Джон БЭКУС Создатель языка FORTRAN

Джон БЭКУС

Создатель языка FORTRAN

Вероятно, здесь нет никого, кто не слышал бы о FORTRANe, и большинство из вас, вероятно, использовали его хотя бы однажды, или, по крайней мере, вы наблюдали за человеком, пишущим программу на FORTRANe, вероятно, большинству знакомо сокращение "БНФ", но не все знают, как оно расшифровывается, так вот, "Б" — от Бэкуса, а другие буквы определяются названием способа формальной записи, эти два вклада, по моему мнению, входят в число основных достижений в области вычислительной техники и оба принадлежат Джону Бэкусу.

Джин Сэммит

Джон Бэкус

17 октября 1977 года на ежегодной конференции ACM премия Алана Тьюринга была вручена человеку, который создал первый высокоуровневый язык программирования для научных и технических применений и о котором прекрасные слова произнесла председатель комитета по премиям — Джин Сэммит (эпиграф — фрагмент ее выступления). Более официально, премия была присуждена Джону Бэкусу"…за глубокий и важный вклад в создание практических систем программирования высокого уровня, в особенности за работы по FORTRAN и частые публикации формальных процедур для спецификации языков программирования".

Чтобы оценить гений Джона Бэкуса, нужно представить себе компьютерный мир в начале его развития — конец 40-х начало 50-х годов XX века. ENIAC — пример сложности раннего программирования: программа составлялась с помощью электрических соединений на коммутационном поле, и для ее установки требовалось от двух до трех дней. Затем появились компьютеры с хранимой в памяти программой — исчезла потребность в ее монтаже.

Однако труд программиста по написанию, вводу и отладке программ по- прежнему был нелегким. Сначала программы писались на машинном языке (в двоичном коде), потом — в восьмеричном. Далее для облегчения участи программистов были придуманы подпрограммы, а затем первые ассемблеры. Но эффективность программирования от этого существенно не повысилась. Если бы кто-то мог написать транслятор, который бы переводил команды высокого уровня в машинный код, причем этот код не отличался от ручного кода программиста — это было бы реальным достижением.

И вот появился Джон Бэкус. Он родился в Филадельфии 3 декабря 1924 года. Учился в Вашингтоне, затем осенью 1942 года поступил в университет Вирджинии на химический факультет. Однако вскоре был отчислен и в начале 1943 года пошел в армию. После службы в армии в мае 1946 года он оказался в Нью-Йорке, где поступил в радиотехническую школу. Преподаватель по ремонту теле- и радиоаппаратуры пробудил в нем интерес к математике и убедил его продолжить учебу в Колумбийском университете.

Джону Бэкусу было 25 лет, когда он, получив степень магистра математики в Колумбийском университете, по приглашению Рекса Сибера — одного из изобретателей машины SSEC (Selective Sequence Electronic Calculator), поступил на работу программистом в фирму IBM. Это случилось в 1950 году.

Бэкус ничего не знал о компьютерах, когда пришел в фирму IBM, но проработав на SSEC около года, возглавил небольшую группу программистов, которая разработала интерпретатор Speedcoding для компьютера IBM 701. Затем он работал в составе группы по созданию преемника компьютера IBM 701 — компьютера IBM 704.

Koмпьютер IBM 701

В декабре 1953 года Джон Бэкус, неоднократно заявлявший, что "всегда был лентяем", обратился к своему шефу Кутберту Хэрду с предложением разработать практический язык программирования высокого уровня и компилятор для машины IBM 704. Ответ был восторженным и предложению Бэкуса был дан зеленый свет.

Местом рождения FORTRAN стала штаб-квартира фирмы IBM на Мэдисон-авеню в Нью-Йорке — в офисе на 19 этаже, где расположилась группа Бэкуса. Сначала с Бэкусом работал только Ирвинг Циллер, потом присоединился Харлан Геррик с полудюжиной математиков и техников.

