26 февраля (пятница) 2021
| Никлаус Вирт |
| 50 лет Паскаля |
Гражданам компьютерщикам, которые ещё и программисты, будет интересно:
В начале 1960-х в мире доминировали языки Фортран (Джон Бэкус из IBM) для научного и Кобол (Жан Саммет из IBM и Министерство обороны) для коммерческого применения. Программы писались на бумаге, затем перфорировались на картах, после чего результатов их выполнения ждали целый день. Языки программирования считались важными помощниками и ускорителями процесса программирования.
В 1960 году международный комитет опубликовал спецификацию языка Алгол 60. Впервые язык определялся чётко сформулированными конструкциями и точным, формальным синтаксисом. Двумя годами позже стало понятно, что требуются некоторые исправления и усовершенствования. Однако основной задачей было расширение ассортимента приложений, поскольку Алгол 60 был предназначен только для научных вычислений (вычислительной математики). Для работы над этим проектом была собрана рабочая группа (Working Group, WG 2.1) под эгидой Международной федерации по обработке информации (IFIP).
Группа состояла примерно из сорока участников; почти столько же было мнений и взглядов на то, каким должен быть потомок Алгола. Это вызвало обширные дискуссии, и некоторые дебаты завершались довольно печально. В начале 1964 года я стал участником группы и вскоре меня попросили подготовить конкретное предложение. Комитет разделился на две фракции. Одна из них стремилась ко второй, после Алгола 60, важной вехе - созданию языка с радикально новыми, непроверенными концепциями и огромной гибкостью. Позже он стал известен под названием Алгол 68. Другая фракция поставила перед собой более скромную задачу и сосредоточилась на реалистичном усовершенствовании известных концепций. В конце концов, время уже поджимало: вскоре должен был появиться PL/1 компании IBM. Однако моё предложение, несмотря на техническую реалистичность, уступило с небольшим перевесом большинству, предпочитавшему разрабатывать Алгол 68.
Постер диаграмм синтаксиса Pascal
Недостаточно просто постулировать язык на бумаге. Необходимо создать надёжный компилятор, который обычно является программой высокой сложности. В этом отношении крупные промышленные фирмы имели преимущество перед нашей рабочей группой, вынужденной полагаться на энтузиастов из научных заведений. Я покинул группу в 1966 году и с несколькими аспирантами из Стэнфордского университета посвятил своё время созданию компилятора для моего проекта. В результате мы получили язык Алгол W2, который после 1967 года начал использоваться во многих местах, где применялись крупные компьютеры IBM. Он оказался довольно успешным. Алгол 68 выпустили, но он быстро потонул из-за собственного веса, хотя некоторые его концепции и получили вторую жизнь в новых языках.
Но по моему мнению, Алгол W был недостаточно хорошим. Из-за того, что изначально он разрабатывался комитетом, язык содержал в себе слишком много компромиссов. После моего возвращения в Швейцарию, я спроектировал язык в соответствии со своими предпочтениями: им стал Паскаль. С несколькими помощниками мы написали руководство пользователя и спроектировали компилятор. В процессе его создания мы решились на рискованный шаг: захотели описать компилятор на самом Паскале, затем транслировать его вручную на Фортран, и, наконец, скомпилировать первый из второго. Результатом стал сокрушительный провал, поскольку из-за отсутствия структур данных (записей) в Фортране трансляция получилась очень громоздкой. После этого неудачного дорогостоящего урока вторая попытка окончилась успехом - на этот раз мы использовали вместо Фортрана язык местной разработки Scallop (созданный М. Энгели).
Паскаль
Как и его предшественник Алгол 60, Паскаль имел чёткое определение и ограниченное количество понятных базовых элементов. Его структура и синтаксис формально были определены в расширенной форме Бэкуса-Наура. Операторы описывали присвоение значений переменным, условное и повторное исполнение. Кроме того, в языке существовали процедуры, и они были рекурсивными. Значительным усовершенствованием стали типы и структуры данных: элементарными типами данных были целые и вещественные числа, булевы значения, символы и перечисления (констант). Структурами стали массивы, записи, файлы (последовательности) и указатели. Процедуры имеют два вида параметров - значения и переменные. Процедуры можно использовать рекурсивно. Наиболее существенной была всеобъемлющая концепция типа данных: каждая константа, переменная или функция имела фиксированный, статический тип. Поэтому программы обладали большой избыточностью, которой мог пользоваться компилятор для проверки целостности типов. Это способствовало распознаванию ошибок до исполнения программы.
Столь же важным, как добавление функций, стало и их удаление (относительно Алгола). Чарльз Энтони Ричард Хоар однажды сказал: язык характеризуется не только тем, что он позволяет делать программисту, но и тем, что он делать не позволяет. В связи с этим в языке отказались от параметра-имени Алгола. Он редко использовался и вызывал значительные трудности для компилятора. Кроме того, была устранена концепция владения Алгола, что позволяло локальным переменным быть глобальными, чтобы "пережить" активацию процедуры, для которой переменная была объявлена локальной. Конструкция for Алгола была значительно упрощена, что позволило избавиться от комплексных и сложных в понимании конструкций. Однако для простых и прозрачных ситуаций повторений были добавлены операторы while и repeat. Тем не менее, спорный оператор goto сохранился. Я решил, что сообщество программистов ещё не готово к отказу от него. Это было бы слишком невыгодно для роста популярности Pascal.
Паскаль был прост в преподавании и мог использоваться в широком спектре применений, что было значительным преимуществом по сравнению с Алголом, Фортраном и Коболом. Модуль System Паскаля был эффективным, компактным и простым в применений. На язык сильно повлияла новая дисциплина структурированного программирования, основным проповедником которой был Э. Дейкстра, стремившийся таким образом избежать угрозы кризиса программного обеспечения (1968 год).
Паскаль был опубликован в 1970 году и впервые использовался на курсах обучения в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH). Мы даже определили подмножество Pascal-S и создали более компактный компилятор для экономии времени и пространства на нашем компьютере CDC и снижения времени цикла обработки для студентов. В те времена машинное время и память были в дефиците.
Распространение и популярность Паскаля
Вскоре Паскаль заметили несколько университетов и возрос интерес к его использованию в обучении. Мы получали просьбы о помощи в реализации компиляторов для других компьютеров. Я придумал идею постулирования гипотетического компьютера, который можно было бы легко реализовать на различных мейнфреймах, для которого мы бы создали в Высшей технической школе Цюриха компилятор. Этот гипотетический компьютер можно было бы легко реализовывать относительно небольшими трудозатратами при помощи уже готовых инструментов (ассемблеров). Таким образом возникла архитектура Pascal-P (P - "портируемый"), и эта техника оказалась чрезвычайно успешной. Первые наши клиенты были из Белфаста (Ч.Э.Р. Хоар). Два помощника привезли две тяжёлые картонные коробки перфокарт в Цюрих, на них был записан компилятор, спроектированный для компьютера ICL. На границе их подвергли допросу, потому что возникло подозрение, что перфокарты могут содержать секреты, подлежащие таможенным сборам. Всё это происходило без международных проектных организаций, без бюрократии и бюджетов на исследования. Сегодня это было бы невозможно.
Интересным следствием таких разработок стало появление пользовательских групп, в основном состоящих из молодых энтузиастов, желавших продвигать и распространять Паскаль. Ядром этих групп управлял Энди Микел из Миннеаполиса, где они регулярно публиковали новостную рассылку о Паскале (Pascal Newsletter). Это движение внесло значительный вклад в стремительное распространение Паскаля.
Несколькими годами позднее на рынке появились первые микрокомпьютеры. Это были небольшие компьютеры, процессор которых интегрирован в единый чип, и имевшие 8-битные шины данных, доступные по цене даже физическим лицам. Выяснилось, что благодаря своему небольшому компилятору, способному уместиться в малом объёме памяти (64 КБ), Паскаль подходит для их процессоров. Группа под руководством Кена Боулса из Университета Сан-Диего и Филипп Кан из Borland Inc. в Санта-Крузе создали для нашего компилятора простую операционную систему, текстовый редактор и процедуры для обнаружения и диагностики ошибок. Они продавали этот пакет на гибких дисках по 50 долларов (Turbo Pascal). Благодаря этому Паскаль распространялся мгновенно, особенно в школах и вузах, став для многих точкой входа в программирование и computer science. Наше руководство по Паскалю превратилось в бестселлер.
Такое распространение не ограничилось Америкой и Европой. Россия и Китай тоже с энтузиазмом восприняли Паскаль. Об этом я узнал только позже, во время моих первых поездок в Китай (1982 год) и СССР (1990 год), когда мне показали версию нашего руководства, написанного непонятными (для меня) символами и буквами.
Наследники Паскаля
Но время не стояло на месте. Компьютеры стремительно становились быстрее, поэтому требования к приложениям, как и к программистам, росли. Программы больше не разрабатывались одним человеком, теперь их создавали коллективы. В языках должны были появиться конструкции, поддерживающие командную работу. Один человек может спроектировать часть системы, называемую "модулем", достаточно независимо от остальных модулей. Позже модули могут быть скомпонованы и загружены автоматически. Даже в Фортране имелась уже такая функция, однако теперь компоновщик должен был проверять целостность типов данных между границами модулей. Это была непростая задача!
Модули с межграничной проверкой целостности типов стали основным расширением первого наследника Паскаля под названием Модула-2 (сокращение от modular language, 1979 год). Язык стал эволюционным развитием Паскаля, а также Mesa - языка, разработанного в Xerox PARC для системного программирования. Сам Mesa тоже произошёл от Паскаля. Однако Mesa развивался слишком хаотично и его нужно было "укротить". В Модула-2 также присутствовали элементы для системного программирования, допускавшие конструкции, зависящие от конкретных свойств компьютера, поскольку они были необходимы для интерфейсов с периферийными устройствами или сетями. Из-за этого пришлось пожертвовать самой сутью высокоуровневых языков, а именно машинонезависимым программированием. К счастью, такие части теперь можно было локализовать в конкретных "низкоуровневых" модулях, а значит, соответствующим образом изолировать.
Кроме того, Модула содержал конструкции для программирования параллельных процессов (или квазипараллельных потоков). "Параллельное программирование" было основной темой 1970-х. В целом, Модула-2 постепенно стал довольно комплексным и на мой взгляд переусложнённым для обучения программированию. Ощущалось, что языку нужно совершенствование и упрощение.
Благодаря подобным рассуждениям возник язык Оберон, тоже изначально создававшийся в Xerox PARC. Мейнфреймы больше не использовались, на смену им пришли мощные рабочие станции с дисплеями высокого разрешения и функциями интерактивности. Для них в PARC были разработаны язык и интерактивная операционная система Cedar. Проектировщикам снова показались желательными значительное упрощение и консолидация, поэтому для Оберона в ETH были написаны операционная система, компилятор и текстовый редактор. Задача была выполнена всего двумя программистами - Виртом и Гуткнехтом в свободное время в течение шести месяцев. Публикация Оберона произошла в 1988 году. На развитие языка повлияла новая дисциплина - объектно-ориентированное программирование. Однако в нём не появилось никаких новых особенностей, кроме расширения типа. Следовательно, впервые был создан язык, который не только не усложнился, но даже упростился, и в то же время стал более мощным по сравнению с предшественником.
Даже сегодня Оберон успешно используется во множестве разных мест. Однако революции, как в случае с Паскалем, не произошло. Комплексные коммерческие системы используются слишком широко и потому укоренились. И всё же можно сказать, что на многие подобные языки наподобие Java (Sun Microsystems) и C# (Microsoft) значительное влияние оказали Оберон или Паскаль.
Примерно в 1995 году на рынке появились динамически перепрограммируемые на уровне логических вентилей электронные компоненты. Эти программируемые пользователем вентильные матрицы (field programmable gate arrays, FPGA) можно сконфигурировать в практически любую цифровую схему. Разница между программным и аппаратным становилась всё более размытой. Я разработал язык Lola (logic language) с похожими на Оберон элементами и аналогичной ему структурой для описания цифровых схем. Схемы всё чаще стали задаваться формальными текстами, заменяющими графические принципиальные схемы. Это упрощает проектирование оборудования и ПО, что на практике становится всё более важным.
Комментарии и выводы
Принципиальная задача высокоуровневых языков - повышение уровня абстракции со слоя машинных команд. Например, структуры данных вместо массивов слов в памяти или условные операторы и операторы цикла вместо команд перехода. Идеальный язык должен определяться в категориях математической логики, аксиом и правил вывода. Для его понимания не должно требоваться никакой отсылки к любому компьютеру или механизму. Это основа портируемости. Проектировщики Алгола видели эту цель, но сложнее всего достигнуть её, не жертвуя при этом мощью выразительности. Тем не менее, каждый новый язык следует измерять той степенью, в которой он приближается к этой цели. Последовательность "Паскаль-Модула-Оберон" стали свидетельством моего стремления достичь её. Оберон к ней близок, однако ничто не идеально.
Никлаус Вирт
В начале 1960-х в мире доминировали языки Фортран (Джон Бэкус из IBM) для научного и Кобол (Жан Саммет из IBM и Министерство обороны) для коммерческого применения. Программы писались на бумаге, затем перфорировались на картах, после чего результатов их выполнения ждали целый день. Языки программирования считались важными помощниками и ускорителями процесса программирования.
В 1960 году международный комитет опубликовал спецификацию языка Алгол 60. Впервые язык определялся чётко сформулированными конструкциями и точным, формальным синтаксисом. Двумя годами позже стало понятно, что требуются некоторые исправления и усовершенствования. Однако основной задачей было расширение ассортимента приложений, поскольку Алгол 60 был предназначен только для научных вычислений (вычислительной математики). Для работы над этим проектом была собрана рабочая группа (Working Group, WG 2.1) под эгидой Международной федерации по обработке информации (IFIP).
Группа состояла примерно из сорока участников; почти столько же было мнений и взглядов на то, каким должен быть потомок Алгола. Это вызвало обширные дискуссии, и некоторые дебаты завершались довольно печально. В начале 1964 года я стал участником группы и вскоре меня попросили подготовить конкретное предложение. Комитет разделился на две фракции. Одна из них стремилась ко второй, после Алгола 60, важной вехе - созданию языка с радикально новыми, непроверенными концепциями и огромной гибкостью. Позже он стал известен под названием Алгол 68. Другая фракция поставила перед собой более скромную задачу и сосредоточилась на реалистичном усовершенствовании известных концепций. В конце концов, время уже поджимало: вскоре должен был появиться PL/1 компании IBM. Однако моё предложение, несмотря на техническую реалистичность, уступило с небольшим перевесом большинству, предпочитавшему разрабатывать Алгол 68.
Постер диаграмм синтаксиса Pascal
Недостаточно просто постулировать язык на бумаге. Необходимо создать надёжный компилятор, который обычно является программой высокой сложности. В этом отношении крупные промышленные фирмы имели преимущество перед нашей рабочей группой, вынужденной полагаться на энтузиастов из научных заведений. Я покинул группу в 1966 году и с несколькими аспирантами из Стэнфордского университета посвятил своё время созданию компилятора для моего проекта. В результате мы получили язык Алгол W2, который после 1967 года начал использоваться во многих местах, где применялись крупные компьютеры IBM. Он оказался довольно успешным. Алгол 68 выпустили, но он быстро потонул из-за собственного веса, хотя некоторые его концепции и получили вторую жизнь в новых языках.
Но по моему мнению, Алгол W был недостаточно хорошим. Из-за того, что изначально он разрабатывался комитетом, язык содержал в себе слишком много компромиссов. После моего возвращения в Швейцарию, я спроектировал язык в соответствии со своими предпочтениями: им стал Паскаль. С несколькими помощниками мы написали руководство пользователя и спроектировали компилятор. В процессе его создания мы решились на рискованный шаг: захотели описать компилятор на самом Паскале, затем транслировать его вручную на Фортран, и, наконец, скомпилировать первый из второго. Результатом стал сокрушительный провал, поскольку из-за отсутствия структур данных (записей) в Фортране трансляция получилась очень громоздкой. После этого неудачного дорогостоящего урока вторая попытка окончилась успехом - на этот раз мы использовали вместо Фортрана язык местной разработки Scallop (созданный М. Энгели).
Паскаль
Как и его предшественник Алгол 60, Паскаль имел чёткое определение и ограниченное количество понятных базовых элементов. Его структура и синтаксис формально были определены в расширенной форме Бэкуса-Наура. Операторы описывали присвоение значений переменным, условное и повторное исполнение. Кроме того, в языке существовали процедуры, и они были рекурсивными. Значительным усовершенствованием стали типы и структуры данных: элементарными типами данных были целые и вещественные числа, булевы значения, символы и перечисления (констант). Структурами стали массивы, записи, файлы (последовательности) и указатели. Процедуры имеют два вида параметров - значения и переменные. Процедуры можно использовать рекурсивно. Наиболее существенной была всеобъемлющая концепция типа данных: каждая константа, переменная или функция имела фиксированный, статический тип. Поэтому программы обладали большой избыточностью, которой мог пользоваться компилятор для проверки целостности типов. Это способствовало распознаванию ошибок до исполнения программы.
Столь же важным, как добавление функций, стало и их удаление (относительно Алгола). Чарльз Энтони Ричард Хоар однажды сказал: язык характеризуется не только тем, что он позволяет делать программисту, но и тем, что он делать не позволяет. В связи с этим в языке отказались от параметра-имени Алгола. Он редко использовался и вызывал значительные трудности для компилятора. Кроме того, была устранена концепция владения Алгола, что позволяло локальным переменным быть глобальными, чтобы "пережить" активацию процедуры, для которой переменная была объявлена локальной. Конструкция for Алгола была значительно упрощена, что позволило избавиться от комплексных и сложных в понимании конструкций. Однако для простых и прозрачных ситуаций повторений были добавлены операторы while и repeat. Тем не менее, спорный оператор goto сохранился. Я решил, что сообщество программистов ещё не готово к отказу от него. Это было бы слишком невыгодно для роста популярности Pascal.
Паскаль был прост в преподавании и мог использоваться в широком спектре применений, что было значительным преимуществом по сравнению с Алголом, Фортраном и Коболом. Модуль System Паскаля был эффективным, компактным и простым в применений. На язык сильно повлияла новая дисциплина структурированного программирования, основным проповедником которой был Э. Дейкстра, стремившийся таким образом избежать угрозы кризиса программного обеспечения (1968 год).
Паскаль был опубликован в 1970 году и впервые использовался на курсах обучения в Швейцарской высшей технической школе Цюриха (ETH). Мы даже определили подмножество Pascal-S и создали более компактный компилятор для экономии времени и пространства на нашем компьютере CDC и снижения времени цикла обработки для студентов. В те времена машинное время и память были в дефиците.
Распространение и популярность Паскаля
Вскоре Паскаль заметили несколько университетов и возрос интерес к его использованию в обучении. Мы получали просьбы о помощи в реализации компиляторов для других компьютеров. Я придумал идею постулирования гипотетического компьютера, который можно было бы легко реализовать на различных мейнфреймах, для которого мы бы создали в Высшей технической школе Цюриха компилятор. Этот гипотетический компьютер можно было бы легко реализовывать относительно небольшими трудозатратами при помощи уже готовых инструментов (ассемблеров). Таким образом возникла архитектура Pascal-P (P - "портируемый"), и эта техника оказалась чрезвычайно успешной. Первые наши клиенты были из Белфаста (Ч.Э.Р. Хоар). Два помощника привезли две тяжёлые картонные коробки перфокарт в Цюрих, на них был записан компилятор, спроектированный для компьютера ICL. На границе их подвергли допросу, потому что возникло подозрение, что перфокарты могут содержать секреты, подлежащие таможенным сборам. Всё это происходило без международных проектных организаций, без бюрократии и бюджетов на исследования. Сегодня это было бы невозможно.
Интересным следствием таких разработок стало появление пользовательских групп, в основном состоящих из молодых энтузиастов, желавших продвигать и распространять Паскаль. Ядром этих групп управлял Энди Микел из Миннеаполиса, где они регулярно публиковали новостную рассылку о Паскале (Pascal Newsletter). Это движение внесло значительный вклад в стремительное распространение Паскаля.
Несколькими годами позднее на рынке появились первые микрокомпьютеры. Это были небольшие компьютеры, процессор которых интегрирован в единый чип, и имевшие 8-битные шины данных, доступные по цене даже физическим лицам. Выяснилось, что благодаря своему небольшому компилятору, способному уместиться в малом объёме памяти (64 КБ), Паскаль подходит для их процессоров. Группа под руководством Кена Боулса из Университета Сан-Диего и Филипп Кан из Borland Inc. в Санта-Крузе создали для нашего компилятора простую операционную систему, текстовый редактор и процедуры для обнаружения и диагностики ошибок. Они продавали этот пакет на гибких дисках по 50 долларов (Turbo Pascal). Благодаря этому Паскаль распространялся мгновенно, особенно в школах и вузах, став для многих точкой входа в программирование и computer science. Наше руководство по Паскалю превратилось в бестселлер.
Такое распространение не ограничилось Америкой и Европой. Россия и Китай тоже с энтузиазмом восприняли Паскаль. Об этом я узнал только позже, во время моих первых поездок в Китай (1982 год) и СССР (1990 год), когда мне показали версию нашего руководства, написанного непонятными (для меня) символами и буквами.
Наследники Паскаля
Но время не стояло на месте. Компьютеры стремительно становились быстрее, поэтому требования к приложениям, как и к программистам, росли. Программы больше не разрабатывались одним человеком, теперь их создавали коллективы. В языках должны были появиться конструкции, поддерживающие командную работу. Один человек может спроектировать часть системы, называемую "модулем", достаточно независимо от остальных модулей. Позже модули могут быть скомпонованы и загружены автоматически. Даже в Фортране имелась уже такая функция, однако теперь компоновщик должен был проверять целостность типов данных между границами модулей. Это была непростая задача!
Модули с межграничной проверкой целостности типов стали основным расширением первого наследника Паскаля под названием Модула-2 (сокращение от modular language, 1979 год). Язык стал эволюционным развитием Паскаля, а также Mesa - языка, разработанного в Xerox PARC для системного программирования. Сам Mesa тоже произошёл от Паскаля. Однако Mesa развивался слишком хаотично и его нужно было "укротить". В Модула-2 также присутствовали элементы для системного программирования, допускавшие конструкции, зависящие от конкретных свойств компьютера, поскольку они были необходимы для интерфейсов с периферийными устройствами или сетями. Из-за этого пришлось пожертвовать самой сутью высокоуровневых языков, а именно машинонезависимым программированием. К счастью, такие части теперь можно было локализовать в конкретных "низкоуровневых" модулях, а значит, соответствующим образом изолировать.
Кроме того, Модула содержал конструкции для программирования параллельных процессов (или квазипараллельных потоков). "Параллельное программирование" было основной темой 1970-х. В целом, Модула-2 постепенно стал довольно комплексным и на мой взгляд переусложнённым для обучения программированию. Ощущалось, что языку нужно совершенствование и упрощение.
Благодаря подобным рассуждениям возник язык Оберон, тоже изначально создававшийся в Xerox PARC. Мейнфреймы больше не использовались, на смену им пришли мощные рабочие станции с дисплеями высокого разрешения и функциями интерактивности. Для них в PARC были разработаны язык и интерактивная операционная система Cedar. Проектировщикам снова показались желательными значительное упрощение и консолидация, поэтому для Оберона в ETH были написаны операционная система, компилятор и текстовый редактор. Задача была выполнена всего двумя программистами - Виртом и Гуткнехтом в свободное время в течение шести месяцев. Публикация Оберона произошла в 1988 году. На развитие языка повлияла новая дисциплина - объектно-ориентированное программирование. Однако в нём не появилось никаких новых особенностей, кроме расширения типа. Следовательно, впервые был создан язык, который не только не усложнился, но даже упростился, и в то же время стал более мощным по сравнению с предшественником.
Даже сегодня Оберон успешно используется во множестве разных мест. Однако революции, как в случае с Паскалем, не произошло. Комплексные коммерческие системы используются слишком широко и потому укоренились. И всё же можно сказать, что на многие подобные языки наподобие Java (Sun Microsystems) и C# (Microsoft) значительное влияние оказали Оберон или Паскаль.
Примерно в 1995 году на рынке появились динамически перепрограммируемые на уровне логических вентилей электронные компоненты. Эти программируемые пользователем вентильные матрицы (field programmable gate arrays, FPGA) можно сконфигурировать в практически любую цифровую схему. Разница между программным и аппаратным становилась всё более размытой. Я разработал язык Lola (logic language) с похожими на Оберон элементами и аналогичной ему структурой для описания цифровых схем. Схемы всё чаще стали задаваться формальными текстами, заменяющими графические принципиальные схемы. Это упрощает проектирование оборудования и ПО, что на практике становится всё более важным.
Комментарии и выводы
Принципиальная задача высокоуровневых языков - повышение уровня абстракции со слоя машинных команд. Например, структуры данных вместо массивов слов в памяти или условные операторы и операторы цикла вместо команд перехода. Идеальный язык должен определяться в категориях математической логики, аксиом и правил вывода. Для его понимания не должно требоваться никакой отсылки к любому компьютеру или механизму. Это основа портируемости. Проектировщики Алгола видели эту цель, но сложнее всего достигнуть её, не жертвуя при этом мощью выразительности. Тем не менее, каждый новый язык следует измерять той степенью, в которой он приближается к этой цели. Последовательность "Паскаль-Модула-Оберон" стали свидетельством моего стремления достичь её. Оберон к ней близок, однако ничто не идеально.
Никлаус Вирт
| Василий Степанович |
| А то может быть даже свои старые программки паскалевские гражданам компьютерщикам Форума покажешь |
26 февраля 2021 в 12:36 Ясон пишет:
Я> Юра прочтёшь, усвоишь и и расскажешь форуму.
А то может быть даже свои старые программки паскалевские гражданам компьютерщикам Форума покажешь?
(если в молодости на Паскале перед переходом на другие, более актуальные языки, попрограммировать успел)
Я> Юра прочтёшь, усвоишь и и расскажешь форуму.
А то может быть даже свои старые программки паскалевские гражданам компьютерщикам Форума покажешь?
(если в молодости на Паскале перед переходом на другие, более актуальные языки, попрограммировать успел)
| Ясон |
| Давай Юра рассказывай. ВС так всё тебе рассказывает, твоя очередь |
26 февраля 2021 в 14:25 Василий Степанович пишет:
ВС> 26 февраля 2021 в 12:36 Ясон пишет:
ВС> Я> Юра прочтёшь, усвоишь и и расскажешь форуму.
ВС> А то может быть даже свои старые программки
ВС> паскалевские гражданам компьютерщикам Форума
ВС> покажешь?
ВС> (если в молодости на Паскале перед переходом на
ВС> другие, более актуальные языки, попрограммировать
ВС> успел)
Давай Юра рассказывай. ВС так всё тебе рассказывает, твоя очередь!
ВС> 26 февраля 2021 в 12:36 Ясон пишет:
ВС> Я> Юра прочтёшь, усвоишь и и расскажешь форуму.
ВС> А то может быть даже свои старые программки
ВС> паскалевские гражданам компьютерщикам Форума
ВС> покажешь?
ВС> (если в молодости на Паскале перед переходом на
ВС> другие, более актуальные языки, попрограммировать
ВС> успел)
Давай Юра рассказывай. ВС так всё тебе рассказывает, твоя очередь!
28 февраля (воскресенье) 2021
8 марта (понедельник) 2021
| Василий Степанович |
| Кто использует магнитную плёнку и почему за ней будущее |
В декабре 2020 года IBM Research и Fujifilm представили прототип картриджа LTO на 580 терабайт. Небольшая кассета с магнитной лентой вмещает информации как несколько десятков обычных HDD или 120 000 DVD.
Магнитные ленты появились почти сто лет назад, а компьютерные файлы на них записывают с 1952 года. Ещё наши мамы в советских НИИ меняли катушки на мейнфреймах. И в 2021 году плёнки остаются самым дешёвым накопителем со стоимостью хранения примерно в 6 раз ниже, чем на HDD. Поскольку плёнка практически исчезла с потребительского рынка, многие даже не знают, насколько бурно развивается эта технология.
Катушки с магнитными лентами производства Orwo (ГДР) в советском мейнфрейме ЭВМ ЕС-1020 на кафедре прикладной математики физмата Ленинградского политехнического института, середина 1980-х. Скорость чтениязаписи составляла 2 метра (64 килобайта) в секунду
Немножко истории
Вообще, магнитную ленту изобрёл немецкий химик Фриц Пфлёймер в 1928 году, то есть 93 года назад. Он первым догадался сделать напыление магнитным порошком из оксида железа на тонкой бумаге с помощью клея. Первую ленту изготовил немецкий концерн BASF. Сначала её использовали для записи звука, а в 50-е годы начались эксперименты по записи видео, а также цифровых компьютерных данных, причём второй вариант использования считался гораздо перспективнее, потому что магнитные видеокассеты всё равно не могли сравниться с киноплёнкой по качеству изображения.
Первая в мире лента с цифровыми данными была записана и считана магнитными головками Uniservo I для компьютера UNIVAC I в 1951 году. На той ленте шириной полдюйма (12,65 мм) данные записывались с плотностью 100 символов на дюйм
Магнитные головки Uniservo I
Потом за дело взялась IBM, которая выпустила 7-дорожечные ленты такой же ширины в полдюйма.
