docs: add early programming languages section (Fortran, ALGOL, Lisp) with references

This commit is contained in:
Andrew 2025-12-08 16:42:53 +07:00
parent 1274a852c1
commit 8a25539f91
2 changed files with 180 additions and 20 deletions

152
main.typ
View file

@ -1,10 +1,14 @@
#let text-indentation = 1.25cm
#let text-size = 14pt
#let leading = 1em
#set text(
font: "Times New Roman",
size: 14pt,
size: text-size,
lang: "ru"
)
#show heading: set text(size: 14pt)
#show heading: set text(size: text-size)
#set page(
paper: "a4",
@ -14,25 +18,28 @@
left: 3cm,
right: 1cm
),
numbering: "1"
)
#set heading(
numbering: "1.1.1.1",
)
#show heading.where(level: 1): set block(below: 2em)
#show heading.where(level: 1): set block(below: leading*2)
#show heading.where(level: 2): set block(above: leading*2, below: leading*2)
#show heading.where(level: 3): set block(above: leading*2, below: leading*2)
#show heading: it => pad(left: text-indentation, it)
#show figure: it => pad(top: leading, bottom: leading, it)
#set par(
justify: true,
leading: 1em,
leading: leading,
first-line-indent: (
amount: 1.25cm,
amount: text-indentation,
all: true
),
)
#show "〜": h(1.25cm)
#show "〜": h(text-indentation)
#align(
center,
@ -44,10 +51,13 @@
#pagebreak()
#align(
center,
heading(
numbering: none,
"Введение"
center,
pad(
left: -text-indentation,
heading(
numbering: none,
"Введение"
)
)
)
@ -63,11 +73,112 @@
#pagebreak()
= Ранние языки для научных расчётов
== Fortran -- первый язык для научных вычислений
Fortran (аббревиатура от *FOR*-mula *TRAN*-slation, "транслятор формул") разработан командой IBM под руководством Джона Бэкуса в 19541957 годах. Первая версия (Fortran I) выпущена в 1957 для компьютера IBM 704@noauthor_fortran_nodate. Проект начался из-за того, что написание программ в машинных кодах было крайне трудоёмким, как характеризовал этот процесс сам Бэкус: "Рукопашный бой с машиной@noauthor_fortran_nodate."
Ключевой проблемой был разрыв между мышлением учёных и инженеров -- формулами -- и тем, что понимала машина -- машинные коды. Fortran был сделан так, что код на этом языке был довольно близок к математической нотации (@listing-1).
#figure(
```f90
Y = A*X**2 + B*X + C
```,
caption: [Пример кода на языке Fortran]
) <listing-1>
Такой подход позволил уменьшить как объёмы кода, так и снизить количество ошибок при его написании.
Компиляторы Fortran принесли новые виды оптимизации кода: развёртку циклов, распределение регистров, оптимизация повторяющихся подвыражений и другие. Что особенно важно -- генерируемый код был сопоставим по эффективности с ассемблерным кодом, написанным вручную, а иногда даже быстрее.
Таким образом, Fortran стал фундаментом для высокопроизводительных вычислений:
#list(
[
стандартизация научных расчётов: общий язык для численного программирования;
],
[
библиотеки: BLAS, LINPACK/LAPACK и другие фундаментальные библиотеки написаны на Fortran;
],
[
портируемость: код можно было переносить между разными компьютерами, для которых был доступен компилятор Fortran;
],
[
долголетие: современные версии до сих пор используются в суперкомпьютерных центрах.
],
marker: "-",
indent: text-indentation,
)
При этом разработка и улучшение Fortran не остановилась, отдельные его модули и библиотеки до сих пор используются для высокопроизводительных вычислений, а последняя версия языка была выпущена в 2023 году.
== Алгол, Лисп и компиляторы
Но не Фортраном единым замыкается разработка программ.
=== Algol
В 1958 году комитетом европейских и американских учёных на съезде в институте ETH в Цюрихе был разработан язык программирования ALGOL (аббревиатура от *ALGO*-rithmic *L*-anguage, "алгоритмический язык"), точнее его вариант ALGOL 58 @noauthor_why_nodate.
В ходе разработки языка были выведены его ключевые концепции:
#list(
[ блочная структура программ; ],
[ разрешение рекурсии; ],
[ формальное описание синтаксиса в форме BNF-нотации. ],
marker: "-",
indent: text-indentation,
)
Многи последующие императивные языки программирования позаимствовали синтаксис Алгола -- но стоит отметить, что сам язык широкого распространения за пределами научных вычислений не получил.
=== Lisp
В 1985 году Джон Маккарти представил миру Lisp (аббревиатура от *Lis*-t *P*-rocessing) -- язык программирования для символьных вычислений и ИИ @wexelblat_history_1978.
Особенностями языка можно назвать:
#list(
[ "функции первого класса" -- их можно передавать, возвращать и проводить композицию; ],
[ каррирование -- преобразование функции множества аргументов в набор вложенных функций; ],
[ отсутсвие циклов -- их заменили рекурсией; ],
[ универсальная структура данных -- список; ],
[ символьное дифференцирование; ],
marker: "-",
indent: text-indentation,
)
Lisp позже повлияли на Python (list comprehensions), JavaScript (функции высшего порядка), языки типа Haskell, Scala и другие.
Также этот язык является прародителем функционального программирования, хотя он и является мультипарадигменным.
=== Оптимизирующая компиляция
Как уже было сказано ранее, компилторы стали применять систематические оптимизации.
Ключевые достижения:
#list(
[ компилятор Fortran мог генерировать более эффективный ассемблерный код, по сравнению с человеком; ],
[ анализ потока данных @hecht_flow_1977; ],
[ алгоритмы оптимизации графов (например, "алгоритм Хайтина" для раскраски графов и последующего распределения регистров); ],
marker: "-",
indent: text-indentation,
)
Для HPC оптимизирующие компиляторы стали критическим звеном между абстрактным кодом и эффективным использованием железа. Современные компиляторы (GCC, LLVM, Intel ICC) применяют сотни проходов оптимизации: векторизацию, предсказание переходов, межпроцедурную оптимизацию, полиэдрическую оптимизацию для вложенных циклов, однако база была заложена давно.
#pagebreak()
#align(
center,
heading(
numbering: none,
"СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ"
center,
pad(
left: -text-indentation,
heading(
numbering: none,
"СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ"
)
)
)
@ -80,10 +191,13 @@ GPU (Graphics Processing Unit) -- графический процессор
#pagebreak()
#align(
center,
heading(
numbering: none,
"СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ"
center,
pad(
left: -text-indentation,
heading(
numbering: none,
"СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ"
)
)
)

