Языки программирования. Прошлое и будущее. С.Бобровский, страница 3

Однако этот язык по-прежнему занимает особую нишу, в которой рав­ных ему пока нет. Помимо раздельной компиляции модулей и обеспе­чения иерархической секретности спецификаций, в нем была реали­зована такая черта, как поддержка параллельного программирования. Предпринятое на более-менее высоком уровне в Алголе-68, затем раз­витое в Модуле-2, оно воплотилось в очень мощных средствах Ады — так называемых задачах, способных выполняться независимо друг от друга, на параллельных компьютерах. Это привело к рождению целой идеологии программирования, базирующейся на задачах, которые могли выполняться «псевдопараллельно» на компьютере с одним процессором. При этом решаемая задача разбивалась на набор одновре­менно работающих процедур, независимо взаимодействующих друг с другом. Это немного напоминало способ решения задачи на Прологе: описывается некий виртуальный мир, а затем он как бы «запускает­ся» на функционирование, и решение находится само собой.

Тем более удивительно, что Министерство Обороны США по тем или иным причинам отказалось от объектной идеологии, прекрасно вопло­щенной еще в 60-е годы в Симуле-67, и наверняка не раз пожалело об этом. Правда, в язык Ада была введена довольно жалкая замена ряда возможностей, предоставляемых объектно-ориентированным програм­мированием, — так называемые шаблоны, то есть процедуры с пара­метрами неопределенных типов. Но все-таки главным преимуществом Ады, которое позволяет ей и сегодня выдерживать натиск более разви­тых языков, явилась, помимо мощного финансирования, встроенная поддержка параллельного выполнения задач и мощные средства коор­динации их взаимодействия. Здесь необходимо отметить, что основная ориентация Ады — это отнюдь не системы автоматизации бухгалте­рии в Министерстве обороны США, а чисто боевые задачи, например, управление в реальном времени самонаводящейся ракетой, где микро­процессору требуется одновременно обрабатывать информацию, непре­рывно поступающую от множества самых разнообразных датчиков. Ранее такие задачи писались на ассемблере, что приводило к множе­ству ошибок и трудностям сопровождения. Для подобных задач Ада, конечно, подходит как нельзя лучше.

Но язык Ада продолжают позиционировать и как хорошее средство для разработки больших программных комплексов. Правда, теперь голоса в поддержку этого языка звучат уже тише, примерно так: «Ада, по крайней мере, не хуже Си». С учетом главного промаха, отсутствия объектов, и современных требований к технологии разработки про­грамм был разработан новый стандарт языка ISO/IEC 8652:1985(Е). Он описывает версию языка Ada95 (njmAda9X). Самое интересное, что эта версия является первой в мире объектно-ориентированной системой программирования, на которую имеется международный стандарт, введенный, по-видимому, в приказном порядке (с C++ так пока не полу­чается). Кроме того, в языке была улучшена система согласования ви­димости данных в спецификациях модулей, и добавлены средства по­вышения эффективности функционирования параллельных задач.

Министерство обороны США довольно ревниво относится к своему дорогому детищу, и даже зарегистрировало слово «Ada» как свою тор­говую марку. Правда, впоследствии вместо торговой марки Министер­ство обороны решило использовать «Ada» как свой внутренний сертифицированный знак. Без особой радости Министерство обороны США относится и к появлению коммерческих версий этого языка. Конечно, никто не вправе запретить вам написать компилятор, но чтобы он полу­чил коммерческое признание, необходимо его соответствие военному стандарту, а тестирование осуществляется только комитетом AJPO при Министерстве обороны США, который очень строго проверяет соответ­ствие компилятора множеству требований, в том числе, по-видимому, и чисто политических.

Тем не менее, различные версии Ады можно получить, как это обычно бывает с языками программирования, на халяву, то бишь даром (не пиратским способом, а fгееwaге-версии), а также, конечно, за деньги.

