Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы - Владимир Липаев

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.

В 1953-х годах Л.В. Канторович разработал технологию крупноблочного программирования, которая давала обозримое описание крупных программ и обеспечивала формализацию, достаточную для исследования синтаксических структур программ и создания программирующих программ [4]. Идеи, высказанные в этих работах, предшествовали развитию программной инженерии. Работа школы протекала весьма активно в 1950 – 60-е годы. Характерной особенностью крупноблочных систем являлось то, что они оперировали не с индивидуальными числами и символами, а с величинами – укрупненными агрегированными информационными объектами. Такие укрупненные структуры данных (матрицы, векторы, последовательности, деревья, схемы и т. д.) выступали как целое в вычислительных планах; стандартные способы обработки отдельных компонентов выполнялись автоматически на нижних уровнях. Это вносило иерархическую структуру в языки программирования, освобождая верхние уровни от ненужной детализации. Существенно, что вычислительный процесс мыслился при этом также «объемным», протекающим одновременно, либо попеременно на каждом из этих уровней. Громоздкие и трудоемкие вычисления часто чрезвычайно упрощались при переходе на другой уровень. Представлялось, что в разумной стратегии переходов с одного уровня на другой кроется значительный резерв для повышения экономики вычислений. На этой же уровневой основе была создана оригинальная теория и методология трансляции, гибко сочетающая компиляцию и интерпретацию.

Ряд объективных обстоятельств способствовал тому, что до середины 60-х годов программирование в СССР развивалось до некоторой степени автономно от зарубежного [1, 3, 4]. К этим обстоятельствам относились: