Ohjelmointikielten varhaishistoria - PowerPoint PPT Presentation

About This Presentation

Title:

Ohjelmointikielten varhaishistoria

Description:

Ohjelmointikielten varhaishistoria Esa-Matti Miettinen 14.4.2005 – PowerPoint PPT presentation

Number of Views:25

Avg rating:3.0/5.0

Slides: 41

Provided by: emmietti

Category:

more less

Transcript and Presenter's Notes

Title: Ohjelmointikielten varhaishistoria

1
Ohjelmointikieltenvarhaishistoria

Esa-Matti Miettinen
14.4.2005

2
Johdanto

Ohjelmoinnin historian voi katsoa lähteneen
liikkeelle jo 1800-luvun puolivälistä Babbagen
kehittäessä ensimmäisiä tietokoneen piirustuksia
Tässä keskitytään korkean tason kielten syntyyn
1940- ja 1950-luvuilla
Koko ajanjakson käsittelyn sijaan tarkastellaan
muutamia tärkeitä merkkipaaluja

3
Ohjelmointi 1940- ja 1950-luvuilla

Ohjelmia kirjoitettiin pääasiassa konekielillä
Tietokoneet olivat hitaita, kalliita ja
vaikeakäyttöisiä.
1950-luvun alkupuolella alkoi olla tarjolla
alkeellisia ja hitaita tulkattavia kieliä, joihin
viitattiin termillä automaattinen koodaus
Ohjelmointikielten kehittäjien yhteydet toisiinsa
olivat huonot, ja keksintöjä tehtiin usein
toisista tietämättä

4
Käsiteltäviä kieliä

Plankalkül, ensimmäinen korkean tason
ohjelmointikieli
Short Code, ensimmäinen toteutettu korkean tason
kieli
Ensimmäiset kääntäjät
Fortran, korkean tason kielten läpimurron
aloittanut kieli

5
Ensimmäinen korkean tason ohjelmointikieli

Milloin oikein tehtiin ensimmäinen oikea korkean
tason kieli?
Miltä sen koodi mahtoi näyttää?

6
Plankalkül

Konrad Zuse suunnitteli korkean tason
ohjelmointikielen jo 1940-luvun puolivälissä
Zuse kehitti myös ensimmäisiä tietokoneita,
joista tosin melkein kaikki tuhoutuivat
liittoutuneiden pommituksissa
Plankalkül julkaistiin vasta vuonna 1972 ja
toteutettiin vuonna 2000, joten sen vaikutus
toteutettuihin kieliin jäi pieneksi

Konrad Zuse (1910-1995)
7
Plankalkülin ominaisuuksia

Rakenteiset tietotyypit
For-lausetta muistuttava toistolause
Indeksointi
Monipuoliset listojen käsittelyoperaatiot
Invarianttien tarkistus

8
Esimerkkialgoritmi

Käytetään kielen piirteiden havainnollistamiseen
Knuthin ja Pardon TPK-algoritmia
Algoritmi ei tee mitään oikeasti hyödyllistä,
mutta esittelee kielen ominaisuuksia hyvin
Algoritmi saa syötteenään joukon lukuja, ja
tulostaa (tai palauttaa) erään funktion arvot
syöteluvuilla käänteisessä järjestyksessä. Jos
funktion arvo syötteellä on yli 400,
tulostetaankin "liian iso"

9
TPK-algoritmi Javalla
10
...ja sama Plankalkülilla
Määritellään kokonaislukutyyppinen muuttuja.
Määritellään proseduurin 1 syötteiden ja
palautusarvon tyyppi.
Lasketaan funktion arvo annetulla parametrilla.
Määritellään proseduurin 2 syötteiden ja
paluuarvon tyyppi.
Tästä alkaa W2-silmukka, jota toistetaan 11
kertaa. Silmukan alussa (R1(V)) kutsutaan
proseduuria 1 parametrina taulukko V.
Jos funktion arvo syötteellä Vi on suurempi kuin
400, tallennetaan i ja ääretön.
Jos funktion arvo syötteellä Vi on lt 400,
tallennetaan i ja funktion arvo.
11
Plankalkülin tyypeistä

Ainoa perustyyppi on yksi bitti
Muut tyypit rakennetaan yhdistelemällä muita
tyyppejä
Näin voidaan luoda esimerkiksi listoja,
parilistoja, taulukoita, henkilötunnuksia...
Taulukoista saattoi esimerkiksi tehdä
vaihtuvanpituisia
Periaatteessa kaikkia tyyppejä voitiin yhdistellä
vapaasti
Valmiiksi määriteltyinä ovat esimerkiksi
kokonaisluvut, liukuluvut ja kompleksiluvut

12
Ensimmäinen toteutettu kieli

Millainen oli ensimmäinen korkean tason kieli,
joka todella toteutettiin?

13
Short Code

Myös Eniacia rakentamassa olleen John Mauchlyn
suunnittelema Short Code on luultavasti
ensimmäinen toteutettu korkean tason kieli
William Schmitt teki ensimmäisen toteutuksen
Binacilla vuonna 1949
Schmitt ja Albert Tonik kehittivät
Univac-toteutuksen loppuvuodesta 1950

John W. Mauchly (1907-1980)
14
Short Code (jatkoa)

Osasyy kielen tuntemattomuuteen lienee, että
tuolloin ohjelmoijan vaivannäköä ei arvostettu
aivan samalla tavalla
Miksi tietokoneen laskenta-aikaa pitäisi tuhlata
johonkin sellaiseen, jonka ohjelmoija voi itsekin
tehdä?
Short Code-tulkkaus saattoi myös olla jopa
viisikymmentä kertaa hitaampaa kuin konekielisten
käskyjen suoritus

15
TPK Short Codella
03 Jos y lt 400, siirry kohtaan 1
16
Ensimmäiset kääntäjät

Useimmat nykyiset kielet käännetään ennen
suoritusta. Milloin näin tehtiin ensimmäisen
kerran?

17
Kääntäjät (jatkoa)

Ensimmäisen kääntäjän tittelistä on useita
kilpailijoita
Esiin nostetaan usein Hopperin A-0, A-1 ja A-2,
Glennien Autocode ja Laningin ja Zierlerin kieli
Voittaja riippuu näkökulmasta

18
Hopperin varhaiset "kääntäjät"

Ohjelmointikielten kehitykseen suuresti
vaikuttanut Grace Murray Hopper työskenteli
vuodesta 1949 Univac-tietokoneita valmistaneessa
Eckert-Mauchly Computer Corporationissa
EMCssä hänen ryhmänsä kehitti varsinkin aluksi
lähinnä makrojen käsittelijöitä muistuttavia
ohjelmia

Grace Murray Hopper (1906 1992)
19
Hopperin varhaiset "kääntäjät" (jatkoa)

Myöhemmin lähestyttiin jo uutta kieltä ja
kääntäjiä sanan nykyisessä merkityksessä
Vanha Mark I-tietokone suoritti kolme
yhteenlaskua sekunnissa. Univac laski jo
lähteestä riippuen tuhansia tai kymmeniä tuhansia
laskutoimitusta sekunnissa, joten sen
työllistämiseksi ohjelmia piti saada tuotettua
nopeammin.

20
Hopperin varhaiset "kääntäjät" (jatkoa)

Merriam-Websterin määritelmä sanalle compile "to
bring together from several sources into a single
volume or list ltcompiled the best short stories
ever written into one fat bookgt "
Lokakuun 1951 ja toukokuun 1952 välillä
valmistunut A-0 oli sanakirjamääritelmän mukainen
"compiler", eli kokosi ohjelman liittämällä
konekielisen ohjelman merkittyihin kohtiin
eräänlaisen makron

21
Hopperin varhaiset "kääntäjät" (jatkoa)

Tammikuussa 1953 valmistunut A-1 ja lokakuussa
toteutettu A-2 olivat parannettuja versiota
"kääntäjästä"
Niiden koodia saattoi joutua täydentämään koneen
omalla konekielellä
Vuonna 1955 A-2 oli jo kehittynyt niin pitkälle,
ettei koneen omaa kieltä tarvinnut käyttää
lainkaan

22
TPK A-2lla(vuoden 1953 versio)
23
Hopperin ryhmän myöhempiä tuotoksia

Hopperin ryhmä kehitti vuonna 1956
Math-Matic-nimellä (aluksi AT-3) tunnetuksi
tulleen lausekielen
Math-Matic-kielen kääntäjä tuotti hidasta koodia
jo muutenkin hitaalle Univac-tietokoneelle, joten
kieli ei noussut kovin merkittävään asemaan
Vuonna 1955 toteutettu Flow-Matic-kieli perustui
vahvasti englannin kielen käyttöön, ja oli
suunniteltu erityisesti liiketoiminnallisten
ohjelmien tuottamiseen
Flow-Matic (aluksi B-0) vaikutti suuresti
Cobol-kielen kehitykseen

24
Autocode

Alick Glennie kehitti Royal Armaments Research
Establishmentissä työskennellessään
Autocode-kielen ja sille kääntäjän vuoden 1950
lopulla
Glennie ei koskaan julkaissut kieltä, eikä siitä
tullut kovin suosittu

Alick Glennie
25
Autocode (jatkoa)

Kieli ei ollut kovin alustariippumaton, eikä
ratkaissut ongelmia, joita sen kanssa tekemisissä
olleet ohjelmoijat pitivät työnsä kannalta
vaikeimpina
Autocode oli kuitenkin luultavasti ensimmäinen
täysiverinen kieli, jolle oli toteutettu sanan
nykyistä merkitystä vastaava kääntäjä

26
TPK Autocodella
27
Laning ja Zierler

Laning ja Zierler kehittivät noin vuonna 1953
Autocodea korkeammalla abstraktiotasolla toimivan
kielen Whirlwind-tietokoneelle
Ohjelmia suoritettiin tulkkaamalla kääntäjän
tuottamaa välimuotokieltä
Kieli oli lähes täysin alustariippumaton, ja
suhteellisen helppokäyttöinen

28
TPK-algoritmi Laningin ja Zierlerin kielellä
Tähän tulevat syötteet
SP 4 Ehdoton hyppykäsky kohtaan 4
aivj
CP 1 Jos edellisen lauseen arvo lt 0, siirry
kohtaan 1. Tällä saadaan aikaan silmukka.
F11 laskee itseisarvon, F1 neliöjuuren
29
Korkean tason kielten läpimurto

Ihan hyvä. Mutta milloin joku sai kaiken tämän
oikein toimimaan?
Milloin korkean tason kieliä alettiin käyttämään
laajemmassa mitassa?

30
Fortran

1950-luvun lopulla kehitetty Fortran aloitti
korkean tason kielten voittokulun
Tulkeilla ja kääntäjillä saavutettiin yleensä
vain murto-osa taitavan ohjelmoijan kehittämien
ohjelmien suorituskyvystä
Yleisesti ei uskottu, että voitaisiin kehittää
helppokäyttöinen korkean tason kieli, jolla
voitaisiin tuottaa tehokkaita konekieliohjelmia

John Backus (1911-1988)
31
Fortranin tehtävä

Fortranin-projektin ensisijaisena tavoitteena oli
tuottaa tehokas, ihmisohjelmoijan suorituskykyyn
verrannollinen kääntäjä
704 osasi käsitellä liukulukuja, joten
liukulukukäsittelyn hitaus ei enää kätkenyt
kielten tehottomuutta

32
Fortranin kehitys

Aiemmin muun muassa Speedcodingia kehittänyt John
Backus ehdotti uuden ohjelmointikielen
tuottamista 704-tietokoneelle IBMllä loppuvuonna
1953
Kehitykseen vaikuttivat myös mm. Harlan Herrick,
Irving Ziller ja Ron Nutt
Kielen alkuperäinen määrittely oli valmis
marraskuussa 1954

33
Otteita vuoden 1954 väliraportista

"...FORTRAN should virtually eliminate coding and
debuggin..."
"...an automatically coded problem... will be
executed in about the same time that would be
required had it been laborously hand coded"
"...after an hour course in FORTRAN notation, the
average programmer can fully understand... a
procedure stated in FORTRAN language..."
"... each such IBM calculator should have a
system similar to FORTRAN..."

34
Fortranin valmistuminen

Vuonna 1955 kääntäjän uskottiin valmistuvan
puolen vuoden kuluessa
Todellisuudessa Fortran julkaistiin bugisena
huhtikuussa 1957
Fortran levisi kuitenkin nopeasti
Huhtikuussa 1958 tehdyn tutkimuksen mukaan yli
puolet 26n 704-tietokoneen käyttäjistä käytti
kieltä suurimmassa osassa ohjelmiaan, ja saman
vuoden syksyllä yli puolet 66n koneen
konekielikäskyistä tuotettiin Fortranilla

35
TPK-algoritmi Fortranilla
36
Yhteenveto

Ohjelmoinnin alkuaikoina ohjelmointi tarkoitti
useimmiten hankalaa koodausta konekielillä
Korkean tason kielten kehitykselle antoi
alkusysäyksen yritys saada käyttöön konekielistä
puuttuvia ominaisuuksia ja helpottaa ohjelmointia
Tietokoneiden kehitys vauhditti myös
ohjelmointikielten kehitystä tekemällä
ohjelmoijasta pullonkaulan
Tiedonkulun ongelmat johtivat useiden keksintöjen
tekemiseen uudelleen

37
Yhteenveto (jatkoa)

Ensimmäinen korkean tason ohjelmointikieli
Plankalkül sisälsi monia edistyksellisiä
piirteitä, kuten erittäin kehittyneen
tyyppijärjestelmän. Kielestä ei kuitenkaan tullut
aikanaan tunnettua.
Ensimmäinen toteutettu korkean tason kieli oli
luultavasti Short Code. Se kärsi osin saman
kohtalon.
Ensimmäisen kääntäjän tittelistä kilpailevat
ainakin Hopperin varhaiset "kääntäjät", Glennien
Autocode ja Laningin ja Zierlerin kieli

38
Yhteenveto (jatkoa)

Vasta Fortran tarjosi mahdollisuuden helpohkon
ohjelmoinnin ja tehokkaiden ohjelmien välillä, ja
aloitti siten korkean tason ohjelmointikielten
läpimurron

39
Aikajana