Из свободно распространяемых версий в первую очередь необходимо выделить GNAT: компилятор GNUAda95 (ftp://cs.nyu.edu/pub/gnat). В рам­ках проекта GNU (свободно распространяемого программного обеспе­чения) его можно получить в исходных текстах. Работать он может и на компьютере с одним процессором, только надо, чтобы операцион­ная система поддерживала многозадачность. Это может быть, напри­мер, какая-нибудь версия Unix/Linux, или Windows NT/2000/ХР. Что касается MS-DOS — догадайтесь сами. Но если очень хочется запус­тить сотню-другую параллельных процессов на вашей персоналке под MS-DOS 6.x, то вполне можно попробовать Ada/Ed (ftp://cs.nyu.edu/pub/ adaed). Это компилятор и интерпретатор версии языка 1987 года, кото­рый, впрочем, совершенно несовместим со стандартом и не имеет ряда существенных элементов.

Если есть деньги, то ситуация, конечно, облегчается. В пределах месяч­ной зарплаты среднего российского программиста можно приобрести, например, FirstAda за полтысячи долларов, и написать систему управ­ления холодильником. Более дорогие системы для Windows или Unix/ Linux, сертифицированные Министерством обороны США, вы можете попытаться приобрести непосредственно у фирм-разработчиков, коих насчитывается около десятка.

Интересно, что стандартизации подвергся не только сам язык, что позво­лило создавать легко переносимые программы, но и набор вспомога­тельных средств разработчика. К ним относятся различные библиотеки ввода/вывода и организации графического интерфейса, препроцессоры, верификаторы, генераторы кода, анализаторы логической структуры программы, программы для тестирования компиляторов и многое дру­гое. Конечно, имеются крупные пакеты, включающие в себя все стан­дартизированные средства разработки, но они стоят достаточно дорого, как и полагается солидному и мощному языку программирования.

Jovial: веселый язык программирования

Ада, несмотря на все усилия ее создателей, обладала достаточно вну­шительным списком недостатков. Кроме того, в силу исторических причин, характерных для всех стран, развивавших собственную ком­пьютерную промышленность, число языков программирования, ис­пользуемых в государственных структурах, нередко достигало десятка. Вместе с Адой применялись PL/I, FORTRAN, Кобол, а также ассемб­лер. Подобная бессистемность приводила к возникновению множества плохо или совсем не совместимых друг с другом приложений и к слож­ностям в их развитии и поддержке. Рассматриваемый здесь язык Jovial представляет собой типичный образчик подобного не самого хорошего и не самого плохого языка, стечением обстоятельств ставшего одним из военных стандартов.

Современная армия немыслима без использования электронных тех­нологий. Бортовые микропроцессорные системы, устанавливаемые на военной технике (самолетах, танках, стационарных и мобильных ракет­ных установках и т. п.), применяются для решения самых разных бое­вых задач. Эти системы используются для автоматического контроля, управления, анализа состояния и степени поражения боевой техники; они позволяют повысить точность стрельбы и организовать эффектив­ное управление системами ведения огня. Устанавливаемые на ракетах электронные бортовые комплексы обеспечивают непрерывное слеже­ние за целью и нахождение оптимальной траектории атаки. Все эти возможности обеспечиваются программистами, разрабатывающими прикладные программы для подобных систем.

Создание программного обеспечения, применяемого для решения бое­вых задач, первоначально было затруднено. Это связано с повышен­ными требованиями к надежности функционирования программ, с необходимостью обеспечения повышенного уровня секретности и с использованием специализированных, созданных специально для военных применений микропроцессоров с оригинальной архитектурой и нестандартной системой команд. Первые программы для этих мик­ропроцессоров писались в машинных кодах, что приводило к огром­ной стоимости проектов, изобиловавших вдобавок множеством оши­бок. Поэтому для создания программного обеспечения, отвечающего вышеприведенным требованиям, программистам понадобились мощ­ные средства разработки, жестко ориентированные на внутреннюю структуру микропроцессоров, которые применяются в бортовых сис­темах. Создание подобных средств, в силу специфичности их примене­ния, было возможно только по заказу военного министерства.

