ЧТО ТАКОЕ МАШИННЫЙ ЯЗЫК? (ВВЕДЕНИЕ ДЛЯ НАЧИНАЮЩИХ)
Новичок, впервые столкнувшийся с термином «машинный язык», может подумать: «На каком же таком языке разговаривает компьютер? Наверное, человеку чрезвычайно трудно его понять. Выглядит этот язык, вероятно, как-нибудь так:
976#!@NX714&+
если он вообще как-то выглядит». На самом деле машинный язык не должен быть трудным для понимания. Его назначение — служить удобным средством связи между человеком и компьютером.
Здесь уместно провести аналогию с марионеткой. Вы можете заставить марионетку «ходить», манипулируя деревянным приспособлением, даже не касаясь нитей, приводящих ее в движение. Эти манипуляции означают «ходьбу» на языке марионетки. Кукольник управляет марионеткой таким способом, который понятен марионетке и легко осуществим кукольником.
Компьютеры — это машины, подобные марионеткам. Ими нужно управлять, пользуясь специальным языком. И поэтому нам необходим язык, обладающий двумя на первый взгляд противоположными свойствами. С одной стороны, он должен точно выражать смысл приказа компьютеру, передавая последнему всю требуемую для выполнения операции информацию, а с другой — быть предельно простым.
| Со временем появления компьютеров было разработано множество языков: Фортран, который считается старейшиной среди них, Кобол - образец языка для обработки коммерческой информации, Бейсик, предназначенный для тех, кто делает первые шаги на пути изучения таких языков, как Фортран и Кобол. Предметом нашей книги является язык, совершенно не похожий на другие: Форт. Популярность Форта непрерывно возрастает в течение последних нескольких лет; причем во всех областях программирования. Упомянутые выше языки, включая Форт, относятся к языкам высокого уровня. Начинающему важно понять разницу между языком высокого уровня и языком, понятным компьютеру. Все языки высокого уровня выглядят для программиста одинаково, независимо от того, на компьютере какой марки или модели будет выполняться соответствующая программа. Но каждый компьютер имеет свой внутренний, или «машинный», язык. Что же представляет собой машинный язык? Обратимся снова к примеру с марионеткой. Вообразите, что деревянное приспособление для управления марионеткой отсутствует, и кукольник непосредственно держит в руках нити, каждая из которых связана с одной частью тела марионетки. Согласованная комбинация движения отдельных нитей может считаться «машинным языком» нашей марионетки. Теперь представьте себе, что нити привязаны к деревянному приспособлению. Это приспособление соответствует языку высокого уровня. Простым поворотом запястья кукольник может управлять одновременно множеством нитей. Точно так же в языке высокого уровня знакомый вам знак «+» инициирует выполнение множества внутренних функций, в результате чего производится суммирование. Компьютер может быть запрограммирован на перевод символов языка высокого уровня (таких, как «+») в свой собственный машинный язык, после чего он может выполнить полученные машинные команды. Итак, язык высокого уровня — это средство записи программы символами и словами, понимаемыми человеком, которые затем переводятся на машинный язык компьютера конкретной марки или модели. |   |
В чем же состоит отличие Форта от других языков высокого уровня? Это отличие в том, как он разрешает противоречие между человеком и машиной. Язык должен быть удобным для человека, но в то же время соответствовать операциям, выполняемым компьютером. Форт — единственный в своем роде язык, где данная проблема решена уникально. Каким образом она решена, будет показано в дальнейшем.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ФОРТА (ВВЕДЕНИЕ ДЛЯ ПРОФЕССИОНАЛОВ)
Особенно популярен Форт стал с 1978 г., хотя применялся в основных областях науки, экономики и производства с начала 70-х годов. Где бы вы ни работали, скорее всего, ваша прикладная программа, написанная на Форте, будет выполняться более эффективно, чем на том языке, который вы применяете сейчас. Для того чтобы это понять, вы должны прочитать настоящую книгу, по возможности найти Форт-систему и попытаться с ней поэкспериментировать. В данном разделе вы найдете для себя ответы на два вопроса: «Что такое Форт?» и «Где он может использоваться?».
Форт многогранен. Его можно рассматривать как
• язык высокого уровня;
• язык Ассемблера;
• операционную систему;
• инструментарий для создания программ;
• некоторую концепцию разработки программного обеспечения.
Форт как язык начинается с мощного набора стандартных команд, образующих механизм, с помощью которого вы можете формировать свои собственные команды. Процесс построения определений по модульному принципу — черта, объединяющая Форт с языками высокого уровня. С другой стороны, команды Форта могут быть определены непосредственно на уровне мнемоники ассемблера с помощью ассемблера Форта. Все команды интерпретируются одним и тем же интерпретатором и компилируются одним и тем же компилятором, что придает языку поразительную гибкость. Кодирование вашей программы на самом высоком уровне будет подобно записи этой программы на некотором подмножестве естественного языка. Форт получил название «метаприкладного» языка, так как он позволяет создавать проблемно-ориентированные языки.
