Neues von der GMD
Auch dieses Jahr hatte die GMD wieder viele interessante Dinge vorgestellt.
Wie jedes Jahr war auch dieses mal wieder der Stand der GMD interessanter
als die meisten Hallen und wieder waeren wir ueberfordert zu allen zu
schreiben. Daher sind wir froh, dass die GMD ihre Projekte im Verteiler
"Wissenschaftsjournalisten" vorgestellt hat und wir diese Beitraege nur
relegieren muessen.
Red. Chalisti
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Eurochip - eine Aktion zur Ausbildung von VLSI Designern
In den Mitgliedsstaaten der Europaeischen Gemeinschaft steigt der Bedarf an
Designern von Hoechstintegrierten Elektronischen Schaltkreisen (VLSI) rasch an.
Der Mangel an ausgebildeten VLSI-Designern begrenzt den Einsatz fort-
schrittlicher Mikroelektronik in einigen Industriesektoren. In der gemeinsa-
men Aktion Eurochip arbeiten fuenf europaeische Partner daran, durch die
Unterstuetzung von Hochschulen und Fachhochschulen die Forschung und die
Ausbildung auf dem Gebiet des Entwurfs integrierter Schaltungen aufzubauen
oder zu verbessern: Circuits Multiprojects (Frankreich), GMD (Deutschland),
Danmarks Tekniske Hojskole (Daenemark), IMEC (Belgien), Rutherford Appleton
Laboratory (Grossbritannien).
Untersuchungen, die Ende der achtziger Jahre durchgefuehrt wurden, ergaben,
dass die Hochschulen in der Gemeinschaft von hoher Qualitaet sind und auch
beachtliche Entwicklungspotentiale haben, dass ihre Ausbildungskapazitaet von
etwa 1500 Chipdesignern pro Jahr aber zu gering ist und auf mindestens 4500
Studenten pro Jahr angehoben werden muesste. Um diesen dringenden Bedarf zu
decken, startete die Generaldirektion XIII der Kommission der Europaeischen
Gemeinschaft 1989 die Ausbildungs-Aktion im Bereich der ESPRIT Grundlagen-
forschungen.
Inzwischen erhielten mehr als 120 Hochschulen freien Zugang zur Herstellung
von Microchips und zusaetzliche Unterstuetzung, mit der sie die zur Ausbildung
erforderliche Infrastruktur vervollstaendigen konnten. Von den Vorteilen
angeregt, die die Aktion bietet, nehmen inzwischen weitere 100 Hochschulen
auf eigene Kosten teil. ]ber 220 Akademische Institute aus den Laendern der
Europaeischen Gemeinschaft und aus der Europaeischen Freihandelszone sind
damit heute beteiligt, und eine grosse Zahl weiterer Teilnahmewuensche liegt
aus anderen europaeischen und aussereuropaeischen Laendern vor.
Die Grundlage der VLSI-Design-Ausbildungs-Aktion bilden ueber 500
Vereinbarungen, die zwischen Eurochip, der Service Organisation der Aktion,
Hochschulen und Industrieanbietern abgeschlossen wurden. Bislang sind etwa
2700 Softwarepakete fuer den computergestuetzten Entwurf von Schaltkreisen
installiert. 80 Computerarbeitsplaetze und Testanlagen wurden von der Service
Organisation der Aktion an ausgewaehlte Hochschulen geliefert, und 600 weitere
Anlagen wurden von den Instituten auf eigene Kosten beschafft, wobei die von
den Herstellern gewaehrten hohen Rabatte auf die Marktpreise genutzt werden
konnten. 320 Hochschullehrer haben Kurse besucht und sich mit der Benutzung
der Entwurfssoftware vertraut gemacht.
