Язык Fortran

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Еще лет десять назад, до массового появления персональных компьютеров в бывшем СССР, в представлении большинства наших сограждан основными (чаще всего, единственными) пользователями ЭВМ были программисты. Вернее, термин "пользователь" вообще не существовал, а его синонимом был "программист". При этом самих программистов довольно часто называли "математиками", потому что в большинстве своем вычислительные машины (EC, СМ) использовались для решения научно-технических задач, связанных с интенсивными математическими расчетами.

Надо признать, что на протяжении всей своей жизни Fortran не отличался изысками в области технологии программирования. Жесткая структура кода программы, довольно примитивный набор операторов управления структурой программы (без оператора GOTO написать программу было практически невозможно), слабые средства описания данных -- все это было общеизвестно.

Отличительной особенностью математических расчетных задач является высокая степень консерватизма используемых в них алгоритмов. Например, математические модели для расчета траекторий космических кораблей остаются, по большому счету, примерно такими же, как и тридцать лет назад. Разумеется, они постоянно уточняются и расширяются, но, как правило, ранее созданные расчетные модули входят в новые модели в качестве готовых частных блоков. Короче говоря, жизненный цикл математических программ существенно превышает время существования конкретных компьютерных платформ.

Сильной стороной языка, обеспечивающей долговечность разработанных на нем программ, всегда была высокая степень переносимости исходного кода между различными платформами (как существующими в данный момент, так и будущими). В основе такой совместимости лежит наличие достаточно жесткого стандарта, которого стараются придерживаться все разработчики компиляторов. Ранее стандарты языков программирования являлись формально чисто американскими и утверждались Американским Национальным Институтом Стандартов (American National Standard Institute -- ANSI), позднее они стали фиксироваться также Международной Организацией Стандартов (International Standard Organization -- ISO). Поэтому современные стандарты имеют обозначение ANSI/ISO.

Целью курсовой работы является изучение программы Fortran, его версии, отличия от других программ и составление программ на языке программирования Fortran.

Глава 1. История

Фортран (Fortran) -- первый язык программирования высокого уровня, имеющий транслятор. Создан в период с 1954 по1957 год группой программистов под руководством Джона Бэкуса (в южном городке, Калифорнии, Сан-Хосе) в корпорации IBM. Название Fortran является акронимом от FORmula TRANslator (переводчик формул). Фортран широко используется в первую очередь для научных и инженерных вычислений, в областях численного прогнозирование погоды, анализа конечного элемента, вычислительной гидродинамики, вычислительной физики и вычислительной химии. Одно из преимуществ современного Фортрана -- большое количество написанных на нём программ и библиотек подпрограмм. Среди учёных, например, ходит такая присказка, что любая математическая задача уже имеет решение на Фортране, и, действительно, можно найти среди тысяч фортрановских пакетов и пакет для перемножения матриц, и пакет для решения сложных интегральных уравнений, и многие, многие другие. Ряд таких пакетов создавался на протяжении десятилетий и популярен в научной среде по сей день.

Большинство таких библиотек является фактически достоянием человечества: они доступны в исходных кодах, хорошо документированы, отлажены и весьма эффективны. Поэтому изменять, а тем более переписывать их на других языках программирования накладно, несмотря на то, что регулярно производятся попытки автоматического конвертирования FORTRAN-кода на современные языки программирования.

Последовательные версии добавлена поддержка обработки символьных данных на базе (FORTRAN 77), массив программирования, модульное программирование и объектно-ориентированное программирование (Fortran 90/95), и обьектно-ориентированного и обобщенное программирование (Fortran 2003).

Современный Фортран (Fortran 95 и Fortran 2003) приобрёл черты, необходимые для эффективного программирования для новых вычислительных архитектур, позволяет применять современные технологии программирования. Фортран имеет достаточно большой набор встроенных математических функций, поддерживает работу с целыми, вещественными и комплексными числами высокой точности. Выразительные средства языка изначально были весьма бедны, поскольку Фортран был одним из первых языков высокого уровня. В дальнейшем в Фортран были добавлены многие лексические конструкции, характерные для структурного, функционального и даже объектно-ориентированного программирования.

