Информационные системы ускорителей

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ:
«ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ФОРТРАНЕ»

СТРУКТУРА ПРАКТИКУМА

ВВЕДЕНИЕ

ВАЖНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

1. ПРАВИЛА ЗАПИСИ ПРОГРАММЫ

1. Набор символов Фортрана

2. Форматы записи программы

3. Фиксированный формат

4. Свободный формат

2. ТРАНСЛЯЦИЯ ПРОГРАММЫ

1. Программа в одном исходном файле

2. Трансляция исходного файла

3. Трансляция нескольких исходных файлов

4. Трансляция модулей

3. КОНЦЕПЦИЯ ДАННЫХ ЯЗЫКА ФОРТРАН

1. Имена (идентификаторы)

2. Понятие типа

3. Буквальные константы

4. Разновидности типов и диапазоны значений

5. Скалярные переменные и константы

6. Массивы

7. Производные типы данных

4. ВЫРАЖЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ТИПОВ

1. Скалярное присваивание

2. Арифметика Фортрана

3. Логические выражения

4. Работа с текстовыми строками

5. Операции с массивами

5. УПРАВЛЯЮЩИЕ ОПЕРАТОРЫ

1. Условный оператор и конструкция IF

2. Оператор варианта – конструкция CASE

3. Циклы – разновидности конструкции DO

4. Оператор GO TO

6. ВВОД/ВЫВОД ДАННЫХ

1. Простейшие операции ввода/вывода

2. Форматный ввод/вывод данных

3. Ввод/вывод массивов в неявных циклах

4. Файловый ввод/вывод

7. ПРОГРАММНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ООП

1. Структура программных компонентов

2. Внешние подпрограммы

3. Внутренние подпрограммы

4. Модули как библиотеки производных типов

5. Встроенные функции Фортрана

ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОГРАММИРОВАНИЯ

ПРАКТИКУМ «ПРОГРАММИРОВАНИЕ НА ФОРТРАНЕ»

ВВЕДЕНИЕ

Название языка является сокращением от FORmula TRANslator, (транслятор или переводчик формул). – это самый первый, язык программирования высокого уровня, для которого был создан транслятор (с 1954 по 1957 г.г., под руководством Джона Бэкуса в компании IBM был создан первый коммерческий компилятор Фортрана). До этого программы записывались либо в машинных кодах, либо на символических ассемблерах.

Фортран широко используется и остается доминирующим языком программирования для научных и инженерных вычислений уже более 50-ти лет. За это время создано огромное количество библиотек, содержащих готовые решения для многих сложных научных и инженерных проблем. Не существует практически ни одной операционной системы или процессора, для которых не был бы создан компилятор Фортрана. И это не удивительно – реализовать транслятор Фортрана для новой программно-аппаратной платформы, а затем использовать готовые библиотеки – гораздо проще, чем преобразовывать миллионы строк программного кода на другие языки или создавать все заново.

Сначала Фортран существовал в рамках корпоративных стандартов компании IBM: FORTRAN II и FORTRAN IV, а затем в международных стандартах: рамках Американского национального института стандартов (ANSI) и Международной организации по стандартизации (ISO).

В ANSI создан технический комитет X3J3, ответственный за стандартизацию Фортрана. Международная группа наблюдателей ISO/IEC JTC1/SC22/WG5 (сокращенно WG5) курирует работу X3J3 с целью стандартизации Фортрана в рамках ISO. Совместимость стандартов обеспечивается процедурой работы комитета X3J3, согласно которой исключение устаревших свойств языка возможно только по истечении заявленного предупредительного периода (как правило, не менее 10 лет).

На базе корпоративного стандарта фирмы IBM был создан первый международный стандарт FORTRAN 66 (1966 г.), затем последовали: FORTRAN 77 (1978 г.), обеспечивающий поддержку процедурного и структурного программирования и Fortran 90 (1991 г.) с поддержкой объектно-ориентированного программирования.

Принятый в 1997 году стандарт Fortran 95 по существу является исправленной и улучшенной версией Fortran 90. В последующих стандартах Fortran 2003 (2004 г.) и Fortran 2008 сделан акцент на дальнейшее развитие средств поддержки объектно-ориентированного программирования и взаимодействия языка с операционной системой.

Общей отличительной чертой всех без исключения компиляторов Фортрана является оптимизация машинного кода для максимального быстродействия вычислений с плавающей точкой (включая адресацию памяти). Сравнительное тестирование компиляторов различных языков программирования всякий раз показывает, что Фортрану нет равных по скорости вычислений – для этого он создавался, с этой же целью продолжает развиваться.

В тестах на производительность вычислений лидирующие позиции занимает коммерческий компилятор корпорации Intel (Intel Fortran Compiler) для платформ Intel IA-32 и IA-64.

Долгое время лучшим компилятором Фортрана для IBM PC считался компилятор Watcom Fortran, который был выделен в отдельный проект Open Watcom осуществляющий развитие компилятора на открытой основе.

Среди бесплатных компиляторов Фортрана, входящий в интегрированную среду разработки Oracle Solaris Studio, разработанной компанией Sun Microsystems.

Компиляторы (g77 и Gfortran) от фонда свободного программного обеспечения GNU доступны для платформ, совместимых с GCC, в том числе в составе открытого программного обеспечения для суперкомпьютеров, на базе кластеров Beowulf и openMosix.

В компиляторе GFortran реализованы практически все конструкции стандарта Фортран-95 и многие конструкции стандартов Фортран-2003 и Фортран-2008. Обеспечена совместимость со стандартом Фортран-77.

Именно использование компилятора GFortran предполагается в данном лабораторном практикуме.