Mehr als 5000 Studenten - das sind 500 mehr als urspruenglich geplant -
nahmen im ersten Jahr an der Aktion teil. Die beteiligten 120 Hochschulen
fuehrten inzwischen rund 1200 Kurse durch, in denen mehr als 1000 Schaltungen
entworfen, und ueber 600 hergestellt wurden. Die Zahl der Entwuerfe, die
gefertigt und getestet werden, steigt staendig. Die Ergebnisse der Aktion in
der Ausbildung dokumentieren ueber 2000 interne Berichte und Ver-
oeffentlichungen, darunter rund 800 Diplom- und 190 Doktorarbeiten. Die Bereit-
stellung der Entwurfsmoeglichkeiten im Rahmen der Ausbildung und der Zugang
zur industriellen Herstellung von Prototypen eroeffnete fuer die Hochschulen
den Weg zur Chipfabrikation. Die Beteiligten griffen diese Moeglichkeit auf,
sie investierten zudem eigene Mittel und verstaerkten die Aktion um ein Mehr-
faches.
Die zunaechst nur fuer zwei Jahre vorgesehene Aktion wird um weitere drei
Jahre verlaengert. In dieser zweiten Phase wird sie fuer alle anerkannten
Hochschulen der Gemeinschaft geoeffnet. Es wird erwartet, dass sich etwa
300 Universitaeten und Fachhochschulen beteiligen. Durch zusaetzliche
Massnahmen werden fortschrittlichste Entwurfswerkzeuge und Technologien
einbezogen, die inzwischen aus Europa erhaeltlich sind. Ausserdem soll ein
abgestimmtes Ausbildungsprogramm eingefuehrt werden, das auch die Ausbildung
von akademi- schen Lehrern umfasst. Dabei werden auch Mitarbeiter der
Industrie als Ausbilder taetig sein.
DASSY - Integration von CAD-Werkzeugen in offenen CAD-Systemen
Standardisierte Schnittstellen sind die Voraussetzung fuer eine flexible
Generierung von Systemen des Computer Aided Design (CAD). Die Einbindung von
Produkten unterschiedlicher Hersteller in ein CAD-System der Mikroelektronik
ist derzeit nur mit sehr hohem Aufwand moeglich. Dies fuehrt dazu, dass der
Anwender sich entweder an einen einzigen Hersteller bindet und damit nicht die
spezi- fischen Vorteile der verschiedener Anbieter nutzen kann oder mehrere
CAD-Systeme kauft, was erhebliche Konsistenz- und Datenaustauschprobleme mit
sich bringt.
Fuer den Entwurf integrierter Schaltungen wird im Verbundprojekt DASSY
(DAtentransfer und Schnittstellen fuer offene, integrierte VLSI-Entwurfs-
SYsteme), an dem Wissenschaftler der Gesellschaft fuer Mathematik und Daten-
verarbeitung mbH (GMD), der staatlichen Grossforschungseinrichtung fuer
Informatik und Informationstechnik, beteiligt sind, eine Standard-Schnittstelle
definiert, die es erlaubt, CAD-Werkzeuge unterschiedlicher Hersteller mit
verschiedenen Datenhaltungssystemen zu kombinieren. Die in DASSY spezifizierte
Schnittstelle basiert auf einem formal festgelegten Datenschema fuer den Anwen-
dungsbereich der Elektronik. Hierbei wurden sowohl das in internationalen
Standardisierungsprojekten verwendete Beschreibungsmittel EXPRESS als auch
Konzepte aus semantischen und objektorientierten Datenmodellen verwendet und
den speziellen Anforderungen der Elektronik-Entwurfswerkzeuge angepasst.
