Алгоритм және оның қасиеттері

Жалпы жағдайда тіл деп информацияның жазылыуын және оның түрленуін белгілі ережелер бойынша формальдыетіп беруші құралдарды түсінеміз.

Тілдің құрамында информацияның негізгі элементтерін құрудың құралдары және осы элементтерден әр түрлі мазмұнды құрылымдар құруға арналған ережелер жүйесі бар.

Программалау тілі деп деректерді жазуға және оларды белгілі ережелер бойынша өңдеуге арналған адам мен компьютерді байланыстыратын формальды тілді айтамыз.

Програмалаудың әр түрлі тілдерін пайдалану.

Әр түрлі белгілер бойынша жіктеуге болатын бірнеше жүздеген программалау тілдері бар. Ең жалпысы тілдің машинаға жақындық дәрежесі бойынша жіктеу болып табылады. Осы белгісі бойынша программалау тілдері екі үлкен топқа бөлінеді:

• 
  машинаға тәуелді тілдер;
  

• 
  машинаға тәуелсіз тілдер;
  

• 
  машина тілі;
  
• 
  машинаға бағдарланған тілдер;
  

• 
  символдық кодтау тілдері, басқаша айтқанда мнемокодтар;
  
• 
  макротілдер.
  

• 
  процедулалы- бағдарланған тілдер;
  
• 
  проблемалы – бағдарланған тілдер.
  

Бірақ алгоритмдік тілдер өздігінен барлық проблеманы, тіптен программаны да шеше алмайды. Мұндай тілде жазылған программа компьютерде тікелей орындалмайды, ол орындалу үшін алдын ала сол компьютердің машина тіліне аудару жеткілікті қиын мәселе болып табылады.

Алгоритмдік тілден программаны машина тіліне аудару жұмысын компьютердің әмбебаптығын пайдаланып, оның өзіне жүктеуге болады. Бұл үшін әрбір алгоритмдік тілден машина тіліне формальды аударуға яғни аударудың ережесін алгоритм түрінде тұжырымдауға мүмкіндік беретіндей болуы керек. Егер, осы алгоритмді бір рет машиналық программа түріне келтіріп алсақ, онда одан кейін осы программаның көмегімен компьютердің өзі берілген алгоритмдік тілде жазылған кез келген программаны нақтылы компьютердің машина тіліне аударып бере алады. Мұндай арнайы аудармашы-программа жоғарыда айтқанымыздай транслятор деп аталады.

Машина тілі
Компьютердің ақпараттық бөлігі тікелей түсінетін жалғыз тіл: ол – машина тілі.

Машина тілі деп копьютердің құрамындағы процессор командаларының кодын айтамыз.

Архитектурасы әртүрлі процессорлардың машина тілдері де түрліше болады. Тек өзара үйлестірілген процессорларда ғана машина тілдері бірдей болады. Мұндай процессорлардың командалар жүйесі төменнен жоғары қарай үйлесімділікте болады деп айтылады.

Сонымен әрбір компьютердің өзінің машина тілі болады және ол тек осы тілде жазылған программаларды ғана тікелей орындай алады.

Машина тілінде программалау деп программаға енетін командалардың реальды кодтарын тікелей жазуды айтамыз.

Командалардың кодтары әр түрлі санақ жүйелерінде берілуі мүмкін:

• 
  екілік;
  
• 
  сегіздік;
  
• 
  он алтылық;
  

Екілік 010001111

Сегіздік 107

Он алтылық 47

Келтірілген мысалдан көрініп тұрғандай команда он алтылық санақ жүйесінде ең ықшамды түрде жазылған.

Машина кодтарын пайдаланып программалау үшін қарапайым жағдайда қағаз, қалам және информацияны тасымалдаушыға машина кодындағы программаны жазуға арналған перфоратор болса жеткілікті. Командалардың он алтылық кодтары пернетақтадан компьютердің жадына ендіріледі, монитор программаны түзету процесін басқарады, ал экран командалардың коды мен деректерді он алтылық кодта бейнелеп көрсетеді. Машина кодын пайдаланып программалауда еңбек өнімділігін артыру үшін командалардың мнемоникасын және коды берілген анықтамалық кестелерді пайдалануға болады.

Бірақ қазіргі кезде машина тілінде программалау тек қысқа программаларға шамалы өзгерістер өндіру қажет болған жағдайларда ғана қолданылады, өйткені бұл программа жасаушылар кездесетін мынадай қиыншылықтарға байланысты:

• 
  процессор командаларының көптеген кодтарын есте сақтауға тура келеді;
  
• 
  жадтың абсолюттік адрестері, әсіресе шартты өтулердің саны көп, сондықтан ұзын программалар жасауда қадағалау өте қиын;
  
• 
  жазылған программаны қайта жетілдіріп, өзгертіп жасау өте күрделі жұмыс болады;
  
• 
  машина кодтарында жазылған программалар өте қиын оқылады;
  
• 
  тек қана сандардан тұратын программаны жасау программана жасаушыны жалықтырып жібереді және программаларда қателіктердің келуіне алып келеді.
  

