NELIAC: Первый самокомпилирующийся компилятор ALGOL 58

Введение

Международный компилятор ALGOL, разработанный Лабораторией электронных систем ВМС (NELIAC), является диалектом и реализацией компилятора языка программирования ALGOL 58, разработанным этой лабораторией (Navy Electronics Laboratory, NEL) в 1958 году. Он предназначался для численных и логических вычислений и стал первым языком, предоставившим возможность самозагрузки (bootstrap).

Происхождение

NELIAC был детищем Гарри Хаски, тогдашнего председателя Ассоциации вычислительной техники (ACM) и известного ученого в области компьютерных наук, и поддержан Морисом Халстедом, руководителем вычислительного центра NEL. Самая ранняя версия была реализована на прототипе компьютера AN/USQ 17 (названном «Графиня» в честь Ады Лавлейс) в лаборатории. Это был первый в мире самокомпилирующийся компилятор, особенность, известная как начальная загрузка (bootstrapping). Это означает, что компилятор был сначала закодирован в упрощенной форме на языке ассемблера – «загрузчик» (bootstrap), а затем переписан на собственном языке, скомпилирован этим «загрузчиком» и перекомпилирован уже самим собой, что делало «загрузчик» ненужным. Он считается вариантом ALGOL 58 из-за сходства с этим языком, но в течение двух лет комитет ALGOL разработал другие версии ALGOL, и NELIAC и ALGOL разошлись в своем развитии.

Использование

Компилятор был использован на машине «Графиня» для создания версии для CDC 1604, а позже самостоятельно скомпилирован на этой машине. Многие другие версии были созданы для коммерческих компьютеров, таких как UNIVAC 1107, 490 и 418, а также IBM 704 и 709. Производственная версия NELIAC была системой второго поколения (для AN/USQ 20, модернизированной и милитаризованной версии AN/USQ 20), скомпилированной первой версией, но включающей полное декодирование алгоритмических выражений и, позднее, систему ввода/вывода (I/O), отсутствовавшую во всех остальных версиях. Декомпилятор был скорее предметом любопытства. Первая версия работала на «Графине», но позже была портирована на CDC 1604 и другие компьютеры, и получила некоторое признание в некоторых университетах. Однако оказалось, что в то время было мало программ, которые стоило декомпилировать. NELIAC изначально не предназначался для коммерческого использования. Его основным преимуществом перед другими компиляторами того времени была переносимость на другие компьютеры и однопроходная архитектура компилятора, обеспечивавшая настолько высокую скорость компиляции, что он компилировал в 60-120 раз быстрее, чем другие языки программирования высокого уровня, использовавшие многопроходные компиляторы. Например, компилятор JOVIAL выполнял 14 проходов. Простота языка и высокая скорость компиляции позволяли значительно ускорить циклы разработки по сравнению с другими компиляторами того времени. Это была внутренняя разработка NEL, направленная на создание более экономичного решения проблемы разработки компьютерных систем. NELIAC использовался Королевским канадским флотом для разработки программного обеспечения для системы управления 280 (используемой на эсминцах DDH 280) в период с 1967 по 1971 год. Для разработки этого программного обеспечения канадский военно-морской флот создал Центр генерации программ в Оттаве, провинция Онтарио, Канада. В качестве хост-компьютера использовался Litton L304F с 160 кБ памяти. Из-за ограничений памяти программное обеспечение NELIAC позже было переписано на ассемблере. NELIAC использовался для реализации экспериментальной бортовой системы противолодочной борьбы, а также для разработки проекта Национального чрезвычайного командного пункта на плаву (NECPA), который разрабатывал стратегическую систему командования и управления, устанавливаемую на авианосцах и крейсерах. Пожалуй, самым успешным применением NELIAC был контроль автоматизированной сети высокочастотного пеленгования ВМС США (Classic Bullseye), запущенной в производство в 1968 году и просуществовавшей до начала 1990-х годов. Кроме того, NEL разработала NELOS — пакетную операционную систему, обеспечивавшую ввод/вывод для магнитных лент, принтеров и телекоммуникационного оборудования, последовательную компиляцию заданий и библиотеку символов, позволявшую связывать очень большие компьютерные приложения и выполнять их в режиме реального времени. В состав этих пакетов входили программы управления информацией, включая базы данных, свободные запросы с предшественником ГИС IBM и приложения для отчетности. NECPA и NELOS были развернуты в 1966 году.

The compiler was used on the Countess to produce a version for the CDC 1604, and later self compiled on that machine. Many other versions were produced for commercial computers such as the UNIVAC 1107, 490, and 418, and the IBM 704 and 709. The production version of NELIAC was a second generation system (for the AN/USQ 20, a modernized and militarized version of the AN/USQ 20), compiled by the first version, but including full decoding of algorithmic expressions and, later, an input/output (I/O) system missing on all other versions. The decompiler was a curiosity. The first version ran on the Countess, but was later ported to the CDC 1604, and to other computers, and received some notice at some universities. However, it turned out that, at that time, there were few programs worth decompiling. NELIAC was never intended to be a commercial product. Its primary advantage over other compilers of the day was its portability to other computers, and its one pass compiler architecture which made possible such fast compile times that it compiled 60 to 120 times faster than other high level programming languages which used multi pass compilers. The JOVIAL compiler made 14 passes, for example. The simplicity of the language and its rapid compile times permitted much faster development cycles than other contemporaneous compilers. It was an in house NEL effort to make possible a more cost effective solution to the problem of computer system development. NELIAC was used by the Royal Canadian Navy to develop software for the Command and Control System 280 (used on the DDH 280 destroyers) in the years 1967 to 1971. The Canadian Navy established a Program Generation Centre in Ottawa, Ontario, Canada for this software development. The host computer was the Litton L304F containing 160 kB of memory. Because of memory constraints the NELIAC application software was later rewritten in assembler code. NELIAC was used to implement an experimental shipboard anti submarine warfare system, and was also used for the development of the National Emergency Command Post Afloat (NECPA) project which developed a strategic command and control system installed on aircraft carriers and cruisers. Perhaps the most successful NELIAC application was control of the U. S. Navy automated High Frequency Direction Finding network (Classic Bullseye) which went into production in 1968 and lasted until the early 1990s. In addition, NEL developed NELOS, a batch operating system which provided input output for magnetic tapes, printers, and telecom equipment, provided sequenced compiling of jobs, and a symbol library permitting linking of very large computer applications and executing them on line. These included suites of information management programs, including databases, free form queries with a precursor of IBM's GIS, and reporting applications. NECPA and NELOS went to sea in 1966.

Конец NELIAC

Однако программы NELIAC не были легко переносимы, поскольку язык допускал манипулирование двоичными символами, зависящими от длины машинного слова. Кроме того, в языке NELIAC отсутствовали средства ввода-вывода. Также его оператор цикла был необычайно строгим: переменная-индекс должна была точно достигать конечного значения, иначе возникал бесконечный цикл. Это и были слабые места NELIAC. Многие другие известные специалисты в области вычислительной техники, такие как Никлаус Вирт, внесли вклад в проект, но в конечном итоге NELIAC утратил популярность после того, как военно-морское ведомство стандартизовалось на компиляторах с коммерческой поддержкой.