Интерпретатор және компилятор
Жоғары деңгейлі тілдің трансляторы
трансляциялау кезеңдерінің өту
реттілігіне және программа операторының
орындалуына байланысты интерпретатор
немесе компилятор деп аталады.Интерпретатор әрбір
жеке операторды трансляциялаған соң,
оның тікелей тез орындалуын қамтамасыз
етеді, яғни трансляция кезеңі мен орындалу
кезеңі кезекпен қайталанады. Программаны
интерпретациялау схемасы мына суретте
көрсетілген. Компилятор программаның
барлық операторларын трансляциялайды,
ал программаның орындалуы жалпы алғанда
оның қатынасуынсыз өтеді, яғни жеке операторларды
трансляциялау кезеңдері тікелей бірінен
соң бірі өтеді және программаның орындалуынан
толық оқшауланған болады. Программаны
компиляциялаудың қысқартылған схемасы
мына суретте көрсетілген. Жоғарғы деңгейлі
тілдердің көпшілігі үшін комбиляторлар
жасалған. Интерпретаторлар жасалған
тілдердің мысалына BASIC және FOCAL тілдерін
атауға болады. Компьютерлердің программалау
жүйесінде комбилятордың екі түрі бар.
Бірінші түрдегі комбиляторлар бастапқы
модульді машина тіліндегі объектік программаға
түрлендіреді, яғни объектік модульді
ассемблар тіліндегі объектік программаға
түрлендіреді. Екінші түрдегі комбилятор
қалыптастырған осы программадан объектік
модульді алу үшін қосымша ассемблерді
пайдалану қажет болады.
Бағыныңқы программалар кітапханасы
Бірнеше программада немесе
бір программаның бірнеше жерінде
белгілі бір әрекетке қол жеткізу
үшін пайдаланылатын машина тіліндегі
командалар тізбегін бағыныңқы программа
деп атайды. Әртүрлі программаларда
жиі қолданылатын бағыныңқы программаны
бірыңғай ереже бойынша безендіріп,
оны стандартты бағыныңқы программа
деп атайды. Программаларды осылай
стандарттау оларға бір пішінде
ат беріп, онымен қарым-қатынас орнатуды,
аргументтер мен нәтижелер туралы
информацияны беру тәсілін формальды
тіркеуді, сонымен бірге бағыныңқы
программаны негізгі программаға
қосу мүмкіндігін автоматтандыруды
қамтамасыз ететін бағыныңқы программалардың
өздерін жасаудың бірыңғай ережелерін
құруды көздейді. Компьютердің жадында
тұрақты сақталатын стандартты бағыныңқы
программалар жиыны стандартты бағыныңқы
программалар кітапханасын құрады. Мұндай
кітапхана құрамында бірнеше
ондаған программалардан бірнеше
жүздеген программаларға дейін болады.
Әртүрлі есептерді шығаруда оларды
қолдану мақсатында жиі кездесетін
бағыныңқы программаларды жинау
идеясы копьютерлердің өмірге келумен
бірге пайда болды. Жеткілікті толық
бағыныңқы программалар кітапханасы
бар жағдайда көптеген күрделі есептерді
программалау есептелу процесін бірнеше
кезеңдерге жіктеп, оларға бағыныңқы
программалар кітапханасындағы дайын
программаларды қолдануға және ол кезеңдерді
үйлестіруге алып келеді. Сенімді жұмыс
імтейтін сыртқы есте сақтау құрылғыларын
жасау стандартты бағыныңқы программалар
кітапханасын компьютердің жадында сақтауға
мүмкіндік береді. Стандартты бағыныңқы
программалар кітарханасы шын мәнінде
компьютердің орындайтын операциялары
жиынының программалық кеңейтілуі болып
табылады. Осы операциялардың көпшілігін
компьютердің аппараттық бөлігінің көмегімен
жүзеге асыруға болар еді, бірақ бұл компьютердің
құрылысын күрделендіріп жібереді. Құрылып
жатқан программаға компилятор математикалық
функциялардың мәндерін есептейтін, ендіру-шығару
операцияларын орындайтын объектік модульді
қолдануды қосады. Бұл модульдер стандартты
бағыныңқы программалар кітапханасында
сақталады және одан құрастырушы программа
автоматты түрде алады.
Құрастырушы
Құрастырушы бірнеше объектік
модульді операциялық жүйе жүктегенннен
кейін компьютерде тікелей орындалу
үшін мына төменднгі схемада көрсетілгендей
даяр жүктелетін бір модуль етіп құрастырады.
Мұндай құрастырудың қажеттілігін әрбір
объектік модульде берілген модульге
тәуелсіз трансляцияланған немесе стандартты
бағыныңқы программалар кітапханасында
сақталатын басқа объектік модульге
өтудің барлығымен қамтамасыз етіледі.
Құрастырушы әрбір машина командасының
және деректердің әр бір элементтің
операциялық жүйедегі өз орнын анықтайды
және модульдердің бірімен-бірінің
қатынас жасауын қамтамасыз етеді.
Жөндеуші
Пайдаланушы құрған программадағы
қателіктерді іздеуді және жөндеуді
тездетіп қысқарту үшін программалау
жүйесінің құрамына жөндеуші деп
аталатын программа ендірілген. Әрбір
жөндеуші программа нақтылы программалау
тілінде жазылған программамен бірігіп
жұмыс істеуге бағдарланған. Ол программадағы
айнымалы мәндерінің өзгерістерін қарап
шығуға, программаның орындалуын оперативті
басқаруға, программаның орындалыушы
операторын баспаға шығаруға, сонымен
бірге басқа да қателіктерді іздеуді
диалог режімінде жүзеге асыруға
арналған программалық құралдарды береді.
Компьютердің оперативті жадына машина
тіліндегі программа жүктеліп, компьютер
оны орындауды бастағаннан кейін
ғана компьютерде тікелей есеп шығару
басталады. Машина тіліндегі программаның
жұмысқа жарамды артық нұсқасы
онда жіберілген қателіктерді тауып
жөндейтін жөндеушіден өткеннен
кейін ғана алынады. Пайдаланушы
модуліндегі қателіктерді екі түрге
бөлуге болады:
- • синтаксистік (пайдаланып отырған программалау тілінің синтаксисі бойынша жіберуге болмайтын модуль мәніндегі құрылымдар);
- • мазмұндық (арифметикалық өрнектердегі дұрыс қойылмаған жақшалар, есептелу процесіндегі тармақталу шарттарының дұрыс тұжырымдалмауы, циклдің қайталану санының дұрыс берілмеуі т.с.с.).
Мазмұнындағы қателіктер
шын мәнінде автор ойлаған
алгоритмді емес, программада басқа
бір алгоритмнің орындалуына
алып келеді. Синтаксистік қателерді
мәтінді синтаксистік талдау кезеңінде
транслятор анықтайды және мәтіннен
табылған қателіктің орнымен сипатын
көрсететін диагностикалық хабар береді.
Мазмұнындағы қателіктерді анықтау
үшін жоғарыда айтылғандай тест қолданылады.
Программаны жөндеу процесі кезінде
программалаушыға аралық нәтижелерді
беру қажет немесе кейбір командалардың
орындалуының дұрыстығын тексеру керек.
Бұл үшін программалау жүйесіндегі
қызмет етуші жөндеушіні жұмысқа
қосу керек. Программалаушы жөндеушіге
тапсырма даярлау үшін арнайы тіл
жасалады. Жөндеуші бұл тапсырмаларды
компьютердің көмегімен орындайды.
Ол жөнделіп жатқан программаның машиналық
командалардың орындалуын қамтамасыз
етуі және бақылау нүктелерінен өтуін
қадағалауы тиіс. Бақылау нүктесі–бұл
мына төмендегідей қосымша әрекеттер
жасау керектігін білдіретін прогрммадағы
нүкте:
- • аралық нәтижелерді баспаға шығару;
- • прогрмманың кезектегі бөлігіне қажетті бастапқы деректерді беру;
- • прогрммада қарастырған командалардың орындалу реттілігін өзгерту т.с.с.
Егер кезектегі орындаған
(немесе орындалуға тиісті) команда
бақылау нүктелерінің бірі болса, онда
жөндеуші жөнделіп жатқан прогрмманың
орындалуын үзеді және осы бақылау
нүктесі үшін берілген жөндеу әрекеттерін
жүзеге асырады. Жөндеуші екі бөлімнен
тұрады;
Қайталаушы программа
жөнделіп жатқан программаның командаларын
кезекпеннен алып орындайды, бірақ
олардың әрқайсысы орындалып
болғаннан кейін, жөндеушінің екінші
бөлігі өңдеуші программаға өтуді
жүзеге асырады. Бұл программа таңдалынып
алынған командада жөндеу үшін көрсетілген
тапсырма бақылау нүктесінің бірі не
немесе жоқ па? соны тағайындайды. Егер
бақылау нүктесі болса, онда өңдеуші
программа осы нүкте үшін берілген
өңдеу әрекеттерінің орындалуын қамтамасыз
етеді және бұдан соң қайталаушы программаға
қайта оралу жүзеге асырылады. Жөндеуші
жөнделетін тапсырма синтаксисінің дұрыстығын
алдын ала тексереді. Синтаксистік қатесі
бар тапсырмаларды жөндеуші орындамайды,
оған сәйкес хабарларды баспаға шығарумен
шектеледі. Компьютерде программаны орындауға
даярлаудың танымал схемасы (келесі 80-ші
бетте) мына төменгідей болады. Программаны
даярлау мәтін редакторын пайдаланып
орындалатын бастапқы модуль файлын құрып
қалыптастырудан басталады. Бұдан соң
бастапқы модульді компилятордың немесе ассемблердің
көмегімен тарнсляциялау орындалады.
Трансляциялаудың нәтижесінде басқа объектік
модульдермен бірге құрастырушы бір жүктелетін
модульге біріктіретін объектік модуль
файлы пайда болады. Пайдаланушының командасы
бойынша монитор жүктелетін модульді
операциялау жүйеге орналастырады және
оның орындалуын қамтамасыз етеді.
Модульді программалау
Басқа программалармен бірлесе
отырып бірнеше рет жұмыс істеуге
есептеліп жасалған, әрі тиісті түрде
безендірілген программа модуль
деп аталады. Стандартты бағыныңқы
программаның өзі модуль болып табылады,
өйткені әрбір бағыныңқы программаны
басқа программаны пайдалануға
болады. Бағыныңқы программаның кемшілігі
сонда, ол өзін шақырған программанмен
ғана жұмыс істейді, ал бағыныңқы
программаны орындалуына қажетті
барлық информация сол шақырушы программа
арқылы беріледі. Бұдан басқа кейбір
жағдайларда бір программаның бірден
бірнеше программамен бірге жұмыс
істеу қажеттілігі пайда болады.
Модульдің бағыныңқы программадан
айырмашылығы басқа модульдермен кеңінен
жұмыс істеуге мүмкіндік береді.
Бұл модуль ұғымы бағыныңқы программа
ұғымының одан әрі дамытылуы деген
сөз, ал соңғысы модульдің дербес
жағдайы болып табылады. Қазіргі
заманғы программалау жүйелері осы
модульді программалауды ескеріп құрылады.
Программалау жүйесінде модульдің
үш түрі қолданылады:
- • пайдаланушы модуль;
- • жүктелуші модуль;
- • абсолютті модуль.
Пайдаланушы модулі
Бұл үлгідегі модуль адамға
ыңғайлы программалау тілінде жасалады.
Пайдаланушы модулі екі бөлімнен
тұрады:
- • модуль денесі;
- • паспорт.
Модуль денесі модульдің
мәнін анықтайтын оның негізгі бөлігі
болып табылады, ал паспорт-бұл оны
түсіндіруші бөлігі. Паспортта модульді
келесі кезекте қалай пайдалану
туралы қажетті қосымша информация
болады.
Жүктелуші модуль
Модульдер біреше қайтара
пайдалануға арналғандықтан компьютерге
арнйы ұйымдастырылған кітапханада
сақталады одан қажет болуына
қарай шақырылады. Программаны алгоритмдік
тілден машина тіліне аудару екі кезеңнен
тұрады. Бірінші кезеңде модульді
басқа модульдермен жұмыс істей
алу күйіне келдіретін пайдаланушы
модулінің пішінінен машиналық
пішінге өту орындалады. Модульді
ұсынудың осындай пішінді жүктелетін
модуль деп аталады. Пайдаланушы
модулінен жүктеуші модульге өту
соған сай транслятордың көмегімен
жүзеге асырылады. Әрбір модульді трансляциялау
бар болғаны бір рет орындалады,
одан соң ол кітапханада жүктелуші
модуль түрінде сақталады. Екінші кезеңде
жүктелетін модульді нақтылы программамен
жұмыс істеуге икемдеу жұмысы
орындалады. Бұл кезең жүктеу деп,
ал орындалатын программа жүктеуші
деп аталады. Компьютердің жадына модульді
ендіру, оның жадтағыоған бөлінген
орынға икемделіп орналасуын, сонымен
бірге модульді берілген параметрлерге
икемдеуді жүктеу деп түсінеміз.
Модульді жүктеу жаңа программаға модуль
қосылған сайын орындалатандықтан,
жүктеу қарапайым әрі тез орындалу
үшін жүктелуші модуль машина тіліне
мүмкіндігінше жақын болуы тиіс.
Жүктелуші модуль пайдаланушы модуль
сияқты екі бөлімнен тұрады:
- • модуль денесі;
- • паспорт.
Модуль туралы қосымша
информациясы бар және оны жүктеуге
пайдаланылатын паспорт жүктеушіге
ыңғайлы пішімде ұсынылады.
Абсолютті модуль
Бұл жүктеу нәтижесінде алынған
модуль. Ол машина тілінде ұсынылады,
жадта өз орнында және басқа модульдермен
бірлесіп жұмыс істеуге икемделеді.
Сондықтан да абсолютті модуль компьютерде
тікелей орындауға жарамды машина
тіліндегі программаның бөлігі болып
табылады. Модульді программалаудағы
нақты есепті шешуге арналған программа
осы программаны құрайтын барлық
модульдерді жіктеп, оларды біріктіру
жолымен алынады. Егер бұл жағдайда
кітапханада сақталуы дайын модульді
пайдалануға болатын болса, онда тек жетіспендіктерін
ғана қайта құруға тура келеді. Бұдан модульдердің
бай кітапханасы программалауды жеделдетіп
әрі қысқартатындығын көреміз. Пайдаланушының
компьютер көмегімен белгілі бір жұмыс
атқаратын тапсырманы программалау жүйесінде
тұжырымдап беру мүмкіндігі бар. Бұл үшін
адамның жүйемен қарым-қатынас тілі пайдаланылады.
Тапсырманың құрамында мыналар болуы
мүмкін:
- трансляциялауға жататын пайдаланушы модулінің мәтіні;
- қандай модулдерді трансляциялағанан соң кітапханаға жазу керектігі туралы информация;
- жеке модулдерден, оның ішінде дайын модулдерден пайдаланушыны қызықтыратын программаны жинау туралы жүйеге берілетін нұсқау;
- алынған программаларды орындау туралы нұсқау.
Қазіргі заманғы, программалау
жүйесі көп тілді болып табылады,
яғни программа жазу үшін және оның
әртүрлі модулдерін жазу үшін ең ыңғайлы
әр түрлі программалау тілдері пайдаланылады.
Трансляторлар пайдаланушы модулін
жүктелуші тілге аударады, сондықтан
да бұдан әрі жүктелуші модуль
қай модуль қандай транслятордың
көмегімен алынғандығына қарамастан
пайдаланыла беретін болады. Жүктелуші
модулдер компьютердің сыртқы жадындағы
бір кітапханада сақталады. Әрбір
модуль үшін кітапхана каталогында
белгіленген модулдің аты, оның ұзындығы
және кітапханадағы орны болады. Модулдің
паспортын жеке сақтауға болады, сонда
каталогта берілген модулдің паспортының
ұзындығы және оның жадтағы орны туралы
информация болады. Біріне-бірі сілтеме
жасай толтырылған паспорттар болған
жағдайда машиналық программаны
алу үшін модульдерді жүктеу процесін
негізгі екі кезеңге бөлуге болады.
Бірінші кезеңде берілген программаны
алу үшін жүктелуге жататын барлық
модулдер айқындалады, программалық модульдер
арасындағы жадты болу жұмысы атқарылады
және әрбір модуль үшін барлық сыртқы
және жалпы объектілердің шын
адрестері анықталады. Бұдан әрі
модульдерді тікелей жүктеу жұмысы
атқарылып, екінші кезең орындалады.
Программалау тілдерінің
қолданылуы
Кез келген компьютер информацияны
жадына жүктелген программаны орындау
арқылы өңдейді. Программалау тілі символдардың
жиынынан, осы символдардан тұратын
тілдік нұсқаулардың семантикасынан және
синтаксистен, яғни программаларды құру
ережелерінің жүйесінен құралады. Есептелуге
тиісті есептерді шығаруға операторлы
программалау тілдері пайдаланылады.
Осы тілдердің көмегімен математикалық,
физикалық және инженерлік есептерді
шешу ыңғайлы. Бірақ есептелмейтін, яғни
сандық емес есептерді шығаруда программаны
сол есептерді шығару үшін арнайы жасалған,
басқа тілдерден құрған дұрыс. Мысалы,
бір тілден екінші тілге аудару немесе
қателіктерді алдын ала болжау программаларын
басқа тілдерде құру жақсы нәтиже береді.
Операторлы тілдерде алгоритмнің әрбір
элементі қандайда бір оператордың көмегімен
жазылады. Программада әрбір оператор
белгілі бір әрекетті (операцияны) орындайды.
Кәдімгі жағдайда барлық операторлар
арнайы ағылшын сөздерімен жазылады. Бір
есепті шешуге арналған программа әртүрлі
программалау тілдерінде жазылап трансляциялануы
және әртүрлі компьютерлерде орындалуы
мүмкін. Бір программаның өзін әр түрлі
трансляторлар процессордың әртүрлі нұсқайлар
тізбегіне түрлендіреді. Осыған қарамастан
программаның орындалу барысында барлық
айырмашылықтар жоғалып кетеді және бірдей
нәтиже алынады. Осылайша, программа қандай
программалау тілінде жазылмағандығына
қарамастан, оның тұрақты нәтижесі болады
және бұл есепті шешу тәсілін анықтайды.
Шын мәнінде программа мүлтіксіз орындалғанда
есептің шешімін алуға мүмкіндік беретін
әрекеттердің реттелген тізбегінен тұрады.
Бұл әректтердің қалайша орындалатындығынның
ешқандай мазмұны жоқ, яғни компьютердің
көмегімен бе, қарандаш пен қағазды пайдаланып
қолмен есептеу жолымен бе немесе қандай
да бір басқа тәсілмен бе бәрібір. Әректтердің
мұндай ретті тізбегі бұрын айтып кеткеніміздей
есепті шешу алгоритмі деп аталады. Осы
тұрғыдан қарағанда программалау тілдері
алгоритмдерді компьютердің көмегімен
орындауға мүмкіндік беретін пішінде
жазушы тілдер болып табылады. Алгоритмнің
орындалуын берілген әректтерді ретімен
іс жүзіне асыру деп түсіну керек. Сонымен
программа дегеніміз-бұл алгоритмді компьютер
түсінетін тілде жазып көрсету деген сөз.
Қалай біз программалауды алгоритмдеуден
бөліп қарасақ болады, алгоритмдерді жазу,
сондай-ақ оны жасақтау проблемалары программалауда
қиындықтар туғызатындығы түсінікті болады.
Программалаудың осы екі кезеңін ажырата
білу керек. Программалауды алгоритмді
жасақтау және оны жүзеге асыру деп түсінген
жөн. Алгоритмді жазуға байланысты қиындақтарды
әдетте оңай жеңуге болады. Қазіргі заманғы
программалау тілдерінде кез келген проблемаларды
жеңіп шығуға болатын әртүрлі қуатты операторлардың
саны жеткілікті. Алгоритмді жазудың күрделілігі
берілген тілді одан да тереңірек оқып
үйренуге немесе өте қуатты программалау
тілін игеруге итермелеуі мүмкін. Егер
алгоритмді жасақтау проблемасы қиындық
тудырса, онда біраз уақытқа дейін программаны
жазуды қоя тұрып, есепті шешу үшін не
істеу керектігін, оны қалай жүзеге асыруды
ойлану керек. Есепті шешудің алгоритмін
жасау жай ған программа жазғанға қарағанда
өте күрделі және шығармашылықпен жұмыс
істеуді талап ететін мәселе. Нақтылы
дағдылар әр түрлі есептерді шығару кезіндегі
программалау тәжірибелерімен бірге келеді.
Жинақталған білім мен дағдыны қолдану
мүмкіндігі алгоритмді жасау мезетінде
есептің нақтылы мазмұнының мәні болмайтын
жағдаймен байланысты. Ғылымның, техниканың
және мәдениеттің әртүрлі салаларындағы
есептердің бәріне бір ғана немесе оған
өте жақын алгоритмнің өзі пайдаланылуы
мүмкін. Жинақталған тәжірибелер тіптен
басқа есептерді шешуде пайдаланылған
принциптерге сүйене оырып программалар
құруға мүмкіндік береді. Алгоритмдерді
қайталап пайдаланғанда кейде оларды
бір программалау тілінен басқа программалау
тіліне аудару талап етіледі. Мұндай түрлендіру
программаны қайтадан жасағанға қарағанда
өте ыңғайлы және кейбір жүйелерде автоматты
түрде жасалуы мүмкін. Әрбір есеп әдетте
сөз түрінде адам тілінде тұжырымдалады.
Есепті компьютердің көмегімен шығаруға
даярлау үшін оны формальды түрде көрсету
керек. Есепті формальды түрде көрсетудің
әртүрлі тәсілдері программалауда ғана
емес білім берудің түрлі салаларында
пайдаланылады. Мысалы, есепті алгебралық
немесе гоеметриялық тәсілдер арқылы
шығарғанда шығарылып отырған есептегі
айтарлықтай мәні жоқ барлық деректерді
алып тастау керек, яғни есепті ықшамдап
математикалық пішінге келтіру оны шешудің
бірінші қадамы болып табылады. Бұдан
кейін есептің күрделілігін бағалау шамамен
есепті шешуге қажетті ресурстарды және
оған кететін уақытты анықтау керек.