Ассамблер тілінде программаның барлық элементтері таңбалармен берілетіндігі оның басты артықшылығы болып табылады.Басқаша айтқанда ассамблер тілінің машина командаларының цифрлық кодтарын әріптермен немесе әріп-цифрлармен таңбалауға және деректердің таңбалық аттарын пайдалануға мүмкіндік беретіндігі оның машина тілінен айырмашылығы болып табылады. Ассамблер тілінің командаларын машина тіліне аударғанда машина командасын білдіретін әрбір оператор осы команданың цифрлық кодтарымен алмастырылады. Командалардың таңбалық аттарын олардың екілік кодтарына түрлендіру жұмысы программа жасаушы адамды өте қиын әрі күрделі машақаты көп жұмыстан босататын және бұл жағдайда құтиылоуға болмайтын қателіктерден құтқаратын арнайы программа-ассамблерге жүктеледі.

Ассамблер тілінде программалауда пайдаланылатын таңбалық аттар программаның семантикасын, ал команданың қысқартылып берілген атаулары оның негізгі функциясын білдіреді.Мысалы, ADD-қосу, SUB-азайту, PARAM-параметр т.с.с.Мұндай аттарды программа жасаушылар оңай есінде сақтайтын болады.

Ассамблер тілінде программа жасау үшін машина тілінде программа жасағандағыдан көп күрделі құралдар қажет болады:

• 
  сыртқы құрылғылармен жабдықталған дербес компьютер;
  
• 
  процессордың түріне қарай резиденттік немесе жүйелік программалар.
  

Ассамблер тілі машинаға бағдарланған тіл, яғни процессордың әрбір командасына таңбалық ат меншіктейтіндіктен машина тіліне және процессордың құрылысына тәуелді тіл болып табылады.

Программа жасауда ассамблер тілі машина тіліне қарағанда программа жасаушылардың еңбек өнімділігін арттыруға сонымен бірге процессордың программалық және аппараттық ресурстарын толық пайдалануға мүмкіндік береді.

Бұл біліктілігі жоғары программалаушыларға жоғары деңгейлі тілдермен жасалған программамен салыс–тырғанда компьютердің жадында аз орын алатын жылдам жұмыс істейтін программалар жасауға мүмкіндік береді.

Ассамблер тілінің осындай артықшылықтарына байланысты ендіру-шығару құрылғыларын басқарушы программалар неше түрлі жоғары деңгейлі тілдердің көптігіне қарамай ассамблер тілінде жазылады.

Ассамблер тілінің көмегімен программа жасаушы адам мынадай параметрлерді бере алады:

• 
  процессордың машина тілінің әрбір командасының таңбалық атын;
  
• 
  ассамблер тілінде жазылған программалық қатардың стандартты пішімін;
  
• 
  командалардың нұсқаларын және адрестеудің тәсілдерін қалай көрсету керектігі туралы пішімді;
  
• 
  таңбалық тұрақтыларды және бүтін сандық тұрақтыларды әртүрлі санақ жүйелерінде көрсету үлгілерін;
  
• 
  программалауды ассамблерлеу (транслациялау) процесін басқарушы пседокомандаларды.
  

Ассемблер тіліндегі программалар басқа тілдерде жазылған программаларға қарағанда өлшемі жағынан шағын болады, сондықтан компьютердің жадын үнемдеуге мүмкіндік береді.

Ассемблер тіліндегі программалар компьютердің барлық мүмкіндіктерін толық ұтымды пайдалануға сізге жол ашады.

Ассемблер тілін әрқайсысы машина командаларының бір тобына баламалы макрокомандалармен толықтыру жүйе қолданылады. Мұндай тіл макроассемблер тілі деп аталады. Макрокомандаларды пайдалану ірі құрылыс блоктарының программалар құруға мүмкіндік береді және ассемблер тілін жоғары деңгейлі тілдерге жақындатады.

Жоғары деңгейлі тілдерді программа жасауда пайдалану 60-шы жылдары басталды. Содан бері бүгінгі күнде дейін белгілі есептерді шешуге арналған әмбебап, сандай-ақ бағдарланған көптеген әртүрлі тілдер жасалып пайдаланылып келеді.

Әрбр программалау тілінің өзінің аты бар.Көптеген программалау тілінің аты олар алғаш жасалғаннан бастап тіркелген.Содан бері программалау тілдерінде қолданылатын ережелер өзгергенімен тілдер аты сол бұрынғы күйінде өзгеріссіз қалуда.

Қазіргі кезде жоғары деңгейлі программалау тілдері былай бөлінеді:

• 
  процедуралы (көптеген классикалық программалау тілдері, мысалы, FORTAN, PASCAL, BASIC, C);
  
• 
  логикалық (ЛИСПЫ, ПРОЛОГ т.б.);
  
• 
  объектік-бағдарланған (С⁺⁺, Java т.б.).
  