Вы можете разбивать задачу на небольшие фрагменты, создавать слова с небольшими определениями, реализующие эти фрагменты, а затем объединять созданные слова небольшими порциями в другие слова. Именно такой подход присущ человеку
в его деятельности. На каждом этапе своей работы программист оперирует лишь несколькими понятиями, соответствующими возможностям кратковременной памяти человека. При использовании этих понятий на последующих этапах мы обращаемся к ним по имени, что соответствует образу мышления человека.
Диалог — неотъемлемое свойство Форта. Новые слова могут быть скомпилированы таким образом, что программист получит возможность сразу же проверять каждую новую команду и следить за состоянием своей программы посредством немедленной обратной связи. (Во многих языках программирования для этого требуется загрузка текстового редактора, редактирование, выход из текстового редактора, загрузка компилятора, компиляция, выход из компилятора, загрузка редактора связей и т. д.) Итерационный подход, при котором оптимальное решение находится в процессе тестирования программных моделей, наиболее приспособлен к интегрированной среде с небольшим временем реагирования на запросы, а именно такую среду и обеспечивает Форт.
Структурные операторы управления Форта вынуждают создавать программу с вложенными структурами, что уменьшает сложность программы. А поскольку реализация Форта ориентирована на вызов слов, то пользователю предпочтительнее работать с небольшими подпрограммами (словами), причем даже с меньшими, чем это позволяют делать традиционные «модульные» языки программирования. Практически без потери эффективности Форт способствует «упрятыванию» информации, что в свою очередь упрощает модернизацию программы. Вследствие этого по имеющимся данным сокращается время разработки Форт-программ: по сравнению с Ассемблер-программами на порядок, а по сравнению с программами на языках высокого уровня — в два раза.
Форт не только увеличивает производительность программирования, но и повышает скорость работы ваших программ. Форт гарантирует быстродействие. Программа, написанная на Форте высокого уровня, выполняется быстрее, чем большинство программ, написанных на других языках высокого уровня; ее производительность составляет почти половину производительности программ, написанных на языке Ассемблера. Критичные по времени фрагменты программ вы можете писать на ассемблере Форта, и они будут выполняться со скоростью, обеспечиваемой процессором.
Помимо всего код Форта компактен. Прикладные программы, написанные на Форте, занимают меньший объем памяти, чем аналогичные программы, созданные с помощью традиционного Ассемблера! Написанная на Форте операционная система вместе со стандартным набором слов занимает менее 8К байт. Вся среда Форта спокойно умещается в пространстве, составляющем 16-32К.
Динамическая среда для объектной прикладной программы может потребовать объем памяти менее 1К байт.
Форт мобилен. Виртуальная Форт-машина реализована почти на всех известных мини- и микрокомпьютерах. На самом деле Форт-архитектура уже воплощена в кремнии.
Ниже приводится несколько примеров применения Форта.
Искусство. Форт используется для управления оборудованием при съемках видеоклипов некоторых рок-групп, а также бегущей строкой рекламы шоу Била Косби. В музыкальной студии электронных инструментов Государственного университета Сан-Хосе язык MASC, являющийся расширением Форта, позволяет композиторам писать музыку для аналоговых синтезаторов.
Программное обеспечение для персональных компьютеров и бизнеса. Форт применялся при разработке учетных программ «Назад к Бейсику» фирмы Peachtree, пакета СУБД фирмы Savvy, системы Симплекс фирмы Quest Research (интегрированная база данных со средствами текстовой обработки и передачи сообщений, макинтошеподобными окнами и графикой) и комплексов Дэйта Эйс и Мастер Тайп. Фирма Bell Canada выбрала Форт для реализации программ аварийной диагностики телефонной связи и сети баз данных, где единственный процессор 68000 обслуживает 32 терминала и базу данных объемом 200 МБ. Фирма Cycledata использует Форт для создания и сопровождения базы данных курса акций с выдачей информации клиентам в реальном времени.
Сбор и анализ данных. Форт применяется во многих крупных обсерваториях планеты. Например, компьютер PDP-11/34 с Форт-системой полностью управляет обсерваторией, в том числе телескопом, куполом, несколькими электронно-лучевыми трубками, строчно-печатающим устройством, дисководами с гибкими дисками, и в то же время обеспечивает сбор данных по инфракрасному излучению из космоса, анализ этих данных и выдачу результатов на графический монитор. Лесная служба США с помощью системы распознавания образов, написанной на Форте, производит анализ и переработку контурных карт. Фирма Dysan применяет написанную на Форте инструментальную систему управления качеством, которая в среде IBM PC работает с битовыми шаблонами, хранящимися на гибких дисках. Устройства измерения глубины, управляемые Фортом, используются на буксирах Миссисипи. NASA, Центр систем океана ВМС США и Центр вооружений ВМС США применяют Форт для различных видов сложного анализа данных. В прикладные программы такого рода часто включаются написанные на Форте программы быстрого преобразования Фурье и Уол-ша, численного интегрирования, а также Форт-программы, реализующие другие математические методы.