Глава 2. Fortran

Первоначальный выпуск FORTRAN для IBM 704, содержащиеся 32 отчетность, в том числе:

1. измерение и эквивалентность отчетность

2. Операторы присваивания

3. три пути арифметики если заявление.

4. если отчетность для проверки исключений ; и если отчетности для манипулирования

5. гото, вычисляемый гото, назначение и возложенные гото

6. сделать петли

7. отформатированные I/O: формат, читать, чтение входных, ленты, написать, записать выход ленты, печать и пунш

8. неформатированный I/O: чтение ленты, читать, читать барабан, писать ленты, и писать барабан

9. другие I/O: конец файла, назад, и backspace

10. пауза, стоп, продолжить

11. частота заявление (для обеспечения оптимизация подсказки компилятору).

Арифметические если заявление было похожими на трех направлениях инструкции ветвления на IBM 704. Однако, 704 ветвления всех был только один адрес назначения (напр., ЦЗЫ - Передачи ПЕРЕМЕННОГО тока Нулевой, ТНЗ - Передачи ПЕРЕМЕННОГО тока Не Ноль, TPL - Передачи ПЕРЕМЕННОГО тока Плюс, TMI - Передачи ПЕРЕМЕННОГО тока Минус). Машина (и его преемников в700/7000 серии) не есть три пути пропустить инструкция (CAS - Сравнить ПЕРЕМЕННОГО тока с Хранения), но использование этой инструкции по осуществлению ЕСЛИ будет потреблять 4 инструкции слова, требуют постоянной Ноль в слово хранения, и принимать 3 аппарата циклов для выполнения; с помощью Передачи инструкций по осуществлению ЕСЛИ может быть сделано в 1 в инструкцию 3 слова, , не требует константы в хранилище, и занять от 1 до 3 аппарата циклов для выполнения. Оптимизация компилятора, как FORTRAN, скорее всего, выберите более компактной и, как правило, быстрее, Переводы, вместо того, чтобы Сравнить (использование Трансфертов также позволил ЧАСТОТА заявление для оптимизации ЕСЛИs, который не может быть сделано с помощью Сравнения). Также Сравнить считается -0 до +0, чтобы быть разные значения при Передаче Нуля и Передачи Не Нулю, считал их, чтобы быть таким же.

В ЧАСТОТА заявление в FORTRAN, который изначально использовался и при желании дать филиал вероятностей для трех филиал случаях Арифметики, ЕСЛИ заявление на предвзятость образом, код был создан и порядок основные блоки кода, сгенерированного, в глобальной оптимизации смысле, были организованы в памяти для оптимальности. Первый компилятора FORTRAN используется этот весовой делать Монте-Карло run-time сгенерированный код на этапе компиляции. Это было очень сложной для своего времени. Этот метод описан в оригинальной статье в 1957 году на первом компилятора FORTRAN реализации ДЖ Бэкуса et al. Много лет спустя, ЧАСТОТА заявление не влияет на код, и рассматривается как комментарий заявление, поскольку компиляторы уже не такой компиляции моделирования.

Ниже приводится часть 1957 бумаги", FORTRAN Автоматическая Система Кодирования" , "Бакус"et al., при этом фрагменте на ЧАСТОТЕ заявление, и его использование в компиляции Монте-Карло run-time для оптимизации кода, сгенерированного. Цитирую ...