Первыми инициаторами практического внедрения бортовых систем и создания для них средств разработки программного обеспечения были ВВС США. Это связано с тем, что в авиации используется наиболее дорогостоящая и сложная в управлении техника. 26 октября 1983 года американская военная директива за номером 9070 констатировала насущную необходимость создания универсального средства разработки программ для бортовых авиационных систем. В качестве основных требований к нему в первую очередь выдвигались высокая надежность получаемого кода, эффективность работы программ при жестких огра­ничениях на объемы памяти и возможность быстрой и дешевой реали­зации проектов. Лучшие военные специалисты США были брошены на поиски подходящего средства разработки программного обеспече­ния, которое планировалось быстро адаптировать к внутренним нуж­дам Министерства обороны. Такое средство было найдено довольно быстро. Им оказался старый язык программирования Jovial (в перево­де — веселый). В его основе лежал язык IAL (International Algorithmic Language), один из первых диалектов Алгола, в дальнейшем усовер­шенствованный и получивший название OVIAL (Own Version of the IAL). Американский программист Джулиус Шварц (Jules Schwartz) дополнил OVIAL рядом полезных усовершенствований и прибавил к аббревиатуре первую букву своего имени — так в январе 1959 г. на свет появился Jovial. Одной из главных целей создания языка Jovial Шварц объявил создание кросс-платформных программ, способных работать в режиме реального времени. Во внутреннюю структуру Jovial-ма-шины были заложены гибкие возможности оптимизации кода, не зависящие от платформы, и быстрый перенос программ при модифи­кации архитектуры целевого компьютера. Жесткая структура органи­зации файлов с исходными текстами, не допускающая машинно-зави­симых синтаксических конструкций, позволяла легко переносить программы на различные платформы. Именно эти возможности и ока­зались ключевыми при выборе этого языка ВВС США.

Сегодня язык программирования Jovial, несмотря на свое «веселое» название, применяется отнюдь не для создания развлекательных про­грамм. Хорошо продуманная кросс-платформная идеология и успешная практика применения позволили ему завоевать признание практиче­ски во всех военных областях. Сорок подрядчиков Пентагона написали с его помощью программы, исполняемые на бортовых процессорах мно­гих американских военных самолетов (бомбардировщики В-2, F-117, транспортные самолеты С-17, истребители F-15, F-16, F-18, F-22), верто­летов огневой поддержки, ракет тактического и стратегического назна­чения, крейсеров, космических спутников и других систем. Этот язык используется для создания программного обеспечения, управляющего мобильными и стационарными ракетными установками на поле боя и в радарных системах слежения. Применяют его в некоторых видах бо­евой техники и американские силы специального назначения.

Чтобы не распылять усилия разработчиков и обеспечить единый под­ход к созданию и унификации программного обеспечения, Министер­ство обороны США приняло стандарт на набор команд для 16-разряд­ного микропроцессора, используемого в бортовых военных системах. Этот стандарт получил название MIL-STD-1750. В дальнейшем набор команд был дополнен несколькими дополнительными инструкциями, и модификация этого стандарта 1750А используется в американской армии по сей день.

В силу жестких требований, предъявляемых к языку, реализация Jovial, созданная в ВВС США, представляет собой не просто компиля­тор, а целый комплекс стандартизованных средств разработки. В этом на него похожа система Java, в типичную поставку которой помимо компилятора обязательно входит виртуальная Jaua-машина, набор библиотек, средства отладки, средства просмотра, имитирующие работу в сети и многое другое. Язык Jovial распространяется в комплекте раз­работчика под названием ITS. Этот комплект представляет собой пре­красный пример тщательно продуманного подхода к выбору и совер­шенствованию средства разработки программного обеспечения, кото­рое планируется использовать в ответственных областях десятки лет. В типовой комплект ITS входят кросс-платформные компилятор и мак­роассемблер, поддерживающий систему команд 1750А, сборщик, сим­вольный интерактивный отладчик, поддерживающий режим реального времени, программный симулятор процессора с набором команд 17БОА, библиотека стандартных модулей и загрузчик кода в оборудование стандарта 1750 (при наличии соответствующих аппаратных плат). Первая очередь этого комплекса была закончена в 1984 году. Первона­чально она функционировала только на мэйнфреймах, а сегодня рабо­тает также под управлением SCO UNIX или MS-DOS. Комплект ITS обеспечивает генерацию кода не только для микропроцессора 1750А, но и для VAX, IBM PC, Z80, М680ХО, Д/5С-компьютеров и ряда дру­гих систем. Наиболее популярная реализация ITS для компьютеров серии VAX используется сегодня более чем в 50 подразделениях Ми­нистерства обороны США. Почти так же популярна реализация для персоналок, работающая под управлением Unix/Linux.