Экспертные системы. Для компании General Electric Corporate Research and Development на Форте была создана экспертная система диагностики дизель-электровозов. Форт также использовался компанией Applied Intelligence Systems and IRI, Inc. для промышленного прогнозирования. Центр исследований проблем сна Станфордского университета применяет созданную на Форте экспертную систему в целях идентификации моделей сна.
Графика. Программа Изель и ее приемник Люмена, созданные фирмой Time Arts, Inc., — программы-художники. Обе написаны на Форте и продаются в сочетании с известными графическими системами и системами автоматизированного проектирования.
Медицина. Единственный в Главном госпитале компьютер PDP 11 дает возможность одновременно обслуживать большую базу данных, где хранится информация о пациентах, управлять 32 терминалами и оптическим считывателем, делать анализ крови и измерять пульс больного в реальном времени, осуществлять статистический анализ информации из базы данных для установления соответствия между физическими симптомами заболевания, правильностью диагноза и результатами лечения. Отдел медицинских систем NCR в своей системе 9300, применяемой в больничном обслуживании, также используют Форт. Административный центр по исследованию и совершенствованию реабилитации ветеранов применяет Форт для создания устройств обслуживания инвалидов, включая ультразвуковой детектор, который переводит команды, посылаемые человеком (кивок, поворот головы), в сигналы управления устройством, например креслом на колесах с электроприводом.
Переносные «разумные» устройства. Существует множество разных приборов с встроенными Форт программами: прибор для диагностики заболеваний сердечно-сосудистой системы, самоходный датчик воспламенения, созданный двумя компаниями, прибор для определения относительной влажности различных сортов зерна, транслятор с языка Craig и т. д.
Управление процессами. Лаборатория Jet Propulsion и компания McDonnel Douglas Astronoutics независимо друг от друга выбрали Форт для разработки приборов, применяющихся при создании промышленных материалов в условиях невесомости. Lockheed California и TRW каждая по-своему используют Форт при создании радарных антенн. Фирма Northrup применяет Форт в качестве стандартного языка тестирования. С помощью Форта фирма Johnson Filaments управляет лазерным микроизмерительным роботом при измерении диаметра пластиковых волокон. На предприятиях Union Carbide Форт используется при разработке лабораторных средств автоматизации и создании автоматизированных систем управления процессами.
Роботы. Управляемая голосом сервосистема, применяемая на TRW, написана на Форте. С помощью подвесной автоматической видеокамеры Скайкэм осуществляется трансляция футбольных матчей, а камера фирмы Elicon создает фрагменты для повторного показа. Диапазон других применений Форта —- от управления разгрузкой и погрузкой багажа на главной авиалинии США до сортировки персиков на Калифорнийском консервном заводе.
Форт-процессоры. R65F11 и R65F12, созданные Rockwell International Corp., представляют собой восьмиразрядные процессоры, размещающие 133 Форт-слова на одном кристалле ПЗУ. Вспомогательные кристаллы ПЗУ содержат дополнительные слова Форта, полезные для создания программного обеспечения. Семейство МА2000 National Semiconductor Corp. состоит из набора модулей с интерфейсом через стек, формирующих в совокупности полный автономный Форт-компьютер. Семейство высокоскоростных процессоров Novix NC4000 представляет собой Форт-кристаллы, в которых команды Форта высокого уровня выполняются за один такт.
Завершая введение, хотелось бы обратить ваше внимание на одну особенность Форта. Дело в том, что ответственность за производительность центрального процессора (ЦП) возлагается на вас. Можно провести следующую аналогию. Водителю автомашины ручное управление труднее освоить, чем автоматическое, но все-таки ручное управление позволяет вести автомашину Лучше. Точно так же специалисту труднее изучить Форт, чем традиционные языки высокого уровня, похожие друг на друга (освоив один из них, вы легко можете выучить другой). Но уж если вы однажды выучили Форт, то это даст вам возможность экономно расходовать машинное время и память, а также внедрить новую технологию, с помощью которой вы сможете значительно сократить сроки разработки проекта. И помните, что все компоненты Форта, включая операционную систему, компилятор, интерпретаторы, текстовый редактор, виртуальную память, ассемблер и средства мультипрограммирования, следуют одному и тому же протоколу. Путь к Форту короче, чем изучение по отдельности перечисленных выше компонент.
Если все изложенное здесь вас заинтересовало, значит, вы уже готовы приступить к изучению Форта.
Про ошибки на сайте обязательно сообщите .
