в каком году в сша был начат проект фортран
Древнейший язык программирования восстал из мертвых и хочет стать самым популярным
Язык программирования Fortran, созданный в 1957 г., переживает резкий всплеск популярности. В рейтинге TIOBE он еще летом 2020 г. занимал самое последнее 50 место, но к апрелю 2021 г. оказался на 20 строчке. Несмотря на почтенный возраст, Fortran продолжает развиваться и использоваться в различных сферах – его самая актуальная версия вышла в конце 2018 г.
Живее всех живых
Язык программирования Fortran после многих лет забвения вновь стал интересовать разработчиков. В рейтинге языков TIOBE за апрель 2021 г. он вошел в топ-20, опередив многие известные языки, включая Objective-C и Rust.
TIOBE – это один из самых авторитетных рейтингов языков программирования. Он существует с 2003 г., и его развивает одноименная компания (The Importance Of Being Earnest, отсылка к пьесе Оскара Уайлда «Как важно быть серьезным»). Рейтинг создается на основе результатов поиска информации о тех или иных языках на популярных сайтах, включая «Википедию» и YouTube, а также на основе запросов в поисковиках Google, Bing и др.
Fortran демонстрирует взрывной рост популярности, пришедший на смену постепенному забвению. Так, если в апреле 2020 г. он занимал 34 место, то к июню 2020 г. почти выбыл из рейтинга, скатившись на 50 строчку. В итоге менее чем за год Fortran отыграл 30 позиций, но составители рейтинга TIOBE пока не прогнозируют его дальнейшие успехи или, наоборот, неудачи.
За 18 лет существования рейтинга Fortran поднимался в нем максимум до 10 места. Этот личный рекорд он поставил в марте 2002 г., 19 лет назад, после чего его популярность стала падать. В 2005 г. был зафиксирован кратковременный рост интереса к нему, но затем вплоть до 2015 г. он держался примерно на одном уровне. С 2015 по 2017 гг. популярность Fortran вновь подскочила и затем снова рухнула. Не исключено, что новый рывок этого языка окажется началом следующего длительного периода роста его востребованности.
История Fortran
Fortran входит в число старейших языков программирования – он был создан в 1957 г. специалистами компании IBM. Название 64-летнего языка расшифровывается как FORmula TRANslator (переводчик формул).
Несмотря на свой почтенный возраст, Fortran по-прежнему востребован в ряде сфер, включая инженерные вычисления. Его разработка продолжается, и на момент публикации материала самой актуальной его версией была Fortran 2018 (ISO/IEC 1539-1:2018), вышедшая в конце ноября 2018 г.
Широкое распространение Fortran в странах СССР началось спустя 10 лет с момента его создания. Толчком этому послужила разработка первого советского компилятора этого языка для ЭВМ «Минск-2», плюс через год появился компилятор «Фортран-Дубна» для ЭВМ БЭСМ-6.
Комментируя новый всплеск популярности Fortran, составители индекса TIOBE заявили: «Этот динозавр вернулся в топ-20 спустя более 10 лет. Fortran был первым коммерческим языком программирования и набирает популярность благодаря огромной потребности в научных вычислениях». «С возвращением Fortran», – добавили они.
Если Fortran сможет приблизиться к топ-10 языков программирования, ему будет непросто пробиться в него. В рейтинге TIOBE первые 10 мест почти не меняются на протяжении нескольких лет, и на апрель 2021 г их занимали, в порядке снижения популярности, следующие языки: C, Java, Python, C++, C#, Visual Basic, JavaScript, Assembly, PHP и SQL.
Конкуренты из прошлого
Fortran – не единственный язык программирования середины XX века, набирающий популярность в третьем десятилетии XXI века. В апреле 2020 г. в мире и, в особенности, в США резко взлетел спрос на разработчиков, пишущих на COBOL (COmmon Business Oriented Language).