Комплект ITS (www.jovial.hill.af.mil) распространяется правительством США бесплатно. Для получения (или попытки получения) этого комп­лекта рекомендовано обращаться к военному атташе американского посольства.

Сегодня имеются и коммерческие версии языка Jovial, впрочем, рас­пространяемые за пределами США только с разрешения американских компетентных органов. Стоят эти версии десятки тысяч долларов. Одна из них представляет собой компилятор Jovial для платформ VAX/VMS, SPARC/SunOS, HP/UX, позволяющий получать код для Z8000 и 1750А. В комплект дополнительно включаются ассемблер для каждой плат­формы, сборщик, симулятор целевых наборов команд и символьный отладчик, использующий интерфейс X-Windows. Настройки оптими­зации позволяют получать код, который по сравнению с кодом, напи­санным на ассемблере вручную, дает выигрыш на 15% в размере про­граммы и скорости ее выполнения.

Стремительно возросшая сложность современной боевой техники потре­бовала более мощных микропроцессорных устройств управления. Ле­том 1996 года был выпущен компилятор для Jovial, работающий под управлением операционной системы Solaris компьютеров Sun SPARC. Он позволяет получать код для бортовых управляющих систем, осно­ванных HaM/PS-микропроцессорах серии R2000/3000/4000. Компиля­тор встроен в графическую оболочку, содержащую редактор и символь­ный отладчик. Эта оболочка хорошо известна разработчикам программ на Аде для компьютеров SPARC; теперь она стала доступна и програм­мистам на языке Jovial.

Министерство обороны США уделяет языку Jovial большое внимание. За последние 15 лет использования Jovial американская армия инвес­тировала в его совершенствование более 16 миллионов долларов. Суммы, стимулирующие написание программ на Jovial и перенос других про­граммных систем на этот язык, увеличиваются с каждым годом. Для организации полной совместимости всего программного обеспечения, используемого в бортовых системах, американские военные приняли стандарт MIL-STD-1589 на версию этого языка J-73. Теперь все про­граммное обеспечение, разрабатываемое в подразделениях Министер­ства Обороны США на языке Jovial, должно соответствовать данному стандарту. ВВС США собираются провести полный реинжиниринг сво­ей компьютерной инфраструктуры, при этом все программное обеспе­чение, работающее в бортовых микропроцессорных устройствах, пла­нируется перенести на языки Jovial и Ада. В данном проекте особое внимание уделяется связке этих языков. Дело в том, что множество программ, предназначенных для решения боевых задач, довольно бес­системно разрабатывались как на том, так и на другом языке. Теперь же планируется осуществить интеграцию компьютерных программ, написанных на этих языках, с целью обеспечения возможности их сов­местного использования и легкой модификации программного обеспе­чения. Для решения этой задачи будет активно использоваться продукт фирмы Xinotech Research — Xinotech Language Translator (XLT), предназначенный для семантического анализа языков программиро­вания и перевода исходных текстов программ с одних языков на дру­гие с возможностью интерактивного контроля процесса преобразова­ния со стороны пользователя. В XLT используются описания языков с помощью абстрактных грамматик на XPAL (Xinotech Plan Abstraction Мeta-language) и применяются технологии сопоставления с образцом. Похожие возможности имеются у созданного в нашей стране РЕФАЛа. XLT на сегодня предоставляет возможность следующих парных пре­образований, гарантирующих корректный результат: Паскаль — Ада, CMS-2 — Ада и Jovial — Ада.