Die Entwurfsdaten werden im DASSY-Datenmodell (DaDaMo) durch Objekte
modelliert, die in Beziehungen zu anderen Objekten stehen koennen. Zur
Beschreibung des Datenschemas wurden zwei Datenbeschreibungssprachen ent-
wickelt: eine an C++ (CDDL) und eine an EXPRESS (XDDL) orientierte. Die
komplexen Entwurfsdaten koennen durch einen erweiterbaren Satz vordefinierter
Operationen zugegriffen und manipuliert werden. Die Funktionalitaet der
Schnittstelle ist mit den in der Mikroelektronik sich weltweit durchsetzenden
Standards EDIF (Electronic Design Interchange Format) und CFI (CAD Framework
Initiative, Inc) abgestimmt. Die im Projekt DASSY spezifizierte Schnittstelle
ist als Prototyp in einer heterogenen Rechnerumgebung (SUN/UNIX, VAX/VMS)
implementiert, in der CAD-Werkzeuge zur Simulation und zum Test integrierter
Schaltungen ihre Daten austauschen und in einer gemeinsamen Datenbasis
verwalten. Diese Entwurfsumgebung wird ergaenzt um die Hilfswerkzeuge, die
Daten zur Beschreibung von Bauelementen (Me~werte, Modell-Parameter etc.) in
einem EDIF-aehnlichen Format in die Datenbank einlesen und den interaktiven
Zugriff auf Entwurfsobjekte in der Datenbank ueber eine CFI-Schnittstelle
erlauben. Darueber hinaus ist diese Entwurfsumgebung mit einer einheitlichen
Benutzerschnittstelle zum Aufruf der CAD-Werkzeuge ausgestattet. Das Zusammen-
wirken der einzelnen Werkzeuge aus den Bereichen TCAD (Technology CAD) und
EDA (Electronic Design Automation) wird anhand einer Beispielschaltung
demonstriert.
Mit dem DASSY-Prototyp wird gezeigt, dass Werkzeuge verschiedener Herkunft
relativ leicht, das heisst, ohne groesseren Anpassungsaufwand, mit unter-
schiedlichen Datenverwaltungssystemen kombiniert werden koennen, sofern sie
ueber eine abgestimmte, als Standard akzeptierte Schnittstelle verfuegen.
Diese Prototyp-Implementierung erlaubt jedoch keinerlei Aussagen ueber die
Leistungsfaehigkeit des generierten CAD-Systems. Dies wird erst moeglich sein,
wenn nicht nur die Werkzeuge der Projektpartner, sondern auch diejenigen
industrieller Anbieter ueber eine solche Standard-Schnittstelle verfuegen und
damit die freie Kombination der besten Werkzeuge moeglich ist.
DASSY ist ein Verbundprojekt, in dem das Institut fuer Systementwurfstechnik
der GMD, die Hochschulen Darmstadt, Duisburg, Hagen, Hamburg-Harburg,
Kaiserslautern und Siegen sowie Siemens Nixdorf Informationssysteme AG,
Paderborn zusammenarbeiten. Das Projekt wird vom Bundesminister fuer Forschung
und Technologie gefoerdert.
JEWEL - Ein Werkzeug zur grafischen Darstellung von Systemverhalten
Im Rahmen des Projekts RelaX der Gesellschaft fuer Mathematik und Daten-
verarbeitung mbH (GMD), das Konzepte, Prototypen und Werkzeuge zur Unter-
stuetzung der Entwicklung verlaesslicher verteilter Applikationen entwickelt,
wurde ein Problem offensichtlich: es gibt bisher keine Standardverfahren oder
-werkzeuge zur detaillierten Beobachtung des Verhaltens, insbesondere des
Leistungsverhaltens verteilter Programme. Die fuer sequentielle Programme
benutzten Verfahren wie Profiling, Sampling oder Einzelschrittausfuehrung
genuegen aufgrund der inhaerenten Nebenlaeufigkeit in verteilten Systemen
nicht mehr, und es muessen andere Wege gesucht werden. Oftmals begnuegen
sich Leistungsuntersuchungen mit der Bestimmung von Durchschnittswerten fuer
einige Kenngroessen. Dabei gehen wesentliche Informationen ueber die
empirische Verteilung der Kenngroessen verloren.
Ziel des im Institut fuer Systementwurfstechnik der GMD, der staatlichen
Grossforschungseinrichtung fuer Informatik und Informationstechnik,
entwickelten Meuesystems JEWEL ("Just a new evaluation tool") war es, diese
Luecke zu schliessen und ein flexibles, leicht benutzbares und praezises
Messwerkzeug fuer die Entwicklung und Administration verteilter und
nebenlaeufiger Programme bereitzustellen.
