Язык программирования Fortrun. Понятие, назначение, основные приемы, история применения
ВВЕДЕНИЕ
С момента изобретения машины Чарльза Бэббиджа в 1822 году компьютерам требовались наборы инструкций, подготовленных в определенном виде, для выполнения конкретной задачи. Эти наборы инструкций сегодня называют языком программирования. Компьютерные языки были сначала составлены из последовательных команд, набираемых на языке компьютера, затем они превратились в последовательность команд вводимых в компьютер, который затем переводил эти команды на машинный язык и исполнял, позже эти языки приобрели расширенные функции, такие как логическое ветвление и объектную ориентацию. За последние десятилетия появилось большое количество различных языков программирования, предназначенных для различных целей, позволяющих решать самые разные задачи.
У каждого языка программирования есть своя история, свои положительные и отрицательные стороны.
Целью данной работы является рассмотрение языка программирования Fortran.
Для достижения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
Изучить историю создания языка
Рассмотреть основные области применения
Изучить структуру и синтаксис программ на языке fortran
Рассмотреть основные типы данных
Работа состоит из двух глав, в первой рассматривается история создания языка программирования и области его применения, во второй структура программ, синтаксис и основные типы данных.
ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ FORTRAN, ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ
История создания и применения
FORTRAN был первым в мире языком программирования высокого уровня. Он был разработан в IBM небольшой командой под руководством Джона Бакуса. Самая ранняя версия FORTRAN была выпущена в 1957 году как инструмент программирования для IBM 704. Пятьдесят лет спустя FORTRAN остается языком программирования, выбранным для крупномасштабных численных расчетов в науке и технике.
Программы для самых ранних компьютеров состояли из последовательностей числовых кодов. Каждый код представляет собой базовую операцию, такую как «извлечь число из ячейки памяти X и поместить его в регистр A» или «добавить число в регистре A к номеру в регистре B». Этот стиль программирования был трудоемким и подверженным ошибкам. Ошибки было трудно найти [1].
Ко времени, когда Джон Бэкус присоединился к IBM в качестве научного программиста в 1950 году, стало возможным писать программы с использованием мнемомики, такой как ADD, вместо числовых кодов. Специальная программа (которая сегодня называлась бы ассемблером) преобразовала мнемонику в соответствующие числовые коды. Это сделало программирование немного легче, но даже простая программа требовала десятков операций, и было все еще трудно отследить ошибки.
Бэкус полагал, что должна быть возможность создать язык программирования, который позволял бы выражать последовательность вычислений в чем-то похожем на математическую запись. Программа перевода (компилятор в современной терминологии) затем преобразует ее в числовые коды, понятные компьютеру. Бэкус предложил эту идею своему менеджеру в 1953 году. Ему дали бюджет и предложили нанять небольшую команду, чтобы проверить осуществимость этой идеи.
Три года спустя команда опубликовала руководство, в котором описывалась система перевода математических формул (IBM Mathematical Formula Translating System), или сокращенно FORTRAN. Вскоре после этого IBM сделала первый компилятор FORTRAN доступным для пользователей IBM 704 [3].
Бэкус и его команда создали первый в мире язык программирования высокого уровня. Ученым и инженерам больше не нужно было бы писать свои программы в виде числовых кодов или многословных мнемоник.
Примечательно, что команда Бакуса внедрила первый оптимизирующий компилятор, который не только переводил программы на языке FORTRAN в числовые коды IBM 704, но и создавал коды, которые выполнялись почти так же быстро, как и все, что можно было создать вручную.
Это было очень важно для обеспечения успеха Фортрана. Ранние компьютеры были очень медленными по сегодняшним стандартам, и они очень дорого обходились для своих владельцев. Неэффективные программы напрасно тратили время и деньги. Бэкус и его команда понимали это, и они знали, что им нужно переубедить критиков, которые говорили, что программа, составленная на языке высокого уровня, никогда не может быть столь же эффективной, как та, которая была создана вручную с использованием числовых кодов или мнемоник [2].
В 1958 году IBM выпустила пересмотренную версию языка под названием FORTRAN II. Он обеспечивал поддержку процедурного программирования, вводя операторы, которые позволяли программистам создавать подпрограммы и функции, тем самым поощряя повторное использование кода.
Растущая популярность FORTRAN побудила многих производителей компьютеров внедрять его версии для своих машин. Каждый производитель добавил свои собственные настройки, что сделало невозможным гарантировать, что программа, написанная для одного типа машины, будет компилироваться и работать на другом типе. В ответ IBM удалила все машинно-зависимые функции из своей версии языка. Результат, выпущенный в 1961 году, получил название FORTRAN IV.
К началу 1960-х годов усиливалось давление на создание стандартизированной версии FORTRAN, которая не была бы привязана к какому-либо одному типу компьютеров
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
. В 1962 году Американская ассоциация стандартов (предшественник ANSI, Американского национального института стандартов) созвала комитет для достижения этой цели. Результатом, опубликованным в 1966 году, стал документ, который определил язык, который стал известен как Фортран 66.
