プログラミング言語の歴史：Fortranがユーザーを「あなた」のコンピューターと通信させる方法

Fortranは2017年に60周年を迎えます。 この間、言語は数回洗練されました。 Fortran 90、95、2003、2008は「最新」バージョンと見なされますが、最初は純粋な構造パラダイムを備えた高レベルのプログラミング言語であった場合、後のバージョンではOOPおよび並列プログラミングをサポートするツールが登場しました。 今日、Fortranはほとんどのプラットフォームに実装されています。



Fortran言語の前は、開発者はマシンコードとアセンブラーを使用してプログラミングしていました。 簡単に習得でき、効果的な実行可能コードの生成が保証されたため、高級言語はすぐに人気を博しました。 これにより、プログラマの生活が大幅に簡素化されました。



1950年、ジョン・ベッカスが25歳のとき、彼はコロンビア大学で数学の修士号を取得し、IBMでプログラマーとしての職を得ました。 まもなく、彼はグループを率いて、コンピューターブランドIBM-701の「高速エンコーダー」と呼ばれる通訳者を開発しました。 その後、彼はチームの一員として、701の後継機であるIBM-704を作成しました。







1953年、ベッカスは合理化イニシアチブを開始しました。 彼は、IBM-704モデルのプログラミングを簡素化するための言語とそのコンパイラーを作成することを提案しました。 システムは代数形式でプログラムを書くことを許可し、コンパイラはそれを自動的に機械コードに変換しなければなりませんでした。



この提案により、彼らが言うように、ジョン・ベッカスは適切なタイミングで適切な場所にいました。 市場に遅れて参入したIBMは、コンピューターの売り上げを伸ばすのが困難でした。 このため、コロンビア大学、ハーバード大学、および他のいくつかの大学でコンピューターサイエンスの研究を支援しました。 さらに、IBM自体がプログラミングのコストを削減する方法を模索しており、ユーザーにとってより魅力的で「使いやすい」コンピューターにするための作業を簡素化することも試みました。



事実、当時、主に科学者、エンジニア、教師がコンピューターを使っていました。 科学計算には計算機が使用されました。 しかし、これらの人々は機械コードとアセンブリ言語を使用しなければならなかったため、大きな困難を経験しました。 そして、これには、デバイスとコンピューター自体の操作に関するかなり深い知識が必要でした。



したがって、特に馴染みのある代数公式に似ている場合は、高レベル言語を学習することにおそらく同意するでしょう。 この理由により、IBMはFortranを開発しました。





IBM-704



Fortranを作成したIBMの研究者は、この言語がどれほど重要であるかを知りませんでした。 彼らが1954年の初めに仕事を始めたとき、コンピューターサイエンスは自発的に発展し、誰もが思いつきで働きました。 これにより、プロのプログラマーとコンピューター科学者が出現しました。

IBMのマネージャーの1人は、優秀なプログラマーはチェスプレーヤーで作られていると判断したため、チェスゲーム中にプログラマー候補の候補者とIBM従業員（ちなみに、米国のチェスチャンピオン）と会話を交わしました。



Fortranの開発に携わった8人のうち、コンピューターに精通している人はほとんどいませんでした。 彼らは大学や航空会社から来ただけでなく、IBMのプログラミングチームからも来ました。

Fortran開発チームの長であるJohn Beckusでさえ、新しいプログラミング言語の作成に着手したとき、コンピューターの経験は数年しかありませんでした。

大学に入る前、ベッカスは平凡な学生でした（「覚えているよりも多くの学校に行きました」）。 第二次世界大戦中に軍隊に勤務した後、彼はニューヨークに行き、そこでラジオ工学学校に入学しました。 「私の願望の限界は、高品質のサウンド再生デバイスを作ることでした」とベッカスは後に認めました。



しかし、テレビとラジオの修理インストラクターは数学に対するベッカスの興味を喚起し、コロンビア大学での研究を続けるよう説得しました。 そのため、コンピューター技術の歴史の中で最も実り多いキャリアの1つを控えめに始めました。

そのため、Beckusが率いる開発者は、ニューヨークのマディソンアベニューにあるIBM本社にいます。



彼らは新しい言語の基本概念、特に代入演算子（たとえば、N = 100）を選び出し、変数に特定の値を与え、変数リストのどの要素が必要かをコンピューターに伝えるインデックス付き変数を導入しました（たとえば、X（3）はリストの3番目の要素を意味し、 X）という名前の、彼らは非常に重要なDO演算子を提案しました。