Hohe Flexibilitaet ist von Bedeutung, um bei der Breite des moeglichen
Einsatzgebietes moeglichst viele, im Detail verschiedene Aufgaben bewaeltigen
zu koennen. JEWEL bietet Loesungen fuer die immer wiederkehrenden Aktivitaeten
bei der Beobachtung eines verteilten Systems und erlaubt es, sowohl generische
Standardkomponenten fuer Auswertung, grafische Darstellung und Experiment-
kontrolle in weiten Grenzen zu konfigurieren als auch neue spezialisierte
Komponenten hinzuzufuegen. Damit kann sich jeder Anwender von JEWEL, vom
Systementwickler, ueber den Anwendungsprogrammierer bis zum Netzwerk-
administrator, das Messsystem zusammenstellen, das seinen speziellen
Anforderungen genuegt. Fuer die leichte Benutzbarkeit eines solchen Systems
spielen zwei Aspekte eine Rolle. Erstens muss es einfach sein, in einem
fertigen oder sich noch in Entwicklung befindlichen Programm Messensoren zu
installieren, und zweitens muss es leicht sein, die daraus ermittelten
Groessen aussagekraeftig zu praesentieren. JEWEL ermoeglicht es, einen Mess-
sensor mit nur einer zusaetzlichen Programmzeile, unter Umstaenden sogar
automatisch, anzulegen. Es unterstuetzt, neben der ueblichen Moeglichkeit
zur offline-Analyse, die Aufbereitung der gewonnenen Ergebnisse zu animierten
online-Grafiken. Die online-Praesentation ist vor allem dann von Bedeutung,
wenn ein Entwickler oder ein Anwender ein "Gefuehl" fuer das Verhalten des
System oder Teilsystems bekommen moechte. So kann waehrend des laufenden
Programms sofort nachvollzogen werden, welche Operationen besonders aufwendig
sind, oder wann Unregelmaessigkeiten im Systemverhalten auftreten, die naeher
untersucht werden muessen, weil sie zum Beispiel auf einen Engpass, einen
Fehler oder vielleicht auch auf einen Virus hindeuten koennen.
Die Anforderungen an die Praezision eines Messwerkzeugs haengen immer von der
Groessenordnung der beobachteten Vorgaenge ab. Die typischen Vorgaenge in
einem modernen verteilten System finden oft in Zeitraeumen statt, die weit
kleiner sind als die Aufloesung der Systemuhr, sie bestehen oft nur aus
wenigen Instruktionen und uebergreifen nicht selten auch mehrere Rechner. Um
solche Vorgaenge noch einzeln beobachten zu koennen, benoetigt man neben einer
systemweit einheitlichen Zeitbasis auch eine Methode zur Messwerterfassung,
die das Zeitverhalten der beobachteten Aktionen nicht signifikant veraendert
(Interferenzarmut). JEWEL erlaubt es, sowohl bei sehr hohen Anforderungen an
die Genauigkeit spezielle Hardware-Uhren und -Messfuehler einzusetzen, als
auch fuer die Beobachtung laenger andauernder Aktionen eine kostenguenstige
und portable Software-Loesung zu benutzen.
Das JEWEL-System besteht aus drei Teilsystemen, die sich die drei Haupt-
aufgaben bei der Systembeobachtung teilen. Das Messwerterfassungs- und
-verarbeitungssystem DCRS (Data Collection and Reduction System) gewinnt
Messwerte aus dem zu beobachtenden verteilten System, fuehrt sie zusammen,
verdichtet sie und berechnet daraus Kenngroessen. DCRS besteht aus
Erfassungs-, Sammel- und Berechnungsbausteinen, die zu einer dem aktuellen
Problem angepassten Loesung konfiguriert werden koennen. Das grafische
Praesentationssystem GPS bereitet die Daten fuer eine leicht erfassbare
grafische online-Darstellung der Kenngroessen auf, es fasst in Fenstern
inhaltlich zusammengehoerige Kenngroessen des beobachteten Systems zusammen
und veranschaulicht ihre Werte mit Hilfe verschiedener Standarddiagrammtypen.