Основной единицей программы является базовый блок; базовый блок-это участок программы, который имеет одну точку входа и одного выхода из позиции. Целью статьи 4 состоит в том, чтобы подготовить для раздела 5 таблицы предшественников (PRED-таблица) , в которой перечислены основные блоки и списки для каждого базового блока, каждый из основных блоков, которые могут быть его непосредственным предшественником в поток, вместе с абсолютной частоты каждого такого базового блока связи. Эта таблица, полученная при фактическом "выполнение" программы в Монте-Карло моды, в который результатом условных трансфертов, возникающий, если тип отчетности и вычисляемые пойти на это определяется генератором случайных чисел, соответственно, взвешенная в соответствии с любыми частота отчетности не были предоставлены.

FORTRAN II

IBM FORTRAN II появился в 1958 году. Главное улучшение-поддержка процедурное программирование позволяя пользователю письменное подпрограммы и функции, которые возвращаемые значения, с параметрами, переданными ссылки. В общем заявлении усмотрел путь для подпрограмм, доступ к общим (или глобальной) переменных. Три новых заявлений были представлены:

Подпрограммы, функция, конец

Вызов и возврвщение

Общие

В течение следующих нескольких лет, FORTRAN II бы также добавить поддержку ДВОЙНОЙ ТОЧНОСТИ и КОМПЛЕКС типы данных.

Простой FORTRAN II

Эту программу, для Герона формула, читает один данных, карта памяти, содержащая три 5-значных чисел A, B и C, вход. Если A, B, и C, не может представлять стороны треугольника в геометрии плоскости, то выполнение программы завершится с кодом ошибки "STOP 1". В противном случае выход будет напечатано, показывающие входные значения для A, B, и C, а затем, вычисленная ПЛОЩАДЬ треугольника, как число с плавающей точкой с 2 знаков после десятичной точки.

FORTRAN III

FORTRAN кодирования формы, напечатанные на бумаге и предназначены для программистов для подготовки программ для пробивки на карты,перфоратором операторов. Теперь устаревшим.

IBM также разработала FORTRAN III в 1958 году, что позволило встроенный ассемблер код среди других особенностей; однако, эта версия никогда не была выпущена в качестве продукта. Как 704 FORTRAN и FORTRAN II, FORTRAN III включены машинно-зависимых функций, которые сделали кода, написанного на это непереносимая от машины к машине. Ранние версии ФОРТРАНА, предоставленных другими поставщиками страдал тем же недостатком.

FORTRAN IV

Начиная с 1961 года, в результате требований заказчика, IBM начала разработку FORTRAN IV , чтобы удалить устройство-зависимые особенности языка FORTRAN II (таких, как ЧТЕНИЕ ВХОДНЫХ ЛЕНТЫ), при добавлении новых функций, таких как ЛОГИЧЕСКИЕ тип данных, логические Логические выражения и логично, ЕСЛИ заявление как альтернатива арифметика, ЕСЛИ заявление. FORTRAN IV в конечном счете, была выпущена в 1962 году, впервые за IBM 7030 ("Растяжение") компьютере, затем следуют версии для IBM 7090 и IBM 7094.

К 1965 году, Fortran IV должен был быть "стандарт "и в соответствии с Американская Ассоциация Стандартов X3.4.3 FORTRAN Рабочей Группы.

FORTRAN 66

Возможно, наиболее значительным достижением в ранней истории FORTRAN решение Американская Ассоциация Стандартов(теперь ANSI) , чтобы сформировать комитет по разработке "Американский Стандарт Fortran." В результате двух стандартов, утвержденных в Марте 1966 года, определены двух языках, FORTRAN (на основе ФОРТРАН IV, которое послужило де-фактостандартный), и Basic FORTRAN (на основе FORTRAN II, но лишен его машинно-зависимых функций). FORTRAN, определяемых первый стандарт стал известен как FORTRAN 66 (хотя многие продолжал относиться к ней как ФОРТРАН IV, язык, на котором этот стандарт был в значительной степени основан). FORTRAN 66 фактически стал первым "промышленный стандарт" версии ФОРТРАНА. FORTRAN 66 включены:

§ Основная программа, ПОДПРОГРАММЫ, ФУНКЦИЯ, и БЛОК ДАННЫХ, программа единиц

§ ЦЕЛОЕ ЧИСЛО, РЕАЛЬНЫЕ, ДВОЙНОЙ ТОЧНОСТИ, КОМПЛЕКС, и ЛОГИЧЕСКИЕ типы данных

§ ОБЩИЕ, ИЗМЕРЕНИЕ, и ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ отчетность

§ ДАННЫЕ заявление для задания начальных значений

§ Спонтанный и ВНЕШНИЙ (напр., библиотечные функции)

§ Присваивания

§ ГОТО, назначенный ГОТО, и вычисляемые ГОТО отчетность

§ Логические ЕСЛИ и арифметика (three-way) ЕСЛИ отчетность

§ СДЕЛАТЬ петли

§ ЧИТАТЬ, НАПИСАТЬ, BACKSPACE, НАЗАД, и ENDFILE отчетности для последовательного ввода/ВЫВОДА

§ ФОРМАТ заявление

§ ВЫЗОВ, ВОЗВРАЩЕНИЕ, ПАУЗА, и СТОП отчетность

§ Hollerith константы в ДАННЫЕ и ФОРМАТ отчетности, и, так как фактические аргументы, чтобы процедур

§ Идентификаторы до шести символов в длину

§ Строки комментариев

FORTRAN 77

После выхода FORTRAN 66 стандартных, компилятор поставщиков представил ряд расширений для "Стандарт Fortran", предлагая ANSI в 1969 году, чтобы начать работу по пересмотру 1966 стандарта. Окончательный этот пересмотренный стандарт распространен в 1977 году, ведущих к официального утверждения нового FORTRAN стандарт в апреле 1978 года. Новый стандарт, известный какFORTRAN 77, добавлен ряд существенных особенностей, для решения многих недостатков FORTRAN 66:

§ Блок ЕСЛИ и КОНЕЦ ЕСЛИ заявления, с дополнительными ЕЩЕ и ОСТАЛЬНОЕ, ЕСЛИ положения, чтобы обеспечить улучшенная поддержка языков структурное программирование

§ Цикл DO расширений, включая параметр выражения, негативным шагом, и ноль поездки графов

§ ОТКРОЙТЕ, ЗАКРЫТЬ, и СПРОСИТЬ отчетности для улучшения возможности ввода/ВЫВОДА

§ Прямого доступа file I/O

§ НЕЯВНАЯ заявление

§ ХАРАКТЕР тип данных, с существенно расширил услуги для символов ввода и вывода и обработки символьных данных на основе

§ ПАРАМЕТР заявление для задания констант

§ СОХРАНИТЬ заявление о стойких локальные переменные

§ Общие имена для собственных функций

§ Набор встроенных (LGE, LGT, ВИЦЕ АВАРИИ, ) для лексическая сравнение строк, основываясь на ASCII последовательность сортировки. (Эти ASCII функции требовали от Министерство Обороны США, в их условное утверждение голоса. )

В этом пересмотра стандарта, ряд функций, были удалены или изменены таким образом, что может аннулировать ранее в соответствии со стандартом программ. (Удаление была единственной допустимой альтернативой X3J3 в то время, поскольку концепция "осуждения" еще не был доступен для стандарты ANSI.) В то время как большинство из 24 пунктов в ходе конфликта списка (см. Приложение A2 X3.9-1978) обратился лазейки или патологических случаев, разрешенных предыдущего стандарта, но редко используется, небольшое число конкретных возможностей были умышленно удалены, таких как:

§ Hollerith константы и Hollerith данные, такие как:

ПРИВЕТСТВУЮ = 12HHELLO ТАМ!

§ Чтение в Д edit (Hollerith поле) дескриптор в ФОРМАТЕ, спецификация.

§ Overindexing из границ массива с индексами.