В принципе разработчики и не думали, что их язык программирования будет когда-либо использоваться на машинах, отличных от IBM 704, но они были уверены, что если они преуспеют, их работа будет иметь огромное воздействие на компьютерный мир.

Итак, работа началась. Сначала они выделили основные понятия языка, в частности оператор присваивания, задававший переменным определенное значение, затем они ввели индексируемые переменные и очень важный оператор цикла — DO. Как говорил Бэкус, большинство пользователей "считали, что основной вклад FORTRAN — это возможность иметь программы в виде алгебраических формул, но на самом деле это не так". По мнению Бэкуса, "что делал FORTRAN в первую очередь, так это автоматизировал организацию циклов" — свойство, незаменимое в научных приложениях.

Работа в целом над проектом и, в частности, над языком шла быстро. Когда кто-то спрашивал разработчиков, через какое время он будет закончен, они всегда отвечали, что через шесть месяцев. Ученые действительно полагали, что это будет так. Но фактически потребовалось три года.

Критической проблемой для Бэкуса и его группы стала не разработка языка, а разработка компилятора. Создать эффективный надежный компилятор FORTRAN оказалось более трудной задачей, чем предполагалось. Группе пришлось иметь дело со вводом, выводом, циклами и многими другими запутанными вещами, необходимыми для преобразования команд, написанных на языке высокого уровня, в машинный код. Из трех лет, затраченных на разработку проекта в целом, более двух лет заняла работа над компилятором. Если первое сообщение о создании языка группа сделала в 1954 году, то о разработке компилятора — только в апреле 1957 года. Кстати, о названии. Бэкус придумал несколько банальных названий, но каждый раз они не устраивали коллег. Но однажды он предложил FORTRAN (FORmula TRANSlation). Реакция была аналогичной, но это название было принято из-за отсутствия лучшего.

Пользователи признали FORTRAN очень неохотно. Как вспоминает Бэкус, программисты "весьма скептически воспринимали все наши заявки". Однако в дальнейшем многие поняли его простоту в обучении и использовании и он стал незаменимым языком для научных и инженерных приложений.

Питер Наур

Даже в середине 80-х годов XX века Джон Бэкус испытывал чувство гордости от долговечности FORTRAN: "FORTRAN существовал в течение тридцати лет. Какой компьютер просуществовал более пяти лет?"

В числе своих главных достижений в течение первых десяти лет исследований (от 1950 года и до 1969 года) главными Бэкус считал два: создание и развитие FORTRAN и применение для описания ALGOL способа формальной записи — БНФ (Бэкуса Нормальная Форма). Позднее аббревиатуру БНФ стали расшифровывать как "Бэкуса — Наура Форма", отмечая заслуги датского программиста Питера Наура в развитии языка ALGOL.

В дальнейшие годы Джон Бэкус принимал участие во многих различных проектах, проводимых Исследовательской лабораторией фирмы IBM в Сан-Хосе, Калифорния. В 70-е годы он разработал функциональный стиль программирования, основанный на использовании комбинированных форм для создания программ. Этот стиль включает типы данных для функционального программирования, алгебраические преобразования программ и оптимизацию. Совместно с Джоном Уильямсом и Эдвардом Уимерсом он разработал новый язык программирования FL. Это универсальный язык, поддерживающий общие файлы ввода-вывода и интерактивные программы. В языке особое внимание уделено точному семантическому описанию и обработке абстрактных типов данных. Также вместе со своими сотрудниками Бэкус разработал оптимизирующий компилятор, использующий алгебраические преобразования.

Кроме премии Алана Тьюринга, о которой было сказано выше, Джон Бэкус в 1976 году был награжден Национальной медалью за вклад в науку.

Как пишет Лесли Гофф: "Иногда стимулом к изобретению становится не полет творческой мысли и не необходимость, а желание отдохнуть от нудной и тяжелой работы. Джон Бэкус убежден, что именно это заставило его разработать язык, в значительной мере автоматизирующий работу программиста".