Әртүрлі программалау тілдерінің арасында айтарлықтай елеулі айырмашылықтардың болуына қарамастан олардың барлығында негізгі операцияларды жүзеге асырудың ұқсас құралдары бар. Бұдан басқа әртүрлі программалау тілдерін пайдаланғанда жұмыс істеу қиындығының түрліше болатындағына қарамастан кез келген программаны жасауда кез келген типтегі программалау тілін пайдалануға болады.

Бұл тілдердің әрқайсысына тоқталмай-ақ, осы тілдерді машина тіліне аударушы трансляторлардың жұмысына тоқталайық. Машина тілінен өзгеше программалау тілінде құрылған программа компьютерде орындалу үшін жарамды түрде, яғни машина тіліне түрлендіруі тиіс. Мұндай түрлендіру трансляциялау деп аталады.

Ассемблердің ендірілетін тілі мнемокод, макроассемблер-макротіл, ал компилятордікі-поцедуралы бағдарланған тілдер боып табылады. Осыған байланысты ендірілетін тілдерді транцлятордың түрлеріне қарай ассемблер тілі, макроассемблер тілі деп аталады т.с.с.

Транслятор арқылы өңделіп алынған программа тікелей компьютерде орындалады немесе оны басқа транцлятордың өңдеуіне тура келеді. Трансляциялау мен программаның орындалуы уақыт жағынан бөлінген болады. Интерпретатордан басқа трансляторларда алдымен барлық программа трансляцияланады содан кейін орындалады. Осы режімде жұмыс істейтін трансляторлар компиляциялаушы типті трансляторлар деп аталады. Егер мұндай транслятордың ендірілетін тілі процедуралы-бағдарланған тіл болса, онда транслятор компилятор деп аталады.

Трансляциялау кезеңімен орындау кезеңдері уақыт бойынша ығысып ауысып келіп отыратын транслятор интерпретатор деп аталады.

Машина тілінде немесе жүктелуші тілде ұсынылған программа транслятор жұмысының нәтижесі болып табылады.

Транслятордың жұмысын төрт кезеңге бөлуге болады:

• 
  лексикалық талдау. Мұның негізгі атқаратын қызыметі программаның бастапқы мәтінін одан әрі қарай өңдеу үшін ең ықшамды және ыңғайлы етіп ұсыну. Осылауша алынған мәтін транслятордың синтаксистік талдаушы деп аталатын келесі бөліміне бастапқы деректер ретінде беріледі;
  
• 
  синтаксистік талдау. Бұл кезңде бастапқы мәтінді синтаксистік талқылау жүргізіледі, яғни сөйлемдердің типтерін тану және программаның құрылымын айқындау, сонымен бірге синтаксистік қателіктерді айқындаушы синтаксистік бақылау;
  
• 
  объктік программаны жасау. Бұл кезеңде шын тілдің баламалы сөйлемдерінің мәні зерттеліп, симантикалық талдау жасалады;
  
• 
  объктік программаны безендіру және беру. Бұл транслятор жұмысының соңғы қорытынды кезеңі. Объктік программаны кітапханаға жазуға, баспаға шығаруға болады. Пайдаланушының нұсқауы бойынша транслятор ендіретін қосымша информацияның белгілі бір бөлігі ғана баспаға беріледі.
  

Трансляциялаудың жалпы схемасы мына төмендегі суретте көрсетілген.

Е
Алғашқы модуль
ндірілетін - - - - - - - - - Төмендегі немесе

тіл жоғары деңгейлі

тілдегі программа

Транслятор


- - - - - - - - - Алғашқы модульді

түрлендіру

Ш
Объектік программа

тіл. немесе төменгі

деңгейлі тілдегі

программа.

Сонымен бастапқы модульді машина тілдегі немесе төменгі деңгейлі тілдегі объектік программаға түрлендіретін программаны трансляциялау деп атайды.

Ендірілетін тілге, трансляциялау кезеңдерінің өту ретіне және программа операторларының орындалуына байланысты транслятордың мынадай түрлері болады:

5. 
   ассамблер;
   
6. 
   компилятор;
   
7. 
   интерпретатор.
   

Ассамблер–бұл төменгі деңгейлі тілдің трансляторы, оның жұмысы мына төменгі схемада бейнеленген.

Алғашқы модуль

тіліндегі программа

Ассемблер

Объектік модуль

программа және

құрастырушы

үшін информация

Объектік модульдің оны оған тәуелсіз трансляцияланған басқа модульдермен біріктіруге және оның жедел жадтағы орналасуын реттеуге арналған машиналық командалары және информациялары бар. Объектік модуль компьютерлерде тікелей орындалмайды, сондықтан да оны программа құрастырушының қосымша өңденуіне тура келеді.

Жоқ

Программа операторын ендіру

Операторды трансляциялау

Операторды орындау

Жоғарғы деңгейлі

тілдегі программа








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.

Компилятор

Жоқ

Программа операторын іздеу

Кезектегі операторды трансляциялау

Объектік модуль

деңгейлі тілдегі

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.

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.