Beckusが述べたように、ほとんどの人は、Fortranの主な貢献は、機械語ではなく代数式の形式でプログラムを書く能力だと信じていました。 しかし、実際にはそうではありません。 彼の意見では、Fortranは主にサイクルの構成を自動化しました。 科学的応用の開発におけるこのタスクの重要性を過大評価することは困難です。 言語の作業は迅速に進みました。



ただし、コンパイラー開発とはまったく別の問題です。 Beckusは、「自動」プログラミングの可能性、つまり高級言語でプログラムを書くことの可能性について疑念を払拭することは容易ではないことを理解していました。 これは、Fortranで取得したプログラムが、マシンコードまたはアセンブリ言語で記述されたプログラムと同じくらい高速で信頼性の高い場合に起こります。



コンパイラーの開発計画によると、6か月が割り当てられましたが、その作業には2年以上かかりました。

1956年の終わりと1957年に、コンパイラのデバッグとデバッグの作業の激しさが急激に増加しました。 この期間中、グループのメンバーは可能な限り連続的な機械時間を確保するために、最も近いホテルの部屋を借り、日中は車で仕事をし、夜は車で働いていました。 エラーは1つずつ除去され、1957年4月にコンパイラはIBM-704マシンの所有者が使用する準備が整いました。

「大きな恥ずかしさ」

ベッカスが「大きな恥ずかしさ」と呼んだミスにより、コンパイラはパンチカードのデッキの形で、指示なしでウェスティングハウス・ベティス研究所に送られました。 これにより、Westinghouse Bettis LaboratoryのHerb BrightがFortranを盲目的に起動できました。 残りのユーザーは、テープシステムとオペレーターのマニュアルを受け取りました。







1957年4月の金曜日、郵便配達員が神秘的な小包をピッツバーグ近くのウェスティングハウス・ベティス原子力研究所のコンピューターセンターに配達しました。 プログラマーのハーブブライトと2人の同僚は、マークのない箱を開け、1命令もせずに約2000枚のパンチカードのスタックを見つけました。



パンチカードを見て、Brightは、IBMがIBM-704での使用を目的とした高水準言語の最終デバッグに過ぎないことを思い出しました。 おそらく、郵便配達員はこの待望のコンパイラをもたらしたのでしょうか？ ブライトと彼の友人は、神秘的なカードをコンピューターにダウンロードして、何が起こるかを見ることにしました。



ブライトは、Fortranで書かれたテストプログラムをコンピューターリーダーに入れ、スタートボタンを押しました。 新しいコンパイラーは、プリンターにメッセージを発行しました：「オペレーターのエラーがカード番号25で検出されました-コンマが欠落しています。」



数値コードの形で乱雑なメッセージに慣れているプログラマーは、この情報の明快さに驚いていました。 誤ったオペレーターが修正され、開始ボタンが再度押されました。 テープは回転し始め、コンピューターはプログラムのパンチカードのスタックを発行しました。 カードがリーダーにロードされると、プリンターは動作を開始し、停止することなく28ページを印刷しました。 コンピューターは出力形式を少し間違えました。 「しかし、数字は正しかった！ 数字は正しかった！」明るい後に叫んだ。







実際、Fortranとほぼ同時に、さらに2つの高レベル言語（KobolとAlgol）が登場しました。 50年代の終わり以来、彼らは長い間コンピューターの世界のリーダーでした。 最新のプログラムのほとんどは、これら3つの言語の子孫である言語で記述されています。

配布と適応

しかし、最初は、Fortranはあまり暖かく感じられませんでした。 プログラマーは、「すべてのアプリケーションについて非常に懐疑的でした。」とBeckusは回想しました。 しかし、Fortranはその前身と比較して、学習と使用が比較的簡単でした。



さらに、IBMはすべての704 Fortranモデルを無料で提供しました。 その結果、1958年までに、会社の60台のコンピューター上のすべての機械命令の半分以上が「手動」ではなく、新しい高水準言語を使用して「自動的に」受信されました。