GPS basiert, wie das gesamte JEWEL-Benutzerinterface, auf den de facto-
Standards von X Window System und OSF/Motif. Das Experimentkontrollsystem
ECS stellt dem Experimentator eine komfortable grafische Schnittstelle zur
Konfiguration und Kontrolle des gesamten verteilten Messsystems und der
durchzufuehrenden Experimente von zentraler Stelle aus zur Verfuegung.
Neben der GMD-internen Nutzung wird JEWEL derzeit in zwei Kooperations-
projekten eingesetzt und in die Umgebung der Kooperationspartner
transferiert. Hieraus wurden auf der CeBIT zwei Beispiele fuer die Anwendung
von JEWEL gezeigt. Aus der Kooperation der GMD mit dem OSF Research Institute,
Grenoble, Frankreich, wird die Leistungsanalayse von UNIX-Systemdiensten in
einer Mikrokern-basierten Betriebssystemarchitektur bestehend aus dem
MACH 3.0 Mikrokern und dem OSF/1 Betriebssystemserver auf einem i386-basierten
Multiprozessorsystem im laufenden Experiment gezeigt. Weiter wurden mit Hilfe
der Aufzeichnungsmechanismen von JEWEL Ergebnisse aus der Untersuchung des
RPC (Remote Procedure Call)-Mechanismus des verteilten Betriebssystems Amoeba
aus der Zusammenarbeit mit dem ESA European Space Research and Technoloy
Centre, Noordwijk, Niederlande, praesentiert. JEWEL ist sehr gut dokumentiert
und fuer Interessierte auf der Basis eines Lizenzvertrages nutzbar.
Die STARCOS-SmartCard - Instrument fuer neue Dienstleistungen
Die SmartCard - Intelligenz im Scheckkartenformat, ist ein Schluessel zu
mehr Sicherheit, zu mehr Komfort und zu neuen Dienstleistungen in der
Informationstechnik. Als elektronische Geldboerse hilft sie beim Telefonieren
und vermeidet das Problem des passenden Kleingelds. Bei der Zugangs- oder der
Zugriffskontrolle ist sie das 'Sesam-oeffne-dich'-Werkzeug. Im Bereich der
vertrauenswuerdigen Kooperation uebernimmt sie die Funktion des Signier-
Instruments zur Erzeugung der elektronischen Unterschrift unter dem
elektronischen Dokument. Als Chiffrier-Geraet ermoeglicht sie vertrauliche
Kommunikation durch Verschluesselung der Nachricht. Als Traeger persoenlicher
Daten ueberwacht sie den Zugriff auf die gespeicherte Information durch
Pruefung der Autorisierung.
Die Gesellschaft fuer Automation und Organisation (GAO) und die Gesellschaft
fuer Mathematik und Datenverarbeitung mbH (GMD), die staatliche Gross-
forschungseinrichtung fuer Informatik und Informationstechnik, entwickeln
in einem gemeinsamen Forschungsvorhaben unter der Bezeichnung STARCOS ein in
vielen Anwendungsbereichen einsetzbares SmartCard-Anwendungspaket. Die mit
dem neu entwickelten und sehr leistungsstarken SmartCard Chip Operating
System STARCOS ausgestattete STARCOS-SmartCard ist mit einer File Organisation
ausgestattet, die die neuesten Entwicklungen der Standardisierung berueck-
sichtigt (Working Draft ISO 7816-4). Sie verfuegt ueber einen leistungsstarken
Satz an Chipkarten-Kommandos und bietet zahlreiche Sicherheitsfunktionen.
Die STARCOS-SmartCard wurde auf der Basis des Hitachi-Chips H8/310 realisiert
und ist als 'Multi Application SmartCard' konzipiert.
Das zugehoerige STARCOS SmartCard Terminal ist mit Tastatur, Display und
Security-Modul ausgestattet und an Personal Computer ueber eine RS 232-
Schnittstelle anschliessbar. Es erlaubt im Zusammenspiel mit der STARCOS-
SmartCard die Erzeugung und Pruefung elektronischer Unterschriften auf der
Basis des Kryptoverfahrens nach Rivest, Shamir und Adleman bis zu einer
Schluessellaenge von 1024 bits. Das SmartCard Interface Modul STARMOD bietet
dem Anwendungsprogrammierer eine Schnittstelle, ueber die er alle SmartCard-
Funktionen ansprechen kann. Als weitere Komponente gehoert zu dem Basis-
System das SmartCard Management Control System STARMAC zum Design und zur
Verwaltung von SmartCard-Anwendungen.
