docs: add early programming languages section (Fortran, ALGOL, Lisp) with references
This commit is contained in:
parent
1274a852c1
commit
8a25539f91
2 changed files with 180 additions and 20 deletions
152
main.typ
152
main.typ
|
|
@ -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 1954–1957 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"
|
||||
)
|
||||
)
|
||||
)
|
||||
|
||||
|
|
|
|||
|
|
@ -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 world’s 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},
|
||||
}
|
||||
|
|
|
|||
Loading…
Add table
Add a link
Reference in a new issue