فرترن (Fortran = FORmula TRANslation) یک زبان برنامه نویسی کامپایل شده سطح بالا است که برای محاسبات علمی و مهندسی طراحی شده است. این زبان در دهه 1950 در IBM توسط جان بکوس (John Backus) توسعه یافت، که به دنبال ایجاد جایگزینی کارآمدتر برای نوشتن کد اسمبلی برای رایانه مرکزی IBM 704 بود.

Fortran به دلیل چندین ویژگی کلیدی قابل توجه است:

• فرترن اولین زبان برنامه نویسی سطح بالا بود که کامپیوترها را برای افراد غیر متخصص در دسترس قرار داد.
• اولین کامپایلر بهینه‌سازی را پیاده‌سازی کرد و کد ماشین را به کارآمدی برنامه‌های کدگذاری شده دستی (hand-coded programs) تولید کرد.
• این زبان از نوع ایستا (static) و تایپ قوی (strongly typed) است که امکان تشخیص زودهنگام خطا و تولید کد باینری کارآمد را فراهم می کند.
• در محاسبات عددی و علمی، به ویژه برای عملیاتی که شامل آرایه های عددی بزرگ است، برتری دارد.

Fortran از زمان آغاز به کار خود از طریق چندین نسخه تکامل یافته است و هر نسخه ویژگی های جدیدی را اضافه می کند و در عین حال سازگاری قبلی را حفظ می کند. فرترن همچنان در حوزه های علمی مانند پیش بینی عددی آب و هوا، دینامیک سیالات محاسباتی، ریاضیات کاربردی و محاسبات با کارایی بالا به طور گسترده استفاده می شود.

مزایای کلیدی Fortran عبارتند از:

1. عملکرد بالا، به ویژه برای برنامه های کاربردی فشرده محاسباتی.
2. پشتیبانی ذاتی برای برنامه نویسی موازی.
3. یادگیری و استفاده نسبتاً آسان، به ویژه برای بیان عملیات ریاضی.

علیرغم قدمت، فرترن همچنان به طور فعال توسعه یافته و مورد استفاده قرار می گیرد، به ویژه در زمینه های علمی و مهندسی که عملکرد و قابلیت های محاسبات عددی آن بسیار ارزشمند است.

نسخه های فرترن از ابتدا تا کنون

فرترن، اولین زبان برنامه نویسی سطح بالا، سابقه ای غنی دارد که بیش از شش دهه را در بر می گیرد. در اینجا یک جدول زمانی جامع از نسخه های Fortran آمده است:

نسخه های اولیه (ویژه IBM)

• FORTRAN I (1957): اولین نسخه که توسط John Backus و تیمش در IBM برای پردازنده مرکزی IBM 704 ساخته شد.
• FORTRAN II (1958): پشتیبانی از برنامه نویسی رویه ای (procedural programming) با زیر روال ها (subroutines) و توابع را معرفی کرد.
• FORTRAN III (1958): یک نسخه متوسط ​​که به طور گسترده منتشر نشده است.
• FORTRAN IV (1961-1962): ویژگی های وابسته به ماشین را حذف کرد و موارد جدیدی مانند نوع داده LOGICAL اضافه کرد.

عصر استانداردسازی

• FORTRAN 66 (1966): اولین نسخه استاندارد شده توسط انجمن استانداردهای آمریکا (ASA).
• FORTRAN 77 (1977): بهبود عمده، افزودن ویژگی هایی مانند دستور بلوک IF و نوع داده CHARACTER.

فرترن مدرن

• Fortran 90 (1991): به روز رسانی قابل توجه با عملیات آرایه، تخصیص حافظه پویا و ماژول ها.
• Fortran 95 (1997): ویرایش جزئی با افزودن ویژگی هایی مانند FORALL و توابع خالص.
• Fortran 2003: ویژگی های برنامه نویسی شی گرا را معرفی کرد.
• Fortran 2008: اضافه شدن پشتیبانی برای برنامه نویسی همزمان.
• Fortran 2018: نوسازی و بهبود بیشتر.
• Fortran 2023: آخرین استاندارد، منتشر شده در 17 نوامبر 2023.

نقاط عطف کلیدی

• 1957: اولین کامپایلر FORTRAN منتشر شد و آن را به اولین زبان برنامه نویسی سطح بالا در جهان تبدیل کرد.
• 1965: ECMA Fortran اولین استاندارد Fortran شد.
• 1972: ISO یک توصیه ISO برای Fortran (R1539) منتشر کرد.
• دهه 1990: تغییر نام از حروف کاملا بزرگ “FORTRAN” به “Fortran”.
• 2024: فرترن در میان ده زبان برتر در فهرست TIOBE قرار گرفت.

تکامل فرترن منعکس کننده سازگاری آن با تغییر نیازهای محاسباتی و در عین حال حفظ قدرت اصلی خود در محاسبات علمی و عددی است.