Модель IBM 726 сохраняла 2 мегабайта на катушке. Устройство сдавалось в аренду по $850 в месяц
Потом были разработаны 9-дорожечные ленты для системы IBM System//360. Девять дорожек позволяли записать в каждом положении ленты ровно один байт (8 информационных разрядов плюс 1 контрольный). Эти катушки на долгие 30 лет стали компьютерным стандартом, в том числе для советских компьютеров.
Накопители IBM 2401 для компьютеров System360/
Плотность записи
Плотность записи постоянно росла: до 200, 556, 800 символов на дюйм, затем у 9-дорожечных лент она составляла 800, 1600 и 6250 байт на дюйм. К 70-м запись достигла такой плотности, что стало возможным уменьшить ширину ленты. Так появились первые компактные кассеты и картриджи.
Стандарт QIC («картридж с лентой в четверть дюйма» представила компания 3M в 1972 году, Journey234
Linear Tape-Open (LTO) — один из современных стандартов для картриджей, который отличается максимальной плотностью записи.
Текущие ленты производятся с покрытием из феррита бария (BaFe). В каждом новом поколении LTO частицы становились всё мельче, компонуясь в более узкие дорожки данных. В декабре 2020 года Fujifilm и IBM анонсировали первую модель с покрытием из феррита стронция (SrFe). Размер частиц уменьшился на 60%.
/Слева: строение ленты*
Справа: Фотографии частиц из феррита бария и феррита стронция в покрытии
Плотность записи в лентах можно сравнить с аналогичным показателем HDD, потому что там используется схожий принцип хранения намагниченных бит в слое носителя на подложке.
Плотность записи на HDD в последнее десятилетие увеличивается на 9% в год, а у плёнки на 34%. Слайд из презентации IBM
Плотность записи на HDD замедлила рост в последнее десятилетие. Большие надежды возлагают только на термомагнитную запись (HAMR), где показатель превышает 2 Тбита/дюйм². До таких показателей LTO далеко.
Но уже при существующей плотности картриджи значительно обгоняют HDD по общему объёму информации, ведь площадь ленты на катушке гораздо больше площади блинов в винчестере. Конструкция картриджа позволяет задействовать одновременно 32 считывающие головки, что даёт преимущество по скорости чтения и записи, по сравнению с HDD.
Главное, что плотность записи на плёнку продолжает расти в геометрической прогрессии, примерно на 33% в год. То есть удвоение объёма накопителей происходит примерно раз в два-три года. Для сравнения, прогресс в производстве жёстких дисков сильно замедлился (если HAMR не оправдает надежд).
Увеличение плотности записи и ёмкости картриджей LTO. Источник: IBM
Выходит, что плёночные картриджи сейчас — более перспективная технология, чем жёсткие диски. Плёнка развивается, рынок растёт, разработчики не жалеют денег на научные исследования и строят планы на десятилетия вперёд.
Особенности ленты
Надёжность
У ленточных накопителей относительно высокий срок гарантированного сохранения данных. Производители современных картриджей типа LTO обычно гарантируют сохранность информации от 15 до 30 лет.
Устройство картриджа в принципе проще, чем у SSD и HDD, где механизм для чтения и записи информации встроен внутрь накопителя, и этот механизм чрезвычайно сложный и подвержен поломкам. Например, распространённая причина выхода из строя SSD и HDD — сбой электроники в контроллере, а в HDD ещё повреждения головки. Плёночным картриджам в этом случае ничего не грозит. Вероятность ошибок при записи или чтении плёнки на 4-5 порядков ниже, чем у жёстких дисков.
Ещё одно преимущество картриджей — безопасность, поскольку накопители физически изолированы от сети.
Низкая стоимость
Если сравнить стоимость хранения 1 мегабайта на разных накопителях, то после превышения определённого объёма данных магнитная лента — самый выгодный вариант. Например, за $500 можно купить десяток кассет LTO-8 по 12 ТБ каждая. Для сравнения, HDD того же объёма обойдутся примерно в $3000.
Правда, сам привод LTO-8 стоит несколько тысяч долларов, так что на маленьких объёмах расходы не окупятся. В качестве малобюджетной альтернативы можно купить бэушный привод LTO-2 за $95 с кассетами 200 ГБ по 8 долларов, но это жутко устаревший лоутек.
Внешний привод MagStor LTO-8 HH SAS (LTO-8) для настольного компьютера стоит $3300
В отличие от домохозяйств, в корпоративных хранилищах выгода очевидна. Дополнительная экономия достигается за счёт сокращения капитальных затрат на строительство хранилища, сокращения административных расходов и оплаты электричества, поскольку для хранения кассет не требуется электропитание, как в случае с серверами. См. калькулятор стоимости владения (TCO) для корпоративного дата-центра.
Диски DVD в таких системах даже не рассматриваются. Например, для хранения хотя бы 5 ТБ требуется сотня дисков Blu-ray со смехотворной скоростью записи.
Скорость чтения и записи
Перемотка магнитной ленты — это механический процесс, который никак невозможно произвести за миллисекунды. Представьте, что для поиска файла требуется отмотать 200 метров ленты… Вообще, в современных картриджах LTO длина ленты превышает 1 километр. Поэтому среднее время доступа к данным — десятки секунд, тогда как у жёстких дисков — от 5 до 10 миллисекунд. В реальности кроме перемотки кассеты нужно ещё найти нужную кассету в хранилище, что тоже нетривиальная задача (см. КДП.
