أساسيات الفورتران ومميزاته وعيوبة

لغة “Fortran”

 هي لغة برمجة من لغات برمجة الأجهزة الذكية الأكثر استخداما في العالم للتطبيقات العددية، وذلك لأنها ظهرت في الساحة قبل أي لغة برمجة أخرى وتم تطوير ميزاتها بشكل تدريجي لتلبية احتياجات المستخدمين، وخاصة العلماء والمهندسين، مما جعلها أكثر فائدة وتوافقا مع البرامج القديمة.

قامت Fortran بتحسين نفسها من خلال إضافة ميزات جديدة بدلا من إزالة الميزات القديمة، منذ ظهورها في عام 1957. ومن خلال هذه المراحل التطويرية التي استمرت لثلاث سنوات، تم إنشاء لغات برمجة الكمبيوتر الأكثر سهولة للتواصل مع الأجهزة الذكية، وذلك بمزج اللغة الإنجليزية مع المعادلات الجبرية.

بفضل البرنامج، يمكن استخدام العديد من لغات البرمجة والكتابة السريعة لبرامج الكمبيوتر بكفاءة تقريبية للبرامج التي تم ترميزها يدويا بلغة الآلة، نظرا لندرة وتكلفة أجهزة الكمبيوتر العالية جدا، كانت البرامج غير الفعالة مشكلة مالية أكبر من التطوير الطويل والمجهد لبرامج لغة الآلة، ومع ظهور لغات برمجة عالية المستوى (أو طبيعية) فعالة، والمعروفة أيضا بلغة الجيل الثالث، انتقلت برمجة الكمبيوتر إلى خارج النطاق الضيق لتشمل المهندسين والعلماء الذين لعبوا دورا أساسيا في توسيع استخدام أجهزة الكمبيوتر.

من خلال السماح بإنشاء برامج لغة طبيعية تعمل بكفاءة مثل البرامج المشفرة يدويا، أصبحت FORTRAN اللغة البرمجية المفضلة في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي، وتم تحديثها عدة مرات في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي للحفاظ على قدرتها على المنافسة مع لغات البرمجة الأكثر حداثة، وصدرت FORTRAN 77 في عام 1978، وتلاها FORTRAN 90 في عام 1991، وحدثت بعض التحديثات في عامي 1996 و 2004، وعلى الرغم من ذلك، فإن FORTRAN تم استبدالها بلغات الجيل الرابع والخامس خارج الأوساط الأكاديمية اعتبارا من السبعينيات.

أساسيات الفورتران

هناك العديد من الأساسيات لتعلم لغة الفورتران، منها:

الثقة في قوتك، للنجاح في لغة البرمجة فورتران ، يجب عليك اكتساب الثقة بالنفس، والتحكم في نفاد صبرك، والامتناع عن الاعتماد على شخص آخر لمساعدتك في حل مشاكلك التقنية؛ بدلاً من ذلك، يجب أن تعتمد على نفسك وتظل واثقًا من نفسك وتتحكم في جهودك وأن تكون متفائلًا والمثابرة في التعلم.

يتطلب المنطق، سواء كنت مطورًا أو مختبِرًا، دائمًا التميز في لغة البرمجة، حيث يتطلب ذلك تفكيرًا شرطيًا ومنطقيًا، ويمكن تحسين هذه المهارات، وهناك العديد من المواقع التعليمية لتعلم لغة البرمجة وتدريب مهارات التفكير المنطقي وتحسينها.

تعتبر الذاكرة القوية والقدرة على فهم التصميم عالي المستوى وتدفق البيانات والخوارزميات وهيكل البيانات وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض علامة على المبرمج المتميز ، كما يمكن أن تساعد تقنيات التأمل وتمارين الذاكرة.

مكونات لغة الفورتران

يتألف لغة “Fortran” من خمسة بيانات جوهرية، ومع ذلك، يمكنك أيضًا استنتاج أنواع بياناتك الخاصة من الأنواع الجوهرية الخمسة، وهي:

• الأعداد الصحيحة هي نوع صحيح ويمكن أن تحتوي على قيم عدد صحيح فقط.
• يتم تخزين الأرقام العشرية العائمة الحقيقية، مثل 2.0، 3.1415، -100.876، وغيرها، ويوجد نوعان حقيقيان مختلفان، النوع الحقيقي الافتراضي ونوع الدقة المزدوجة، وعلى الرغم من ذلك، يتيح “Fortran 90/95” مزيدًا من التحكم في دقة أنواع البيانات الحقيقية والصحيحة من خلال محدد النوع.
• يتم استخدام هذا النوع المعقد لتخزين الأعداد المركبة، حيث يتكون العدد المركب من جزئين، الجزء الحقيقي والجزء الخيالي، وتقوم وحدتان للتخزين بتخزين هذين الجزئين كرقمين متتاليين، على سبيل المثال، العدد المركب (3.0، -5.0) يساوي 3.0 – 5.0i
• النوع المنطقي يتكون من قيمتين منطقيتين فقط هما الصحيح والخطأ.
• يتم تخزين نوع الحرف الأحرف والسلاسل في هذا النوع، ويمكن تحديد طول السلسلة باستخدام المحدد len، وإذا لم يتم تحديد الطول، فسيكون الطول 1.