Um die Leistungsfaehigkeit und die vielfaeltigen Anwendungsmoeglichkeiten von
STARCOS zu zeigen, haben die beiden Projektpartner eine Reihe von Anwendungs-
beispielen auf einer STARCOS-SmartCard realisiert: Die TeleSign-Anwendung
erzeugt und prueft elektronische Unterschriften unter elektronischen
Dokumenten. Die SigMedica-Anwendung zeigt die 'electronic signature'-Funktion
am Beispiel des elektronischen Rezepts. Die CancerDat-Anwendung demonstriert
die Verwendbarkeit von SmartCards als Traeger medizinischer Behandlungsdaten
am Beispiel der Krebsnachsorge. Und fuer die persoenlichen Beduerfnisse des
Chipkartenbenutzers wurden die PerDat-Anwendung Funktionen "Telefon-
Verzeichnis", "Adress-Register", "Kooperations-Logbuch" und "Memo" auf der
STARCOS-SmartCard realisiert.
MERIT - ein wissensbasiertes Informationssystem mit grafischer Dialog-
schnittstelle
Die Entwicklung von Wissensbanken, Objektorientierten Datenbanken und
Multimedia-Informationssystemen erfordert ein Umdenken nicht nur im Bereich
der Speicher- und Zu- griffsmethoden, sondern insbesondere auch in der
Konzeption der Benutzerschnittstelle. War diese bis vor einigen Jahren
noch an dem Modell der Kommandosprache orientiert, so zeichnet sich heute
ein entscheidender Wandel ab: Leistungsfaehige Arbeitsplatzrechner bieten
heute grafische Benutzerschnittstellen an, die es erlauben, Informationen als
"grafische Objekte" auf dem Bildschirm sichtbar zu machen. Da die
Informationen oft hochgradig vernetzt sind, eignen sich die traditionell
eingesetzten Anfragesprachen nur bedingt dazu, auf die Informationsbasis
zuzugreifen. Als Alternative zu den herkoemmlichen "Retrieval-Schnittstellen"
entwickelt deshalb das Institut fuer Integrierte Publikations- und
Informationssysteme der Gesellschaft fuer Mathematik und Datenverarbeitung
mbH (GMD) Informationssysteme, die es dem Benutzer erlauben, die Informations-
bestaende in einem Dialog mit dem System zu erforschen.
Ein erster, von der GMD als staatlicher Grossforschungseinrichtung fuer
Informatik und Informationstechnik erarbeiteter Prototyp ist das System
MERIT ("Multimedia Extensions of Retrieval Interaction Tools"). Es enthaelt
Informationen ueber Foerderprogramme, Projekte und Forschungsinstitutionen
im Gebiet "Informationstechnologie", die in verschiedenen Datenbanken der
Europaeischen Gemeinschaft zur Verfuegung gestellt werden.
Das System bietet grafische Darstellungen von Anfrageresultaten an, die auf
verschiedene Situationen zugeschnitten sind. So wird dem Benutzer, der nur
einen Ueberblick gewinnen will, die Vernetzung zwischen Programmen oder
Projekten als Orientierungshilfe angeboten, waehrend ein an Details
interessierter Fragesteller, der zum Beispiel Forschungskontakte knuepfen
will, mit weiteren Daten ueber einschlaegige Projekte und die notwendigen
Adressen der potentiellen Ansprechpartner versorgt wird. Zusaetzlich sind
nuetzliche Zusatzinformationen, wie Landkarten mit den Standorten der
Forschungsinstitutionen oder Fotos von Ansprechpartnern verfuegbar.