Интерес к COBOL подхлестнула пандемия коронавируса, повлекшая за собой рост числа безработных. ПО, написанное на этом языке, используется в США в системе занятости, и в настоящее время оно требует обновления и оптимизации. COBOL младше Fortran на два года – он появился в 1959 г.
В середине апреля 2020 г. IBM, создатель Fortran, даже объявила о готовности провести обучающие курсы по языку COBOL, лишь бы увеличить суммарное число программистов во всем мире, знающих этот язык. В конце июля 2020 г. специалисты Института инженеров электротехники и электроники (Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE) опубликовали рейтинг языков программирования в своем ежемесячном журнале IEEE Spectrum. Он включает 55 позиций, и COBOL занял в нем 43 строчку.
В рейтинге TIOBE COBOL тоже присутствует – по состоянию на апрель 2021 г. он находился в нем на 24 месте. В этом списке COBOL достигал максимум 8 места – сделать это ему удалось в августе 2011 г. Спустя ровно 11 лет, в августе 2011 г., COBOL оказался на 47 месте, и пока это наихудший его результат за все 18 лет существования рейтинга.
Фортран
Фортра́н (Fortran) — первый язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор. Создан в период с 1954 по 1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса в корпорации IBM (язык Планкалкюль, претендующий на пальму первенства, был изобретён ещё в 1945 году, но не был реализован вплоть до 2000 года). Название Fortran является сокращением от FORmula TRANslator (переводчик формул). Фортран широко используется в первую очередь для научных и инженерных вычислений. Одно из преимуществ современного Фортрана — большое количество написанных на нём программ и библиотек подпрограмм. [1] Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц, и пакет для решения сложных интегральных уравнений, и многие, многие другие. Ряд таких пакетов создавался на протяжении десятилетий и популярен в научной среде по сей день, например — IMSL (англ.).
Большинство таких библиотек является фактически достоянием человечества: они доступны в исходных кодах, хорошо документированы, отлажены и весьма эффективны. Поэтому изменять, а тем более переписывать их на других языках программирования накладно, несмотря на то, что регулярно производятся попытки автоматического конвертирования FORTRAN-кода на современные языки программирования.
Современный Фортран (Fortran 95 и Fortran 2003) приобрёл черты, необходимые для эффективного программирования для новых вычислительных архитектур, позволяет применять современные технологии программирования, в частности, ООП.
Содержание
Эволюция стандартов языка
Компиляторы
До 1997 крупным производителем компилятора Фортран для операционной системы Windows была корпорация «Microsoft». Впоследствии она отказалась от их разработки в связи с низкой прибыльностью. После этого компилятор поставляла фирма «DEC», вошедшая в 1998 году в состав «Compaq» и вместе с последней в 2002 году слившаяся с «HP». Дальнейшей разработкой этой версии компилятора стала заниматься фирма Intel, а компилятор называется Intel Fortran Compiler, который позволяет оптимизировать код под платформы Intel IA-32, x86_64 и IA-64.
Компания «DEC» поставляет компилятор, интегрированный в среду разработки Digital Visual Fortran, основанную на Microsoft Visual Studio. Наиболее известными продуктами этой линейки являются FPS 4.0 (Microsoft Fortran Power Station), DVF 5.0 и 6.0. Каждый компилятор может поддерживать несколько стандартов Фортрана. Слияния компаний явились причиной того, что последующие продукты появлялась на рынке под торговыми марками Compaq и HP. В настоящее время HP продаёт среду разработки версии 6.6 для Intel/win32. Поддержка Фортрана реализована также для всех высокопроизводительных платформ HP.
Другим крупным поставщиком систем разработки на Фортране является фирма «Lahey», предлагающая интегрированные решения для Windows и Linux.
Долгое время лучшим компилятором Фортрана для PC считался компилятор фирмы «Watcom», который был выделен в отдельный проект Open Watcom развивающий компилятор на открытой основе.
