Aller Anfang ist schwer! Wie oft seufzen wir dieses Sprichwort. Und immer wieder trifft es zu. Leider bilden meine Diplomarbeit „Konzeption eines Hardware-Musterbuchs am Beispiel Boundary-Scan" und besonders diese ersten Zeilen keine Ausnahme. Wieder einmal bestätigt sich die Regel und es beschäftigen einen die Fragen: Wie sind die ersten Schritte am besten zu bewältigen? Gibt es ein günstiges Entwurfskonzept, das die Arbeit auf eine solide Basis stellt? Es gibt viele Wege, eine geeignete Vorgehensweise zu finden; doch die sicherlich effizienteste Möglichkeit, ist nach bereits vorhandenen, etablierten Lösungsstrategien zu suchen und diese im Kontext des Diplomarbeitsthemas wiederzuverwenden. Das bedeutet: Ich suche für mein Problem nach einer Lösung, die mein oder ein ähnliches Problem in der Vergangenheit bereits gelöst hat; die Lösung wende ich dann im Rahmen meiner Diplomarbeit an. Dies soll nicht heißen, daß einfach von anderen Arbeiten abgeschrieben wird; vielmehr werden ihre Erkenntnisse dazu genutzt, ein Grundgerüst für die Diplomarbeit zu schaffen, das sich in der Praxis bewährt hat. Dieses Denken in sogenannten „Problem-Lösungspaaren" ist eine ganz typische menschliche Eigenschaft, die in nahezu allen Lebenslagen Anwendung findet. Sie wird uns im Verlaufe dieser Arbeit oft beschäftigen, da Problem-Lösungspaare mein zentrales Arbeitsthema darstellen.

Seit Anfang der 90er Jahre versucht die Informatik (genauer: die Objektorientierung), die Wiederverwendung von Problem-Lösungspaaren durch „Entwurfsmuster" zu abstrahieren. Dabei sind die Bücher des Architekten Christopher Alexander oft zitierte Quellen; er veröffentlichte bereits 1977 insgesamt 253 Entwurfsmuster des Gebäudeentwurfs [Alexander 1977]. In der Informatik dokumentieren Entwurfsmuster das langjährige Erfahrungswissen von Software-"Architekten". Das auf dem Deckblatt der Arbeit dargestellte Sierpinski-Fraktal verdeutlicht eine wesentliche Eigenschaft eines Entwurfsmusters: Ein Muster bekommt erst eine wohlgeformte und ausgereifte Struktur, wenn es sich in der Praxis mehrmals etabliert hat. Es wird nicht neu erfunden, sondern kristallisiert sich aus dem Erfahrungswissen unzähliger Entwürfe heraus. Anfängern soll es so ermöglicht werden, in nur kurzer Zeit über das Wissen von Experten zu verfügen. Ziel der Entwurfsmuster ist es, ein Software-System so zu entwerfen, daß es wiederverwendbarer wird.

Dieser neue Forschungszweig der Objektorientierung wird in der Fachgruppe Technische Informatik an der Universität-GH Siegen mit großem Interesse verfolgt. Unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. Hans Wojtkowiak wurde im Sommersemester 1995 erstmals das Seminar „Entwurfsmuster" angeboten, an dem ich als Student der Technischen Informatik teilnahm. In einer Blockveranstaltung referierten sieben Studenten zu diesem Thema, das ich mit meinem Vortrag „Entwurfsmuster: eine Begriffsbestimmung" einführte [Hombach, 1995].

Eine von mir durchgeführte Umfrage während meiner Seminarvorbereitungen steigerte meine Neugierde über Entwurfsmuster: Ich erfuhr von einigen Professoren der Siegener Universität, daß Entwurfsmuster nicht nur in der Informatik eine wichtige Rolle spielen; sie finden auch in fast allen anderen Lehrbereichen Anwendung, obwohl sie dort meist unter einem anderen Begriff veröffentlicht sind. Nicht zuletzt haben Entwurfsmuster ihren Ursprung durch Christopher Alexander in der Architektur. Die Suche nach regelmäßigen Strukturen, d. h. nach Mustern ist also ein interdisziplinäres Themengebiet. Wir finden Muster in der Physik, in der Biologie, in der Musik und vor allem in der Psychologie. Ich stellte mir die Frage: Können Entwurfsmuster auch in der Hardwaretechnik beobachtet werden?

Das im Seminar von Andreas W. Wieland vorgestellte Thema „Hardware-Entwurfsmuster am Beispiel des Cache-Designs" [Wieland, 1995] veranlaßte mich schließlich, der Suche nach Entwurfsmustern im modernen Hardware-Entwurf nachzugehen. Dieser wird von der Maxime "design for testability" geleitet; der Test begleitet alle wichtigen Entwurfsschritte. In meiner Diplomarbeit versuche ich, basierend auf den Erkenntnissen zur Objektorientierung, die vom amerikanischen Ingenieurverband IEEE genormte Testmethodik Boundary-Scan als abstraktes Entwurfsmuster darzustellen. Das Muster soll die Grundlage für die Konzeption eines Hardware-Musterbuchs sein, das mehrere Entwurfsmuster zusammenfaßt.

Das als Hypertext realisierte Entwurfsmuster Boundary-Scan ist im Internet – ausgehend von meiner Web-Homepage (http://sitis.informatik.uni-siegen.de/diplom/nhombach/nh_pages/ nh_home.htm) – für jeden zugänglich. Neben einigen persönlichen Angaben sind Auszüge dieser Ausarbeitung veröffentlicht. Damit soll das Interesse möglichst vieler Hardware-Entwickler geweckt werden. Aber auch Software-Architekten sollten einen Blick ins „W(orld)W(ide)W(eb) w(agen)". Jedenfalls kann mir jeder über die angegebene eMail-Adresse (Nico-Hombach@t-online.de) seine möglichst konstruktive Meinung zukommen lassen. Um eine möglichst internationale Aufmerksamkeit zu erzeugen, wird das Entwurfsmuster und eine kurze „Gebrauchsanleitung" nach Fertigstellung der Arbeit auch in englischer Sprache im WWW verfügbar sein. Damit steht einem regen Diskussionsaustausch mit ausländischen Entwerfern – sowohl Hardware- als auch Software-Entwerfern – nichts mehr im Wege.

Meine Diplomarbeit entstand unter Mithilfe von Prof. Dr. Hans Wojtkowiak und Prof. Dr. Hans-Joachim Wunderlich. Auch den Professoren der Siegener Universität, die mich bei meiner Befragung über „Muster" unterstützten, möchte ich meinen Dank aussprechen. Vor allem in persönlichen Gesprächen konnte ich wichtige Erkenntnisse für meine Diplomarbeit gewinnen. Maßgeblichen Anteil an meiner Internet-Präsentation hat André Berten; auch ihm ein „Dankeschön". Abschließend möchte ich mich jedoch besonders bei Dr. Klaus Quibeldey-Cirkel bedanken, der meine Diplomarbeit über ein halbes Jahr betreute und mir stets bei Fragen tatkräftig zur Seite stand.

Siegen, im Juli 1996