1.2. Начало истории отечественного программирования в 1950-е – 60-е годы
Первые программы определялись в ЭВМ установкой ключевых переключателей на передней панели вычислительного устройства. Очевидно, таким способом можно было составить только очень небольшие программы. С развитием вычислительной техники появился машинный язык, с помощью которого программист мог задавать команды, оперируя с ячейками памяти, полностью используя возможности машины. «Слова» на машинном языке, представляло собой одно элементарное действие для центрального процессора, такое, например, как считывание информации из ячейки памяти. Каждая модель процессора имела свой собственный набор машинных команд, хотя большинство из них совпадало. Тогда еще не было компиляторов и приходилось все писать числами. Это был адский труд – постоянно держать в памяти таблицу машинных кодов и вводить их в ЭВМ.
Со временем ЭВМ стала умнеть, но самое главное, она все также оперировала двоичными числами, однако делала это намного быстрее. Программист – это человек, и ему очень тяжело создавать логику в числах. Намного легче работать с привычными словами. В случае, когда нужно иметь эффективную программу, вместо машинных языков начали использоваться близкие к ним машинно-ориентированные языки – ассемблеры. Использовались мнемонические команды взамен машинных команд. Но даже работа с ассемблером достаточно сложна и требует специальной подготовки.
На протяжении 60-х годов запросы на разработку программного обеспечения быстро возросли и программы становились очень большими. Руководители начали понимать, что создание программного обеспечения – гораздо более сложная задача, чем они себе представляли. Это привело к тому, что было разработано структурное – модульное программирование. С развитием структурного программирования следующим достижением были процедуры и функции. Если задача выполняется несколько раз, то ее можно объявить, как функцию или процедуру и в выполнении программы просто вызывать ее. Общий код программы в данном случае становится меньше. Функции позволяют создавать модульные программы, в основе которых лежит представление программы в виде иерархической структуры блоков. Класс — это структура, которая имеет свои переменные и функции, которые работают с этими переменными. Это было очень большое достижение в области программирования. Программирование можно было разбить на классы и тестировать не всю программу, состоящую из строк кода, а разбить программу на группу классов, и тестировать каждый класс. Это существенно облегчило написание программного продукта.
Следующий шаг был сделан в 1954-м году, когда на Западе был создан первый язык программирования высокого уровня – Фортран. Языки высокого уровня имитируют естественные языки, используя некоторые слова разговорного языка и общепринятые математические символы. Эти языки более удобны для человека, с помощью них можно писать программы до нескольких тысяч строк длиной. Однако легко понимаемый в коротких программах, этот язык становился нечитаемым и трудно управляемым, когда дело касалось больших программ. Решение этой проблемы пришло после изобретения на Западе языков структурного программирования, таких как Алгол (1958), Паскаль (1970), Си (1972). С этого момента начался языковый бум. Языки программирования стали появляться один за другим. Так появились С+, ADA, FoxPro, Basic, Pascal и др. На сегодняшний день существует тысячи языков программирования. Из них популярность и известность получили только некоторые. Они отличаются простотой, быстротой, гибкостью и другими свойствами, удобными в некоторой определенной области использования.
Споры программистов перенеслись в другую плоскость – какой язык лучше. Большее предпочтение отдавалось универсальным языкам программирования, способным предоставлять эффективный инструментарий для решения разнообразных вычислительных задач. Все современные реализации широко распространенных языков обладают сходными характеристиками: начиная от скорости написания программ и кончая производительностью полученного кода.
Теперь приверженцы языка ассемблер утверждали, что их код самый быстрый, а любители языков высокого уровня утверждали, что они напишут программу быстрей, чем самый лучший программист на языке ассемблер. Однако программы на языках высокого уровня занимали больший объем памяти и работали медленнее. В вычислительных задачах победила в основном скорость разработки и «удобство» языка программирования для определенного класса задач.
Ассемблер не ушел из практики, когда необходимо было создавать эффективные по объему программы реального времени высокой производительности и занимающие минимальный объем памяти (см. главу 4). В 60-е – 70-е годы большинство программных продуктов в оборонной промышленности для мобильных и бортовых ЭВМ создавались на ассемблерах, адаптированных на архитектуру соответствующих машин. Только в 80-е годы в связи с ростом ресурсов специализированных машин начали использоваться алгоритмические языки высокого уровня, несмотря на возможное расширение программ при трансляции, по сравнению с программами, разработанными на ассемблере.
С середины 50-х годов во всех странах, производивших вычислительную технику, начался бурный процесс «языкотворчества» — создание нескольких сотен проблемно-ориентированных языков [1, 4]. Многим программистам казалось, что небольшие улучшения языков программирования способны радикально повлиять на разработку и качество программ, на использование скудных ресурсов ЭВМ. Однако это требовало создания соответствующих трансляторов и средств отладки, вследствие чего энтузиазм языкотворчества постепенно угас. Сложной задачей для системных программистов того времени было создание трансляторов для конкретных типов машин. Создание каждого транслятора с машинно-независимого языка программирования считалось крупным научным и практическим достижением. Большое число различных типов машин и различных языков требовало трудоемкой работы высококвалифицированных программистов и математиков по разработке трансляторов. Соответственно, возникла необходимость создания небольшого числа стандартизированных языков и программно-преемственных семейств вычислительных машин. Это потребовало глубоких теоретических исследование в теории алгоритмов, схем программ, теории формальных грамматик.
В СССР в 60-е годы был создан алгоритмический язык РЕФАЛ, в основе которого лежала теоретическая модель процесса, реализуемого нормальными алгоритмами Маркова. Его использование в нашей стране позволило создать ряд оригинальных программных продуктов, не имевших аналогов за рубежом. Однако РЕФАЛ испытал судьбу многих отечественных находок. Сходная судьба была у языков программирования семейства Аналитик, созданных в Институте кибернетики АН УССР для ЭВМ серии «МИР». Эти машины, по существу, были первыми персональными ЭВМ (к сожалению, тогдашняя элементная база не позволила свести их габариты к настольным). Однако, несмотря на передовые принципы, заложенные в структуру и функции языков семейства Аналитик, они также не стали достоянием мирового сообщества программистов, хотя иностранные эксперты достаточно высоко оценивали достижения программирования в СССР [4].
Исследования в области параллельного программирования в СССР начались в середине 60-х годов, когда в Институте математики СО АН СССР (Новосибирск) и в Московском энергетическом институте возникли первые коллективы, заинтересовавшиеся теорией параллельных процессов в вычислительных системах, состоящих из однородных или неоднородных машин [4]. Первые монографии по теории вычислительных систем и параллельных вычислений вышли в нашей стране с большим опережением аналогичных изданий за рубежом. Отечественные специалисты первыми в мировой науке дали постановку и предложили решения таких задач, как сегментация алгоритмов и программ, планирование выполнения больших программ на вычислительных системах, динамическое диспетчерование потока программ и сегментов программ, асинхронная организация протекания процессов. В это время было предложено несколько оригинальных моделей для параллельных вычислений, заново открытых потом в США и других странах.