Среди бесплатных компиляторов Фортран следует выделить компилятор от бывшей Sun Microsystems (сейчас Oracle), входящий в состав Sun Studio, который генерирует эффективный код под SPARC, x86 и x86-64 [10] и доступен для ОС Solaris, OpenSolaris и GNU/Linux.
Фонд свободного программного обеспечения GNU выпускал открытый компилятор Фортрана-77 g77, доступный практически для любой платформы и полностью совместимый с GCC. Сейчас ему на смену пришел компилятор GFortran, в котором реализованы практически все конструкции стандарта Фортран-95 и многие конструкции стандартов Фортран-2003 и Фортран-2008. Он также полностью обратно совместим с Фортран-77. Также существует независимый проект g95 по созданию на основе GCC компилятора Фортран-95.
Возможности и структура программы
Фортран имеет достаточно большой набор встроенных математических функций, поддерживает работу с целыми, вещественными и комплексными числами высокой точности. Выразительные средства языка изначально были весьма бедны, поскольку Фортран был одним из первых языков высокого уровня. В дальнейшем в Фортран были добавлены многие лексические конструкции, характерные для структурного, функционального и даже объектно-ориентированного программирования.
Структура программ изначально была ориентирована на ввод с перфокарт и имела ряд удобных именно для этого случая свойств. Так, 1-я колонка служила для маркировки текста как комментария (символом C), с 1-й по 5-ю располагалась область меток, а с 7-й по 72-ю располагался собственно текст оператора или комментария. Колонки с 73-й по 80-ю могли служить для нумерации карт (чтобы восстановить случайно рассыпавшуюся колоду) или для краткого комментария, транслятором они игнорировались. Если текст оператора не вписывался в отведённое пространство (с 7-й по 72-ю колонку), в 6-ой колонке следующей карты ставился признак продолжения, и затем оператор продолжался на ней. Расположить два или более оператора в одной строке (карте) было нельзя. Когда перфокарты ушли в историю, эти достоинства превратились в серьёзные неудобства.
Именно поэтому в стандарт Фортрана, начиная с Fortran 90, в добавление к фиксированному формату исходного текста появился свободный формат, который не регламентирует позиции строки, а также позволяет записывать более одного оператора на строку. Введение свободного формата позволило создавать код, читаемость и ясность которого не уступает коду, созданному при помощи других современных языков программирования, таких как C или Java.
Своего рода «визитной карточкой» старого Фортрана является огромное количество меток, которые использовались как в операторах безусловного перехода GOTO, так и в операторах циклов, и в операторах описания форматного ввода/вывода FORMAT. Большое количество меток и операторов GOTO часто делало программы на Фортране трудными для понимания.
Именно этот негативный опыт стал причиной, по которой в ряде современных языков программирования (например, Java) метки и связанные с ними операторы безусловного перехода сильно видоизменены.
Однако современный Фортран избавлен от избытка меток за счёт введения таких операторов, как DO … END DO, DO WHILE, SELECT CASE. Более того, в современных стандартах языка оставлен лишь классический оператор GOTO, применяемый во многих языках и поныне. Вычисляемый оператор GOTO, а также конструкция ENTRY — множественного входа в процедуры, были исключены.
Также к положительным чертам современного Фортрана стоит отнести большое количество встроенных операций с массивами и гибкую поддержку массивов с необычной индексацией. Пример:
Hello, World!
Фиксированный формат (символами «␣» выделены пробелы в позициях строки с 1 по 6):
История языков программирования: как Fortran позволил пользователям общаться с ЭВМ на «ты»
В 2017 году языку Fortran исполняется 60 лет. За это время язык несколько раз дорабатывался. «Современными» версиями считаются Fortran 90, 95, 2003 и 2008. Если изначально это был язык программирования высокого уровня с чисто структурной парадигмой, то в более поздних версиях появились средства поддержки ООП и параллельного программирования. На сегодняшний день Fortran реализован для большинства платформ.