فرترن در قیاس با سایر زبان های برنامه نویسی

فرترن، یکی از قدیمی‌ترین زبان‌های برنامه‌نویسی، همچنان مرتبط و قابل رقابت با زبان‌های مدرن مانند ++C، جاوا، پایتون و جولیا است، به‌ویژه در محاسبات علمی و برنامه‌های کاربردی با کارایی بالا. در ادامه یک مقایسه کوتاه ارائه می گردد:

• عملکرد: فرترن در کارایی محاسباتی برتر است و اغلب در کارهای محاسباتی عددی 100 تا 500 برابر زبان هایی مانند پایتون و متلب، عملکرد بهتر از خود نشان می دهد. از نظر سرعت با ++C قابل مقایسه است و هنوز هم به طور گسترده در ابررایانه ها استفاده می شود.
• سهولت استفاده: نسخه های مدرن فرترن خوانا و آسان برای یادگیری در نظر گرفته می شوند و از این جنبه با پایتون قابل مقایسه هستند. با این حال، ممکن است فاقد کتابخانه ها و ابزارهای گسترده موجود در زبان های رایج تر باشد.
• محاسبات علمی: Fortran برای محاسبات عددی و علمی بسیار بهینه شده است، با پشتیبانی داخلی از آرایه های چند بعدی و اعداد مختلط، که به آن برتری نسبت به زبان های همه منظوره مانند C و ++C می دهد.
• موازی سازی: Fortran پشتیبانی بومی را برای سطوح مختلف موازی سازی، از سطح دستورالعمل گرفته تا محاسبات توزیع شده ارائه می دهد، که آن را برای محاسبات با کارایی بالا مناسب می کند.
• طول عمر: Fortran دارای سازگاری پس رونده (backward compatibility) عالی است که تضمین می کند که کدهایی که چندین دهه پیش نوشته شده هنوز می توانند با حداقل تغییرات اجرا شوند.
• ویژگی های مدرن: استانداردهای اخیر فرترن، برنامه نویسی شی گرا را معرفی کرده اند و آن را بیشتر با زبان هایی مانند جاوا و ++C مقایسه کرده اند.
• اکوسیستم: در حالی که فرترن حضور پررنگی در جوامع علمی و مهندسی دارد، فاقد اکوسیستم متنوع زبان هایی مانند پایتون یا جاوا برای برنامه نویسی همه منظوره است.

فرترن در حوزه محاسبات علمی و با کارایی بالا به شدت رقابتی باقی می ماند، اما ممکن است به اندازه زبان های مدرن تر برای کارهای برنامه نویسی همه منظوره و همه کاره (شامل طراحی وب، طراحی نرم افزار، طراحی اپلیکیشن موبایل و …)،  به طور گسترده مورد استفاده قرار نگیرد.

زمینه های کاری و شغلی برنامه نویس فرترن

از سال 2024، فرترن همچنان در زمینه های خاص، عمدتاً در کاربردهای علمی و مهندسی استفاده می شود. فرصت های شغلی و انتظارات حقوق برای توسعه دهندگان Fortran به شرح زیر است:

زمینه ها و شرکت هایی که از Fortran استفاده می‌کنند

• شبیه سازی های علمی: مدل سازی آب و هوا، دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA).
• صنعت نفت و گاز: شرکت هایی مانند Weatherford از Fortran برای کاربردهای مهندسی استفاده می کنند.
• هوافضا و دفاع: شرکت هایی مانند PDS Defense, Inc. و HII از Fortran برای تجزیه و تحلیل ساختاری و حرارتی استفاده می کنند.
• هیدرولوژی و مدل سازی سیل: برخی از سازمان های دولتی و موسسات تحقیقاتی از Fortran برای حل کننده های هیدرودینامیکی استفاده می کنند.

فرصت های شغلی

فرصت‌های شغلی فرترن در مقایسه با زبان‌های برنامه‌نویسی مدرن‌تر، محدود و خاص هستند. اکثر برنامه نویسان فرترن ابتدا دانشمند یا مهندس هستند و در درجه دوم برنامه نویس. عناوین شغلی عبارتند از:

• توسعه دهنده ارشد Fortran
• مهندس نرم افزار (با دانش فرترن)
• مهندس سازه ها و دینامیک
• مهندس آنالیز حرارتی
• معمار دریایی (Naval Architect)

بسیاری از موقعیت ها در سازمان های دولتی، مؤسسات تحقیقاتی یا شرکت های مهندسی خاص هستند.

انتظارات حقوق

محدوده حقوق برای موقعیت های مرتبط با فرترن متفاوت است:

• مهندس نرم افزار با مهارت های فرترن: 65000 تا 153000 دلار با میانگین 797523 دلار.
• مهندس ارشد نرم افزار با مهارت های فرترن: $93,000 – $201,000.
• مهندس نرم افزار توسعه دهنده فرترن: کل دستمزد تخمینی 162,842 دلار در سال، با میانگین حقوق 121,6824 دلار.
• برخی منابع محدوده های بالاتر را پیشنهاد می کنند: 183000 تا 370000 دلار با میانگین 2510005 دلار.
• نرخ ساعتی برنامه نویس فرترن: 12.02 دلار تا 68.75 دلار، با میانگین 39.546 دلار.

توجه به این نکته مهم است که مشاغل فرترن خالص نادر هستند. اکثر موقعیت ها به دانش زبان های دیگر مانند C++، Python یا MATLAB در کنار Fortran نیاز دارند. برای به حداکثر رساندن فرصت های شغلی و پتانسیل درآمد، توصیه می شود مهارت های برنامه نویسی را فراتر از Fortran متنوع کنید.