ИЗМЕРЕНИЕ(10,5)

Y= A(11,1)

§ Передача управления в диапазоне цикл DO (также известный как "Extended Range").

Fortran 90

В значительной задержкой во преемника на FORTRAN 77, неофициально известной как Fortran 90 (а до этого, Fortran 8X), был, наконец, выпущен в качестве стандарта ISO, в 1991 г, и ANSI Стандарт в 1992 году. Этот крупный пересмотр добавлено много новых функций, чтобы отразить значительные изменения в практике программирования, который сложился с 1978 года стандарт:

§ Свободной форме входного источника, также в нижнем регистре Fortran ключевые слова

§ Идентификаторы до 31 символов в длину

§ Inline комментарии

§ Возможность работать с массивами (или массив разделов) в целом, тем самым значительно упрощая математических и инженерных вычислений.

§ всего, частичной и масках массива операторы присваивания и массив выражений, таких как X(1:N)=R(1:N)*COS(A(1:N))

§ ГДЕ заявление для селективного массива назначения

§ массив-значной константы и выражения,

§ определяемые пользователем массив-значных функций и массивов конструкторов.

§ РЕКУРСИВНАЯ процедуры

§ Модули, чтобы сгруппировать связанные процедуры и данные вместе, и делать их доступными для других модулей программы, включая возможности для ограничения доступа только к определенным частям данного модуля.

§ Значительно улучшили аргумент-механизм передачи, позволяя интерфейсы для проверки во время компиляции

§ Пользователем письменного интерфейсы для общих процедур

§ Перегрузка оператора

§ Получены/аннотация типы данных

§ Новый тип данных синтаксис объявления, чтобы задать тип данных и прочие атрибуты переменных

§ Динамическое распределение памяти с помощью ALLOCATABLE атрибут и ВЫДЕЛИТЬ и ОСВОБОДИТЬ отчетность

§ УКАЗАТЕЛЬ атрибут, указатель задание, и АННУЛИРОВАТЬ заявление для облегчения создания и обработки динамическихструктуры данных

§ Структурированные цикла конструкции, с END DO заявление для прекращения цикла, и ВЫХОД и ЦИКЛ заявления для "разрыва" нормального СДЕЛАТЬ итераций цикла в упорядоченным образом

§ ВЫБЕРИТЕ . . . СЛУЧАЕ построить для multi-выбор пути

§ Портативный спецификация численной точности под управлением пользователя

§ Новые и усовершенствованные спонтанный порядок.

Fortran 95

Fortran 95 был несовершеннолетним пересмотра, в основном, для решения некоторых нерешенных вопросов от стандарта Fortran 90. Тем не менее, Fortran 95 также добавлен ряд расширений, в частности, от High Performance Fortran спецификация:

§ FORALL и вложенные ГДЕ конструкции для помощи векторизация

§ Определяемые пользователем ЧИСТЫЙ и ЭЛЕМЕНТАЛЬ процедуры

§ По умолчанию инициализации производного типа компонентов, включая указатель инициализации

§ Расширена возможность использовать выражения инициализации для объектов данных

§ Четко определено, что ALLOCATABLE массивы автоматически уничтожается, когда они выходят из области видимости.

Ряд intrinsic-функции были расширены (например, dim аргумент был добавлен в maxloc intrinsic).

Несколько функций, отметил в Fortran 90 к устаревшим были сняты с Fortran 95:

§ СДЕЛАТЬ отчетность с использованием РЕАЛЬНЫЕ и ДВОЙНОЙ ТОЧНОСТИ переменные

§ Ветвление в КОНЕЦ ЕСЛИ заявление из-за ее блок

§ ПАУЗА заявление

§ НАЗНАЧЕНИЕ и назначен ГОТО заявление, и назначен спецификаторов формата

§ H изменить дескриптор.