До появления языка Fortran разработчики программировали, используя машинный код и ассемблер. Язык высокого уровня быстро набрал популярность, так как был прост в изучении и обеспечивал генерацию эффективного исполняемого кода. Это существенно упростило жизнь программистам.
В 1950 году, когда Джону Бекусу было 25 лет, он, получив степень магистра математики в Колумбийском университете, устроился программистом в фирму IBM. Вскоре он возглавил группу, разрабатывающую интерпретатор под названием «Быстрый кодировщик» для компьютера марки IBM-701. Затем он работал в составе группы по созданию более мощного преемника модели 701, машины IBM-704.
В 1953 году Бекус выступил с рационализаторской инициативой. Он предложил создать язык и компилятор к нему, которые должны были упростить программирование модели IBM-704. Система позволяла записывать программы в алгебраической форме, а компилятор должен был автоматически переводить ее в машинные коды.
С этим предложением Джон Бекус, как говорится, оказался в нужном месте, в нужное время. С опозданием выйдя на рынок, фирма IBM испытывала затруднения с увеличением сбыта своих компьютеров. По этой причине она поддерживала исследования по информатике в Колумбийском, Гарвардском и некоторых других университетах. Помимо этого, IBM и сама искала пути снижения стоимости программирования, а также пыталась упростить работу с компьютерами, чтобы сделать их более привлекательными, «дружественными» для пользователей.
Дело в том, что в то время с компьютерами работали в основном ученые, инженеры и преподаватели. Вычислительные машины использовались для научных расчетов. Однако эти люди испытывали большие сложности, так как приходилось использовать машинные коды и язык ассемблера. А это требовало довольно глубокого знания устройства и действия самого компьютера.
Поэтому они наверняка согласились бы изучить язык высокого уровня, особенно если бы он напоминал привычные им алгебраические формулы. Такие рассуждения подвигли IBM к разработке Fortran.
IBM-704
Исследователи фирмы IBM, создававшие Fortran, и не подозревали, насколько большое значение приобретет этот язык. Когда они в начале 1954 года приступили к работе, информатика развивалась стихийно, и каждый работал по наитию. Это привело к возникновению профессиональных программистов и специалистов по информатике.
Один из управляющих фирмы IBM решил, что из шахматистов получаются хорошие программисты, поэтому он заводил беседы с возможными кандидатами в программисты во время шахматных партий с одним из сотрудников фирмы IBM (который, кстати, был чемпионом США по шахматам).
Мало кто из восьми человек, занятых в разработке Fortran, был серьезно знаком с компьютерами. Они пришли из университетов и авиакомпаний, а также из собственных программистских групп IBM.
До колледжа Бекус был посредственным учеником («Я прошел больше школ, чем могу вспомнить»). После службы в армии во время второй мировой войны он оказался в Нью-Йорке, где поступил в школу радиотехники. «Пределом моих стремлений было сделать высококачественное звуковоспроизводящее устройство», — признался Бекус позднее,.
Однако преподаватель по ремонту телевизионной и радиоаппаратуры пробудил у Бекуса интерес к математике и убедил его продолжить учебу в Колумбийском университете. Так скромно началась одна из самых плодотворных карьер в истории вычислительной техники.
Итак, разработчики во главе с Бекусом расположились в штаб-квартире фирмы IBM на Мэдисон-авеню в Нью-Йорке.
Они выделили основные понятия нового языка, в частности оператор присваивания (например, N = 100), задававший переменным определенные значения, ввели индексируемые переменные, которые сообщали компьютеру, какой элемент из списка переменных нужен (например, X(3) означает третий элемент списка, названного X), предложили очень важный оператор DO, который позволял повторять нужную последовательность операторов заданное число раз.
Как заявлял Бекус, большинство людей считало, что основной вклад Fortran — это возможность писать программы в виде алгебраических формул, а не на машинном языке. Но на самом деле это не так. По его мнению, Fortran в первую очередь автоматизировал организацию циклов. Важность этой задачи при разработке научных приложений сложно переоценить. Работа над языком шла быстро.