Um den Benutzer nicht mit einem unuebersichtlichen Angebot zu irritieren,
bietet das System zu Beginn des Dialogs eine Reihe von exemplarischen
Situationen an, von denen der Benutzer diejenige auswaehlen kann, die seinem
Informationsproblem am naechsten kommt. Das System reagiert darauf mit einer
diesem "Fall" angemessenen Dialogfuehrung: So werden bei der Formulierung
einer Anfrage, zum Beispiel ueber Forschungsprojekte, bevorzugt diejenigen
Merkmale angeboten, die im gewaehlten Fall zur Beschreibung gesuchter
Informationen nuetzlich sind. Ist eine Anfrage bearbeitet, so wird eine dem
Fall entsprechende Strategie bei der Vermittlung der Resultate verfolgt.
Dies wirkt sich einerseits in Praesentationen aus, die situationsspezifisch
wichtige Daten hervorheben, andererseits wird die Reihenfolge, in der die
verschiedenen Darstellungen gezeigt werden, auf den Fall zugeschnitten. Trotz
der Orientierung an der Problemsituation des Benutzers kann es dazu kommen,
dass der Dialogverlauf nicht dem Informationsbeduerfnis des Benutzers
Rechnung traegt. Es steht dem Benutzer frei, einen anderen "Fall" zu waehlen
oder zu einer frueheren Dialogsituation zurueckzukehren. Entscheidungshilfe
dazu stellt das System bereit, indem es geeignete Kommentare zum aktuellen
Dialogzustand anbietet.
Bei der Formulierung der Anfrage wird der Benutzer vom System aktiv unter-
stuetzt. Zu einem eingegebenen Suchbegriff kann das System inhaltlich ver-
wandte Begriffe vorschlagen, die zur Erweiterung der Anfrage benutzt werden
koennen. Fuer diesen Zweck wird in MERIT Wissen ueber die Begriffe des Fach-
bereichs "Informationstechnologie" bereitgehalten. Dieses Wissen ist in Form
eines semantischen Netzes erfasst. Aehnlich einem Thesaurus sind die Begriffe
untereinander durch Beziehungen verbunden. Es werden vier Beziehungstypen
unterschieden, naemlich eine Aehnlichkeitsbeziehung, eine Gegenteilsbeziehung,
eine Spezialisierung und eine Generalisierung. Diese Beziehungen sind
"unscharf" (englisch: fuzzy), das hei~t unterschiedlich stark ausgepraegt,
wobei die Beziehungsstaerke durch einen Wert zwischen 0 und 1 ausgedrueckt
wird. Der verwendete Formalismus eignet sich sehr gut, um die Vagheit und
Mehrdeutigkeit der menschlichen Sprache nachzubilden.
Eine zentrale Systemkomponente von MERIT ist der Dialogmanager, der den
Benutzer bei der Informationssuche unterstuetzt. Dabei werden die Aktionen
von Benutzer und Informationssystem als kooperative Dialogbeitraege inter-
pretiert, die dazu dienen, wechselseitig ueber Dialogziele und Loesungswege
zu informieren. Durch geeignete Visualisierung soll sich der Benutzer nicht
nur als Bediener einer grafischen Schnittstelle fuehlen, der Bildschirmobjekte
wie Icons, Menues oder Fenster manipuliert. Vielmehr soll er Anfragen oder
Rueckfragen aeussern, Entscheidungen treffen und Themen bestimmen. Dies
geschieht auch in MERIT hauptsaechlich durch Anklicken grafischer Objekte.
Diese sollen aber aufgrund ihrer Gestaltung und Anordnung lediglich wie
sprachliche Hilfsmittel in einem inhaltlichen Kontext wirken und den Dialog,
also Inhalte und Zusammenhaenge, sichtbar machen.
Der in MERIT verfolgte Ansatz zur Visualisierung von komplexen Dialog-
strukturen basiert auf einem Dialogmodell, das die Abfolge von Dialog-
beitraegen, den Rollenwechsel zwischen den Teilnehmern und die Einbettung
von Klaerungsdialogen formal beschreibt. Diese Konzeption konnte auf die
grafischen Oberflaechen umgesetzt werden durch die Gestaltung verschieden-
artiger Typen von Dialogobjekten, zum Beispiel fuer Benutzeranfragen,
Systemangebote, fuer Rueckfragen von Benutzer und System in Klaerungs-
dialogen, fuer begleitende Kommentare oder Hilfen.