مصطلحات لغة الفورتران

وهناك أيضًا العديد من بعض المصطلحات والمفاهيم الأساسية لـ “FORTRAN”،  وهي:

• يتضمن البرنامج وحدة برنامجية واحدة أو أكثر.
• يتكون وحدة البرنامج من سلسلة عبارات تنتهي بالعبارة `END`.
• يتألف البيان من صفر أو أكثر من الكلمات الرئيسية والأسماء الرمزية والثوابت الحرفية وعلامات الجمل والعوامل والحروف الخاصة.
• تتكون كل كلمة في FORTRAN من رئيس الكلمة واسم رمزي وثابت حرفي وعامل تشغيل يتكون من حرف واحد أو أكثر.
• يمكن أن يتضمّن ثابت الحرف أي حرف “ASCII” صالح.
• يتم تصنيف العبارة على مقياس من 1 إلى 5، ويجب أن يكون الرقم واحد على الأقل غير صفري.

مميزات لغة فورتران

هناك بعض مزايا و  استخدامات برنامج فورتران، هي:

• بسيط ومباشر.
• لديه القدرة على إدارة الذاكرة ومناطق التخزين.
• يدعم البرمجة المعيارية والمتوازية والمنظمة.
• الاستقلال وقابلية النقل بين أنظمة الكمبيوتر.
• يدعم “فورتران” التحليل العددي والحسابات العلمية.
• يدعم “فورتران” البرمجة العامة والمنظمة.
• يدعم “فورتران” والبرمجة النمطية.
• أداء عالي.
• البرمجة الشيئية.
• محسّن للغاية من أجل التوجيه.
• “فورتران” مقروء وسهل الفهم.
• “فورتران” سريع جدا في الحوسبة العلمية.

عيوب الفورتران

هناك العديد من العيوب التي تم اكتشفها في لغة فورتران، وهي:

• عدم وجود التوازي المتأصل، من المفترض أن تكون لغة فورتران  لغة أداء،  اليوم يتم تنفيذ الحوسبة عالية الأداء على أجهزة متوازية، ليس لدى “FORTRAN ” طريقة مدمجة للتعبير عن التوازي. في الماضي، تم استخدام النداءات إلى الإجراءات الفرعية للمتجهات المكتوبة خصيصًا أو تم الاعتماد على المترجم لموازنة (موازاة) الشفرة التسلسلية (seriel). إنه أكثر فاعلية لمنح المستخدم التحكم في التوازي، وقد تم ذلك، إلى حد ما عن طريق إدخال “بناء جملة مصفوفة” متوازية.
• يسمح FORTRAN فقط بالتخزين الثابت ولا يمكن إنشاء مصفوفات مؤقتة قصيرة العمر أو استخدام المؤشرات، وهذا يعد قيدا محرجا وغير جذاب للغاية، وهو غير موجود في اللغات العالية المستوى الشائعة حاليا. لذلك، يجب على جميع برامج FORTRAN الإعلان عن مصفوفات “كبيرة بما يكفي” لأي حجم مشكلة في المستقبل.
• عدم وجود قابلية رقمية، تنشأ المشكلات بدقة عند نقل كود “FORTRAN ” من جهاز إلى آخر، كما تطبق العديد من أنظمة “FORTRAN 77” امتدادات خاصة بها لإعطاء دقة أكبر، وهذا يعني أن الكود يصبح غير محمول أخذت “Fortran 90” أفكارًا لمختلف امتدادات “FORTRAN 77” وحسنتها بحيث تكون اللغة الجديدة أكثر قابلية للنقل من قبل.
• في FORTRAN 77، لا توجد هياكل بيانات محددة من قبل المستخدم، ولا تتوفر أنواع البيانات البديهية (التي يعرفها المستخدم) كما هو الحال في ADA وAlgo وC وPascal وغيرها، وذلك لأن وجودها سيجعل البرمجة أكثر قوة وأسهل في FORTRAN، ولا يوجد طريقة لتعريف الكائنات المركبة.
• عدم وجود العودية الصريحة، لا يدعم العودية وهي تقنية رياضية مفيدة وموجزة للغاية، في الماضي كان لا بد من محاكاة هذا باستخدام مكدس معرف من قبل المستخدم وإجراءات الوصول لمعالجة إدخالات المكدس، التكرار هو مفهوم بسيط إلى حد ما وكود فعال وكان، لجميع المقاصد والأغراض ، غير متاح.
• الاعتماد على التخزين غير الآمن وميزات اقتران التسلسل في لغة “فورتران” يمنع الوصول إلى البيانات العالمية إلا عبر الكتلة الشهيرة “COMMON” والتي تعتبر مفتوحة للاستغلال السيئ. فالقواعد المطبقة على الكتل الشائعة متساهلة للغاية ويمكن للمستخدم أن يرتكب أخطاء مروعة بدون قصد. تقدم “فورتران 90” طريقة جديدة للوصول إلى البيانات العالمية، وهناك طريقة أخرى أيضا تسمح بالاستغلال السيئ بنفس القدر وتتمثل في السماح للمستخدم بتسمية مصفوفة باستخدام “EQUIVALENCE.” ينتج الكثير من الأخطاء من هاتين الميزتين وتعتبر عموما غير آمنة. ومع ذلك، لا يوجد بديل حقيقي في “فورتران.