В последней модели LTO скорость прокрутки ленты во время чтениязаписи составляет около 15 кмч (4 м/с), а головки позиционируется с точностью 3,2 нанометра.
Скорость последовательного чтения и записи на плёнку выше, чем у современных HDD. В последнем поколении LTO-9 чтение-запись происходит параллельно на 32 дорожки, а скорость достигает 400 мегабайт в секунду в несжатом виде или 1 ГБ/с в сжатом.
Ниши использования
Исходя из достоинств и недостатков плёнки понятны варианты её использования. Это надёжные накопители для дешёвого долговременного хранения с хорошей скоростью чтения/записи, но отсутствием мгновенного доступа. Таким образом, они лучше всего подходят для «холодного» хранения бэкапов.
Бэкапы
В 2011 году компания Google случайно удалила почту в 40 тысячах почтовых ящиках. Пострадали резервные копии на всех серверах. Данные удалось восстановить только с плёнки. Тогда и выяснилось, что Google тоже использует плёнку для резервного копирования, также как Microsoft и другие облачные провайдеры, не говоря уже об их клиентах.
Необычный пример долговременного резервного хранилища — GitHub Arctic World Archive на Шпицбергене. Причём это холодное хранилище и в прямом, и в переносном смысле. Оно размещается на глубине 250 метров в вечной мерзлоте и рассчитано на тысячу лет хранения.
Правда, там не магнитная лента, а фотоплёнка с галогенидами серебра в полиэфире производства норвежской компании Piql. У такой плёнки срок жизни минимум 500 лет.
Один кадр на фотоплёнке из бэкапа репозиториев GitHub
Полный код 100 млн репозиториев в .tar занял 21 ТБ на 186 катушках. Вместе с архивом положили технические руководства по расшифровке QR и форматам, чтобы наши потомки сумели преобразовать QR-коды обратно в код и запустить его.
Облачные сервисы
Тарифы на холодное хранение данных предлагает Amazon и другие облачные провайдеры. Холодное хранилище гораздо дешевле, но извлечение данных дорогое. Например, в сервисе S3 Glacier Deep Archive хранение 1 терабайта стоит всего 1 доллар в месяц (доступ в течение 12-48 часов). Для сравнения, стандартное хранилище S3 в 23 раза дороже.
Информация в мировой инфраструктуре растёт как снежный ком по мере подключения миллиардов новых устройств. Согласно недавнему исследованию IDC, общий объём накопителей в глобальной мировой инфраструктуре вырастет с 16 до 163 зеттабайт за период 2016−2025 гг.
Сейчас число сверхкрупных дата-центров в мире достигло 597. Для них используется особый термин: Hyperscale Data Center (HSDC). В прошлом году было построено 52 подобных сооружения.
На Amazon, Microsoft и Google приходится более половины всех крупных ЦОД.
Наука
Некоторые современные научные инструменты генерируют такой огромный объём данных, что их невозможно хранить иначе, кроме как на ленточных накопителях. Например, Большой адронный коллайдер генерирует 140 ТБ в сутки, а гигантский распределённый радиотелескоп SKA (Square Kilometre Array) с тысячами параболических антенн будет выдавать до 1 экзабайта в день. Это сравнимо с объёмом трафика во всём мировом интернете (5,3 экзабайта в сутки в 2020 году).
Художественное представление массива антенн SKA. Изображение: SPDO TDP DRAO Swinburne Astronomy Productions
Для таких научных инструментов два важнейших параметра — высокая ёмкость носителей и высокая скорость записи, а время доступа уже не так принципиально. Поэтому здесь и используются ленточные накопители.
По оценке IBM, сегодня в мире на магнитной плёнке хранится примерно 345 000 экзабайт данных. Получается, что плёнка в данный момент является основным накопителем человеческой цивилизации. И очень похоже, что в ближайшее время такое положение сохранится.
| Ясон |
Гражданин Василий Степанович, в этой теме к Вам можно обратится по поводу пропажи фото в теме "Красивые собаки...." и предложения как это исправить.
Благодарю что соизволили прочесть мою записку!
**********************
Я кон доиграю с судьбой до конца.
Метну безрассудство на зелень сукна
И вырву победу у самого дна.
Все дети взрослеют, но сказки живут.
Не верящих в чудо ждёт...
Благодарю что соизволили прочесть мою записку!
**********************
Я кон доиграю с судьбой до конца.
Метну безрассудство на зелень сукна
И вырву победу у самого дна.
Все дети взрослеют, но сказки живут.
Не верящих в чудо ждёт...
| Юра |
| Сам пропадай, а собак Ясону возвертай |
8 марта 2021 в 14:26 Ясон пишет:
Я> Гражданин Василий Степанович,
Сам пропадай, а собак Ясону возвертай!
Я> Гражданин Василий Степанович,
Сам пропадай, а собак Ясону возвертай!