Loesen von Differentialgleichungen mit Computer-Algebra
Das Loesen von Differentialgleichungen ist in fast allen Gebieten der
Naturwissenschaften von grundlegender Bedeutung. Die Kenntnis analytischer
Loesungen in geschlossener Form ist dabei von ganz besonderem Interesse, da
sie Einsichten in die Struktur des zugrunde liegenden Problems erlauben, die
durch eine numerische Loesung nicht moeglich sind. Oft entscheidet sie ueber
den weiteren Fortschritt in einem Gebiet.
In aller Regel ist die Bestimmung solcher analytischen Loesungen mit grossem
Rechenauf- wand verbunden. Ausserdem sind die verwendeten Loesungsverfahren
meist nur heuristisch, da der Rechenaufwand fuer systematische Verfahren
noch erheblich groesser ist. Aehnlich wie beim Integrieren verwendet man
Tabellen von geloesten Beispielen - ein Standardwerk ist die Sammlung von
Kamke - und versucht, sein eigenes Problem auf eines dieser Beispiele
zurueckzufuehren. Falls man fuer eine bestimmte Differentialgleichung eine
Loesung nicht findet, kann man jedoch nicht sicher sein, ob sie vielleicht
doch existiert.
Die Computer-Algebra ermoeglicht einen fundamental neuen Ansatz. Der Rechen-
aufwand an analytischen Rechnungen spielt nur noch eine untergeordnete Rolle,
er wird fehlerfrei auf dem Computer ausgefuehrt. Deshalb sind die verwendeten
Verfahren algorithmisch, sie arbeiten fuer ganze Klassen von Gleichungen und
erlauben definitive Aussagen ueber die Loesungen des untersuchten Problems.
In der Gesellschaft fuer Mathematik und Datenverarbeitung mbH (GMD), der
staatlichen Grossforschungseinrichtung fuer Informatik und Informations-
technik, arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung von Software, mit der
die Loesungen linearer homogener Gleichungen, deren Koeffizienten rationale
Funktionen sind, bestimmt werden koennen. Durch diese Software wird das
Arbeiten mit Differentialgleichungen vollstaendig revolutioniert. In wenigen
Jahren werden aehnliche Algorithmen fuer fast alle Klassen von Gleichungen,
die von praktischem Interesse sind, entwickelt und implementiert werden. Das
langwierige Arbeiten mit Nachschlagewerken wird dann vollstaendig durch die
Arbeit mit dem Computer abgeloest. Die Zeitersparnis, die Korrektheit und
die Qualitaet der Ergebnisse sind ein enormer Gewinn und schaffen Zeit fuer
kreative Arbeit. Die fundamentale Bedeutung dieser Software fuer alle
Gebiete, in denen Differentialgleichungen geloest werden, liegt auf der Hand.
Die Akzeptanz dieser neuen Moeglichkeiten wird durch eine benutzerfreundliche
Oberflaeche erleichtert. Fuer die Eingabe bedeutet das die Moeglichkeit,
handgeschriebene Gleichungen in der ueblichen mathematischen Schreibweise an
das System zu uebergeben. Die Bedienung eines Grafiktabletts kommt dem Rechnen
auf einem Blatt Papier sehr nahe und braucht deshalb nicht erlernt zu werden.
Die Loesungen der eingegebenen Differentialgleichungen werden von der Computer-
Algebra-Software berechnet und in einem druckaehnlichen Format auf dem
Bildschirm ausgegeben.
Das Grafiktablett wurde an der Universitaet des Saarlandes am Lehrstuhl von
Prof. Dr. Guenter Hotz entwickelt. Es verwendet ein neuronales Netz zur
Mustererkennung und arbeitet mit neuartigen Methoden zur Analyse der
mathematischen Formeln.
Quelle: Mitteilungen der GMD, Wijo-Liste
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