ラップタイムを記録したりクリアする 手続きです 計測中の処理です ラップタイムが記録されていな ければ ラップタイムを記録して表示 します ラップタイムが記録されていれば ラップタイムをクリアします

L

clearWatch

to clearWatch ifelse lap = 0 [ resetWatch ][ display elapsed setlap 0 ] end ストップウォッチをリセットしたり、 ラップタイムをクリアする手続きです 計測停止中の処理です ラップタイムが記録されていな ければ リセットします ラップタイムが記録されていれば ラップタイムをクリアして、 現在の時間を表示します

今日のメニュー

はじめに

前回のおさらい

課題レビュー

状態遷移図で描く

練習問題

:

ストップウォッチ

課題の出題

実習

課題の出題

課題 7. 身の回りのシステムを描く 提出方法

課題

7.

身の周りの

システムを描く

身の周りのシステム

(

機械や組織など

)

を

Cricket

で動

かすと考え、その動作を状態遷移図で描いてください

提出方法

SOI

のレポートシステムを用いて提出してください

http://www.soi.wide.ad.jp/report/

標準的な形式の画像ファイルをアップロードしてく

ださい

例

: JPEG, PNG, GIF

など

特定のアプリケーションのデータファイルは避け

てください

(Word

や

PowerPoint

など

)

〆切

2004/11/29 23:59 JST

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