معرفی و تاریخچه فرترن

▎سفر به اعماق تاریخ: معرفی زبان برنامه نویسی Fortran

 

مقدمه

 

Fortran، اختصاری از "Formula Translation" یکی از قدیمی‌ترین و قدرتمندترین زبان‌های برنامه‌نویسی است که در سال 1957 توسط جان باکوس و تیمش در IBM ایجاد شد. این زبان برای محاسبات علمی و مهندسی طراحی شده بود و به سرعت در دانشگاه‌ها، مراکز تحقیقاتی و صنایع مختلف مورد استقبال قرار گرفت. 

 

پیش از Fortran: چالش‌های برنامه‌نویسی

 

قبل از ظهور Fortran، برنامه‌نویسی به زبان ماشین انجام می‌شد که بسیار پیچیده و زمان‌بر بود. برنامه‌نویسان مجبور بودند دستورات را به صورت اعداد دوتایی بنویسند و این کار مستلزم شناخت جزئیات سخت‌افزار بود. این رویکرد برای حل مسائل علمی و مهندسی بسیار زمان‌بر و خطا پذیر بود.

 

ظهور Fortran: انقلابی در محاسبات

 

Fortran با هدف تسهیل برنامه‌نویسی و کاهش زمان توسعه برنامه‌ها ایجاد شد. این زبان اولین زبان برنامه‌نویسی از نوع "High-Level" بود که به برنامه‌نویسان امکان می‌داد تا برنامه‌ها را با استفاده از ساختار و دستورات نسبتا ساده بنویسند. Fortran توانایی انجام محاسبات پیچیده با دقت بالا را به طور قابل توجهی بهبود بخشید و به توسعه برنامه‌های علمی و مهندسی شتاب بخشید. 

 

توسعه و تکامل Fortran

 

Fortran از زمان پیدایش تا کنون به طور مداوم تکامل یافته است. نسخه‌های جدید ویژگی‌های جدیدی را به این زبان اضافه کرده‌اند و قابلیت‌های آن را گسترش داده‌اند. از جمله نسخه‌های مهم Fortran می‌توان به Fortran 77، Fortran 90، Fortran 95 و Fortran 2003 اشاره کرد. 

 

نسخه‌های اولیه Fortran (1957 - 1960)

 

• Fortran I (1957): اولین نسخه Fortran که توسط IBM ارائه شد. این نسخه از ساختار ساده‌ای برخوردار بود و به برنامه‌نویسان امکان می‌داد تا برنامه‌ها را با استفاده از فرمول‌های ریاضی بنویسند.

 

• Fortran II (1958): نسخه بهبود یافته Fortran I که ویژگی‌های جدیدی مانند متغیرهای مختلف و ساختار کنترلی جدیدی را ارائه می‌داد.

 

• Fortran III (1962): نسخه Fortran II با افزودن ویژگی‌های جدیدی مانند توابع و آرایه‌ها.

 

توسعه Fortran (1960 - 1970)

 

• Fortran IV (1962): نسخه مهمی از Fortran که به طور گسترده‌ای در دانشگاه‌ها و صنایع مختلف مورد استفاده قرار گرفت. این نسخه ویژگی‌های جدیدی مانند سطح abstraction بالاتر و قابلیت بهینه‌سازی بهتری را ارائه می‌داد.

 

• Fortran 66 (1966): نسخه استاندارد Fortran که توسط American National Standards Institute (ANSI) تعیین شد. این نسخه قابلیت سازگاری برنامه‌ها را در سیستم‌های مختلف افزایش داد.

 

تکامل Fortran (1970 - 1990)

 

• Fortran 77 (1977): نسخه استاندارد جدیدی از Fortran که ویژگی‌های جدیدی مانند فرمت جدید ورودی و خروجی را ارائه می‌داد. Fortran 77 به طور گسترده‌ای در برنامه‌های علمی و مهندسی مورد استفاده قرار گرفت.

 

• Fortran 90 (1991): نسخه جدیدی از Fortran که ویژگی‌های جدیدی مانند برنامه‌نویسی شی‌گرا و برنامه‌نویسی موازی را ارائه می‌داد. Fortran 90 به توسعه برنامه‌های پیچیده و پربازده کمک کرد.

 

Fortran مدرن (1990 - حال حاضر)

 

• Fortran 95 (1995): نسخه بهبود یافته Fortran 90 که ویژگی‌های جدیدی مانند پشتیبانی از استاندارد C و قابلیت بهینه‌سازی بهتری را ارائه می‌داد.

 

• Fortran 2003 (2003): نسخه جدیدی از Fortran که ویژگی‌های جدیدی مانند پشتیبانی از برنامه‌نویسی generic و قابلیت بهینه‌سازی بهتری را ارائه می‌داد.

 

• Fortran 2008 (2008): نسخه جدیدی از Fortran که ویژگی‌های جدیدی مانند پشتیبانی از برنامه‌نویسی concurrent و قابلیت بهینه‌سازی بهتری را ارائه می‌داد.

 

ویژگی‌های برجسته Fortran

 

• قدرت محاسباتی: Fortran برای انجام محاسبات پیچیده ریاضی و علمی به طور اختصاصی طراحی شده است. 

 

• ساختار قوی: این زبان ساختارمند بود و به برنامه‌نویسان امکان می داد تا برنامه‌های بزرگ و پیچیده را به طور منظم و قابل خواندن بنویسند.

 

• بهینه‌سازی برای عملکرد: Fortran بهینه شده بود تا از سخت افزار کامپیوتر به طور موثر استفاده کند و سرعت اجرای برنامه‌ها را افزایش دهد.

 

• کتابخانه‌های غنی: Fortran دارای کتابخانه‌های قوی و پیشرفته برای ریاضیات، آمار و گرافیک بود. 

 

کاربردهای Fortran

 

• محاسبات علمی و مهندسی:همانطور که در اغلب کتابهای مکانیک دیده اید، در اغلب برنامه های مهندسی از این زبان استفاده می گردد. زبان برنامه نویسی فرترن با وجود سادگی از قدرت و سرعت بالایی برخوردار است، بطوریکه می توان از آن برای نوشتن برنامه های CFD استفاده کرد. فرترن اغلب با قابلیت فوق العاده در مورد اعداد معرفی می گردد و همانطور که از اسمش (FORmula TRANslation) پیداست، برای انجام محاسبات ریاضی در کارهای علمی خلق شده است. در گذشته این زبان دارای محدودیتهایی بوده که در نسخه های جدید این مشکلات حل شده است و این زبان به یک زبان بسیار قوی تبدیل شده است. اغلب کتابخانه های لازم برای انجام انواع محاسبات در این زبان وجود دارد. این زبان در استاندارد فرترن 90 از قابلیت نوشتن برنامه های محاسبات موازی برای کامپیوتر های چند پردازنده ای پشتیبانی می کند که آینده روشنی را برای محاسبات سنگین CFD نشان می دهد. این زبان جزء اولین زبانهای خلق شده برای کامپیوتر می باشد که در IBM نوشته شده است. قابلیت محاسبات سریع با سادگی در برنامه نویسی باعث محبوبیت آن بین مهندسان و دانشمندان شده است. زبان فرترن در حال حاضر دارای قابلیت برنامه نویسی شیء گرا شده است.

 

 

 

 

 

معمولاً از فرترن 77 و 90 استفاده می گردد که نسخه 90 آن محبوبیت عمومی تری دارد. در این متن از استاندارد های برنامه نویسی فرترن 90 استفاده می کنیم و در موارد لازم در مورد فرترن 77 هم بحث خواهیم کرد.