FORTRAN 66 стал важной вехой в информатике. Это был первый язык программирования, определяемый формальным стандартом.
Уже через несколько лет недостатки FORTRAN 66 стали проявляться, особенно по сравнению с другими языками программирования, такими как C, Pascal и Algol. Производители компьютеров снова добавили настройки в язык, чтобы попытаться устранить некоторые из этих ошибок [4].
Это вынудило комитет по стандартам ANSI FORTRAN, известный как X3J3, начать работу над новой версией языка в 1969 году. Получившемуся стандарту потребовалось восемь лет, чтобы достичь зрелости, но язык, который он определил, известный как FORTRAN 77, предоставлял значительные улучшения. Среди функций, которые он добавил, были оператор истинного блока IF, символьные типы данных, ввод-вывод прямого доступа и оператор для определения констант.
FORTRAN 77 стал наиболее широко используемой версией языка, и вполне вероятно, что большая часть устаревшего кода FORTRAN во всем мире написана на этой версии языка.
FORTRAN 77 столкнулся с конкуренцией со стороны таких языков, как C, что позволило программистам динамически распределять память и определять гетерогенные структуры данных. Фортран 77 не мог сделать ни одну из этих вещей. Следующая версия FORTRAN, разработанная комитетом ANSI X3J3, была разработана для устранения этих недостатков. Предварительно он назывался FORTRAN 8X, но к концу 1980-х годов комитет, похоже, не был близок к выпуску нового стандарта, и среди компьютерных ученых была популярная шутка о том, что «X» должен быть шестнадцатеричной цифрой.
Новая версия FORTRAN была окончательно опубликована в качестве стандарта Международной организацией по стандартизации в 1991 году, и она стала неофициально известна как FORTRAN 90.
В отличие от предыдущей версии, Fortran 90 не удалил никаких функций. Любая соответствующая стандарту программа FORTRAN 77 также соответствует стандарту в Fortran 90.
Fortran 95 (1997)
Коррекция предыдущего стандарта. Введён оператор и конструкция FORALL, позволяющие более гибко, чем оператор и конструкция WHERE, присваивать массивы и заменять громоздкие циклы. FORALL позволяет заменить любое присваивание сечений или оператор и конструкцию WHERE, в частности, обеспечивает доступ к диагонали матрицы. Данный оператор считается перспективным в параллельных вычислениях, способствуя более эффективному, чем циклы, осуществлению распараллеливания [5].
Fortran 2003 (2004)
Дальнейшее развитие поддержки ООП в языке. Взаимодействие с операционной системой. Добавлены также следующие возможности:
Асинхронный ввод-вывод данных.
Средства взаимодействия с языком C.
Усовершенствование динамического размещения данных
Fortran 2008 (2010)
Стандартом предполагается поддержка средствами языка параллельных вычислений (Co-Arrays Fortran). Также предполагается увеличить максимальную размерность массивов до 15, добавить встроенные специальные математические функции и др.
Fortran 2018
Последняя версия языка Fortran 2018 (ранее известная как Fortran 2015) была выпущена 28 ноября 2018 года.
Fortran 2018 включает в себя:
ISO / IEC TS 29113: 2012 Дальнейшая совместимость с C
ISO / IEC TS 18508: 2015 Дополнительные параллельные функции в Fortran
Поддержка ISO / IEC / IEEE 60559: 2011, шестнадцатеричный ввод / вывод, усовершенствования IMPLICIT NONE и другие изменения.
Основные области применения языка FORTRAN
В индустрии Фортран сегодня используется редко – в одном из списков популярных языков он оказался на 28-м месте. Но Фортран по-прежнему является основным языком для крупномасштабного моделирования физических систем – то есть для таких вещей, как астрофизическое моделирование звезд и галактик (например FLASH), крупномасштабная молекулярная динамика, электронные коды подсчета структуры (SIESTA), климатические модели и т. д. В области высокопроизводительных вычислений, подмножеством которых являются крупномасштабные численные моделирования, сегодня используются только два языка-C / C++ и "современный Фортран " (Fortran 90/95/03/08/18). Для этих двух языков были разработаны популярные открытые библиотеки MPI для распараллеливания кода. В общем случае, если требует быстрый код, работающий на нескольких процессорах, есть только два варианта. В современном Fortran есть такая особенность как "coarray", позволяющая работать непосредственно на языке с параллельным программированием. Coarray появился в расширении Fortran 95 и позже был включен в Fortran 2008 [4].
Благодаря долгой истории Fortran, неудивительно, что на нем написано большое количество кода для фундаментальных наук. Ученые стараются минимизировать время программирования, поэтому, если они найдут более ранний подход, они будут его использовать
50% доклада недоступно для прочтения
Закажи написание доклада по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