View file

@ -18,7 +18,7 @@
urldate = {2025-12-08},
}
@misc{@noauthor_mpi_nodate,
@misc{noauthor_parallel_nodate,
title = {Parallel {Programming} - {HPC} {Wiki}},
url = {https://hpc-wiki.info/hpc/Parallel_Programming},
urldate = {2025-12-08},
@ -53,3 +53,49 @@
doi = {10.7551/mitpress/9486.003.0008},
pages = {129--160},
}
@misc{noauthor_fortran_nodate,
title = {Fortran {\textbar} {IBM}},
url = {https://www.ibm.com/history/fortran},
abstract = {The worlds first programming language standard opened the door to modern computing.},
language = {en},
urldate = {2025-12-08},
}
@misc{noauthor_why_nodate,
title = {Why {ALGOL} was an important programming language?},
url = {https://bulldogjob.com/readme/why-algol-was-an-important-programming-language},
abstract = {ALGOL is a more interesting language than you think, both in terms of its story and legacy.},
language = {en},
urldate = {2025-12-08},
}
@incollection{wexelblat_history_1978,
address = {New York, NY, USA},
title = {History of {LISP}},
copyright = {https://www.acm.org/publications/policies/copyright\_policy\#Background},
isbn = {9780127450407},
url = {http://dl.acm.org/doi/10.1145/800025.1198360},
language = {en},
urldate = {2025-12-08},
booktitle = {History of programming languages},
publisher = {ACM},
author = {McCarthy, John},
editor = {Wexelblat, Richard L.},
month = jun,
year = {1978},
doi = {10.1145/800025.1198360},
pages = {173--185},
}
@book{hecht_flow_1977,
address = {New York, NY},
series = {Programming languages series},
title = {Flow analysis of computer programs},
isbn = {9780444002105 9780444002167},
language = {eng},
number = {5},
publisher = {North-Holland},
author = {Hecht, Matthew S.},
year = {1977},
}