ベッカスは、競合するメーカーも自社のコンピューター用の高レベル言語を開発することを理解していました。 しかし、Fortranはすぐに標準になり、さまざまなコンピューターモデルに適応しました。 最初の適応は、IBM自身が実施しました。 5年後、FortranはIBMコンピューターの6つの異なるモデル、およびスペリーランド、フィルコなどで使用されました。



David Hemmisを含む小グループが、短時間でIBM-704よりも小さいIBM-650にFortranを適合させました。 Hemmisと彼の同僚はFORTRANSITシステムを開発しました（FOR TRANSIT-移行のため）。 後に、これら2つの単語は1つに統合されました。 したがって、FORTRANSITシステムは、複数のモデルのコンピューターで動作する最初のソーストランスレーターでした。





David Hemmisは、1928年の自動車を運転した最初のコンピューター言語開発者の1人です。 1957年の自動車レース中にニューヨーク州ウェストハンプトンで撮影された写真。

完了

それにもかかわらず、新しい言語の作業は長い間継続する必要がありました。デバッグプロセスが継続した1957年の初めに明らかになりました。 Beckusと他の開発者は、この言語にはソフトウェアエラーを診断するためのより正確なシステムが必要であることに気付きました。 さらに、サブプログラムとプログラムモジュールを別々に独立して作成できる可能性を認識する必要がありました。 したがって、言語にはもう1つの利点があります-コードの再利用。



開発者の努力のおかげで、オリジナルを作成してからわずか1年後にFortran IIが登場しました。 新しい言語の利点の1つは、アセンブラー内のコードの断片をプログラムに挿入できることです。 それ以降のバージョンであるFortran IIIは、1958年に作成されました。 言語の可能性をさらに広げたFortran IVについては、1962年に知られるようになりました。



この言語のコアである基本的な演算子と式は、長年にわたってほとんど変わっていません。 しかし、Fortranが意図されていないすべての新しいマシンシステムに繰り返し適応するにつれて、違いが徐々に蓄積されていきました。 いくつかの機会が失われ、新しい機会が生まれました。 これにより必然的に混乱が生じました。



たとえば、すべてのコンパイラーが最も重要なDOステートメントを同じ方法で解釈したわけではありません。ループを実行する必要があるかどうかを確認せずに、少なくとも1回は常に実行するコンパイラーもあります。 このような問題の順序を復元するために、コンピューターの製造元とユーザーは言語を標準化することに同意しました。



1966年に最初の標準はFortran 66と名付けられ、1977年にはFortran 77標準が、1991年にはFortran 90が、1997年にはFortran 95が作成されました。

ソ連のFortran

ソビエト連邦では、アルゴル-60はさらに法廷に落ちました。 したがって、この国のFortranは後に登場しました。 しかし、彼は次第に人気でトップになりました。 コンパイラ（翻訳機）は、ほとんどの家庭用コンピューター（Minsk-32、BESM-4、BESM-6、AS-6、EUコンピューター、SMコンピューター、MVK Elbrusなど）用に開発されました。



IPMでそれら。 異なる時期のケルディシュは、いくつかの翻訳者を開発しました。 それらの2つ-Fortran-AlmoとForshag（Fortranステッパー）はAlmo言語で記述され、コードは同じ言語で生成されました。 これにより、いくつかの異なるタイプのコンピューターに翻訳者をインストールできました。 両方のトランスレータは、Fortran 66標準を実装しています。







また、先見性には、対話モードでコードを作成、編集、および翻訳できるダイアログ言語も含まれていました。 さらに、Fortran-Graforのグラフィックプログラムの複合体が開発され、さまざまなコンピューターで積極的に使用されました。



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今日までのFortranは、科学者の間で人気があります。 これは、実用的なアプリケーションとさらなる開発を受けたトランスレーターを持つ最初の高水準プログラミング言語です。 1957年にリリースされたIBMマニュアルに記載されているように、「Fortranは704用のソフトウェアを作成する効率的な方法を提供し、習得が容易で、コンピューターに関する深い知識を必要としません。」



それ以来、科学者、エンジニア、学生は、プロのアセンブラープログラマーの助けなしにコンピューターと通信することができました。



しかし、次世代のプログラマーは、Fortranを「化石」として扱い始めました。 Edsger Dijkstraは皮肉なことに、この言語を生徒に教えることは重大な犯罪になるはずだと指摘しました。