Однако совсем другое дело — разработка компилятора. Бекус понимал, что развеять сомнения в возможностях «автоматического» программирования, то есть написания программ на языках высокого уровня нелегко. Это произойдет, когда программы, полученные с помощью Fortran, будут такими же быстродействующими и надежными, как и написанные в машинных кодах или на языке ассемблера, думал он.
По плану на разработку компилятора отводилось полгода, однако работа над ним заняла более двух лет.
В конце 1956 года и в 1957 году интенсивность работы по доводке и отладке компилятора резко возросла. В этот период члены группы часто снимали номер в ближайшей гостинице, где отсыпались днем, работая на машине по ночам, чтобы иметь возможно больше непрерывного машинного времени. Ошибки одна за другой устранялись, и в апреле 1957 года компилятор был готов для использования владельцами машины IBM-704.
«Большой конфуз»
По ошибке, которую Бекус назвал «большим конфузом», компилятор был послан в лабораторию «Вестингауз-Беттис» в виде колоды перфокарт и без каких-либо инструкций; что и позволило Гербу Брайту из лаборатории «Вестингауз-Беттис» запустить Fortran вслепую. Остальные пользователи получили систему на магнитной ленте вместе с руководством для оператора.
В одну из пятниц апреля 1957 года в компьютерный центр атомной лаборатории «Вестингауз-Беттис» возле Питтсбурга почтальон доставил загадочную посылку. Программист Херб Брайт и двое его коллег открыли ящик, на котором не было никаких пометок, и обнаружили там стопку примерно из 2 тысяч перфокарт, без единой инструкции.
Рассматривая перфокарты, Брайт вспомнил, что в IBM как раз шла окончательная отладка языка высокого уровня, предназначенного для использования на IBM-704. Может, почтальон принес именно этот долгожданный компилятор? Брайт и его друзья решили загрузить загадочные карты в компьютер и посмотреть, что получится.
Брайт вложил в считывающее устройство компьютера тестовую программу, написанную на Фортране, и нажал кнопку пуска. Новый компилятор выдал на принтер сообщение: «на карте № 25 обнаружена ошибка в операторе — пропущена запятая».
Программисты, привыкшие к запутанным сообщениям в виде числовых кодов, были поражены ясностью этой информации. Неверный оператор исправили и снова нажали кнопку пуска. Ленты начали вращаться, и компьютер выдал стопку перфокарт программы. Когда карты загрузили в считывающее устройство, заработал принтер и без остановки напечатал 28 страниц. Компьютер лишь слегка ошибся в формате выходных данных. «Но числа были правильными! Числа были правильными!» — восклицал позднее Брайт.
На самом деле, примерно в одно и то же время с Fortran’ом появилось еще два языка высокого уровня – Кобол и Алгол. Начиная с конца 50-х годов они долгое время лидировали в компьютерном мире. Большинство современных программ написано на языках, которые представляют собой потомки этих трех языков.
Распространение и адаптация
Но поначалу Fortran принимали без особой теплоты. Программисты, как вспоминал Бекус, «весьма скептично воспринимали все наши заявки». Однако по сравнению со своими предшественниками Fortran был сравнительно прост для обучения и использования.
Кроме того, фирма IBM снабжала все модели 704 Fortran’ом бесплатно. В результате к 1958 году более половины всех машинных команд на 60 компьютерах фирмы были получены не вручную, а «автоматически», с помощью нового языка высокого уровня.
Бекус понимал, что конкурирующие производители тоже займутся разработкой языков высокого уровня для своих вычислительных машин. Однако Fortran быстро стал нормой и его адаптировали для различных моделей ЭВМ. Первую адаптацию осуществила сама фирма IBM. Через пять лет Fortran использовался на шести различных моделях компьютеров фирмы IBM, а также на компьютерах компании «Сперри Рэнд», «Филко» и других.