Важным дополнением к Fortran 95 был Технический отчет ИСО TR-15581: Расширенный Тип Данных Объектов, неофициально известной как Allocatable ТР. Это спецификации определены расширение использования ALLOCATABLE массивы, до получения полностью Fortran 2003-совместимый компиляторы Фортрана. Такие используются, например, ALLOCATABLE массивы в качестве производного типа компонентов, в порядке фиктивные списки аргументов, и как функции возвращают значения. (ALLOCATABLEмассивы предпочтительнее УКАЗАТЕЛЬоснове массивов, потому что ALLOCATABLE массивы гарантированы Fortran 95, чтобы быть освобождена автоматически, когда они выходят из области видимости, исключив возможность утечки памяти. Кроме того, псевдонимэто не проблема для оптимизации массив ссылок, позволяет компиляторам генерировать код быстрее, чем в случае указателей.)

Еще одним важным дополнением к Fortran 95 был ISO технический отчет TR-15580: с Плавающей точкой, обработка исключений, неофициально известной как IEEE ТР. Это спецификации определены поддержка IEEE с плавающей запятой и с плавающей точкой обработка исключений.

Fortran 2003

Fortran 2003 -серьезных изменений ввести много новых возможностей. Важным дополнением к Fortran 2003 Технический отчет ИСО TR-19767: Усовершенствованный модуль объектов в Фортране. Этот отчет дает подмодулей, которые делают Fortran модули более похожими на Modula-2 модулей.

Они похожи на Ада частных детских подразделений. Это позволяет спецификация и реализация модуля должен быть выражен в отдельных программных модулей, что повышает упаковки крупных библиотек, обеспечивает сохранение коммерческой тайны при публикации окончательного интерфейсы, и предотвращает подборка каскадов.

Fortran 2008

В последнее стандарт, ISO/IEC 1539-1:2010, неофициально известной как Fortran 2008 года, была утверждена в сентябре 2010 года.[14] Как с Fortran 95, это незначительные обновления, включающие разъяснения и уточнения Fortran 2003 года, а также введения некоторых новых возможностей.

fortran язык программирование платформа

Глава 3. Примеры программ

1. Программа приветствия

program hello

integer n

print *,"Hello World!"

read *, n

end program hello

2. Программа решения квадратного уравнения

PROGRAM kvadrat_yravn

IMPLICIT NONE

REAL : : A, B, C, A2

COMPLEX : : SQD, X1, X2

A = 4.0; B = 2.0; C = 1.0

A2 = A + A; SQR = SQRT (CMPLX(B * * 2 - 4 * A * C))

X1 = (- B + SQD) / A2; X2 = (- B - SQD ) / A2

PRINT * , “КОРНИ УРАВНЕНИЯ:”

PRINT * , “X1 = ”, X1

PRINT * , “X2 = ”, X2

END PROGRAM kvadrat_yravn

3. Вывод таблицы соответствия температур по Цельсию и Фаренгейту

PROGRAM TABL

IMPLICIT NONE

INTEGER (2) : : I, CELSIUS, FAHRENHEIT

PRINT *, “таблица соответствия между Ц и Ф”

PRINT *, “Ц и Ф”

DO I = 0, 20

CELSIUS = 5 * I

FAHRENHEIT = 32 + CELSIUS * 9/5

PRINT *, “C = ”, CELSIUS, “F = ”, FAHRENHEIT

END DO

END

Заключение

Фортран занимает почетное место среди современных языков программирования. Это один из самых первых языков программирования высокого уровня и с самого своего рождения он предназначался для решения сложных вычислительных задач.

Не смотря на свой «почтенный» возраст, Фортран постоянно обновляется. В среднем один раз в 10 лет выходит новый стандарт языка, учитывающий современное состояние программирования с одной стороны и пожелания программистов-прикладников с другой.

Трудно назвать какой-либо другой язык, который сочетал бы постоянное обновление и достаточно строгое следование стандартам.

Размещено на Allbest.ur