Небольшая группа, в которую входил Дэвид Хеммис, за короткое время адаптировала Fortran к машине IBM-650, меньшей, чем IBM-704. Хеммис и его коллеги разработали систему «FORTRANSIT» (FOR TRANSIT — для перехода); позднее эти два слова слились в одно. Таким образом, система FORTRANSIT стала первым транслятором исходного, работающим на ЭВМ нескольких моделей.
Дэвид Хеммис – один из первых разработчиков компьютерных языков, за рулем своего автомобиля выпуска 1928 года. Фотография сделана в Уэстхемптоне (шт. Нью-Йорк) во время автомобильных гонок 1957 года.
Доработка
Тем не менее, работу над новым языком нужно было продолжать достаточно долго: это стало ясно еще в начале 1957 года, когда продолжался процесс отладки. Бекус и другие разработчики понимали, что язык нуждается в более точной системе диагностики программных ошибок. Кроме того, необходимо было реализовать возможность раздельного и независимого написания подпрограмм и программных модулей. Таким образом язык получил бы еще одно преимущество – повторное использование кода.
Благодаря усилиям разработчиков всего через год после создания оригинала появился Fortran II. Одно из достоинств нового языка состояло в том, что он позволял вставлять в программы фрагменты кода на ассемблере. Более поздняя версия, Fortran III, была создана в 1958 году. Про Fortran IV, который еще больше расширил возможности языка, стало известно в 1962 году.
Ядро языка, его основные операторы и выражения, оставались практически неизменными на протяжении многих лет. Но, поскольку Фортран многократно адаптировался ко все новым системам машин, для которых он не предназначался, постепенно накапливались отличия. Одни возможности терялись, новые возникали. Это неизбежно порождало путаницу.
Например, не все компиляторы одинаково истолковывали важнейший оператор DO: некоторые всегда выполняли цикл хотя бы один раз, не проверяя, нужно ли его вообще выполнять, другие осуществляли такую проверку. Чтобы навести порядок в подобных вопросах, производители и пользователи компьютеров договорились провести стандартизацию языка.
В 1966 году первый стандарт получил название Fortran 66. В 1977 году, соответственно, вышел стандарт Fortran 77. В 1991 году появился Fortran 90. Fortran 95 создан в 1997 году.
Fortran в СССР
В Советском союзе ко двору больше пришелся Алгол-60. Поэтому Fortran в этой стране появился позже. Тем не менее, постепенно он вышел на первое место по популярности. Были разработаны компиляторы (трансляторы) для большинства отечественных ЭВМ – «Минск-32», БЭСМ-4, БЭСМ-6, АС-6, ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, МВК «Эльбрус» и так далее.
В ИПМ им. Келдыша в разное время было разработано несколько трансляторов. Два из них – Фортран-Алмо и Форшаг (Фортран шаговый) были написаны на языке Алмо и код генерировали на этом же языке. Это позволило установить трансляторы на несколько разнотипных ЭВМ. В обоих трансляторах реализован стандарт Fortran 66.
Форшаг также включал язык диалога, который позволил создавать, редактировать и выполнять трансляцию кода в диалоговом режиме. Помимо этого, был разработан комплекс графических программ для Фортрана – Графор, который активно использовался на различных ЭВМ.
Fortran и по сей день остается популярным среди научных работников. Это первый язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор, получивший практическое применение и дальнейшее развитие. Как говорилось в руководстве фирмы IBM, выпущенном в 1957 году, «Fortran обеспечивает эффективный способ создания программ для модели 704, прост в обучении и не требует глубоких знаний в области ЭВМ».
С тех пор научные работники, инженеры и студенты получили возможность общаться с компьютером без помощи профессиональных программистов, пишущих на ассемблере.
Однако следующее поколение программистов стало относиться к Fortran’у как к «ископаемому». Эдсгер Дейкстра, язвительно отмечал, что обучение студентов этому языку должно приравниваться к серьезному преступлению.