ЭЕМ-нің функционалдық түйіндері.
Компьютер – өзіне берілген бұйрықтарды орындау арқылы есептерді шығара алатын машина. Қандай да бір есепті шешу үшін берілген бұйрықтардың тізбегі программа деп аталады. Аппараттық жабдықтардың көмегімен орындалатын бұйрықтардың тілін машиналық деп атайды. Бірақ программаларды машиналық тілде жазу қиын. Бұл проблеманы шешудің бірден-бір жолы адамға ыңғайлы жаңа бұйрықтарды ойлап табу. Жаңа тілдің бұйрықтары машинаға түсінікті болу үшін оларды машиналық тілге ауыстыру жолдарын қарастыру қажет. Оны шешу үшін екі тех¬нология белгілі: оның бірі трансляция деп аталатын алғашқы программа¬ның орнына машина тілінде жазылған жаңа программаны орындау. Екіншісі алғашқы тілде жазылған бұйрықтарды енгізілетін берілгендер деп түсі-нетін және оларды кезекпен қарастыра отырып, машина тілінің экви-валентті бұйрықтарын орындайтын машина тілінде жазылған программа. Бұл технология жаңа программаны құрастыруды қажет етпейді және интерпретация, ал оны орындайтын программа интерпретатор деп ата¬лады.
Екі әдісті де қолдану барысында компьютер берілген бұйрықтарға эквивалентті машина тілінде жазылған бұйрықтар тобын орындайды. Сонымен, бұйрықтарды аппараттық құрылымдарға түсінікті болатындай тілге ауыстыру процесі жайлы ойланбай-ақ машина тілі ретінде жаңадан құрылған тілді қабылдайтын қандай да бір виртуалды машинаның барлығын елестетуге болады. Мұндай машинаны 1-деңгейдегі виртуалды машина, ал машиналық тілді машинаны 0-деңгейдегі виртуалды машина деп атайды. Транцляциялау мен интерпретациялау өз деңгейінде орындалу үшін екі виртуалды машиналардың тілдері тым алшақ болмауы керек. Осыдан кейін бірінші виртуалды машиналарға қарағанда көбінесе компьютерден гөрі адамға бағытталған бұйрықтар тобын құруға болады. Бұл бұйрықтардың үшінші тобы 2-деңгейдегі виртуалды машиналарға сәйкес тіл құруға мүмкіндік береді. Бұл қатар қолданушы үшін қолайлы тіл табылғанша жалғаса береді. Мұндай әрбір тіл өзінен алда тұрған тілді негізге ала отырып құрылады, сондықтан компьютерді деңгейлер қатары түрінде (1.3-сурет) қарастыруға болады. Тармақтық құрылымның төменгі бөлімінде орналасқан тіл ең қарапайым, ал ең жоғарғы бөлімінде орна-ласқан тіл күрделі тіл болып табылады.
n деңгей    Тn машиналық тілді Мnвиртуалды машина    Тn тілінде жазылған программа прог-рам¬ма-интерпретатор арқылы түсіндірі¬ле¬ді немесе одан төменгі деңгейдегі машина тіліне трансляцияланады
 
 
     …………     
3 деңгей    Т3 машиналық тілді М3виртуалды машина
      
 
2 деңгей    Т2 машиналық тілді М2виртуалды машина    Т2 тілінде жазылған программа М1 не-месе М0машиналарында жұмыс істей¬тін программа-интерпретатор арқылы тү-сін¬діріледі немесе Т1немесе Т0-ге транс-ляцияланады
1 деңгей    Т1 машиналық тілді М1виртуалды машина    Т1 тілінде жазылған программа М0 ма-ши¬насында жұмыс істейтін программа-интерпретатор арқылы түсіндіріледі не-ме¬се Т0-ге трансляцияланады
0 деңгей    Т0 машиналық тілді М0виртуалды
машина    Т0 тілінде жазылған программа элект-рон¬ды үрділермен орындалады
 
 
1.3-сурет. Көпдеңгейлі машина
Тіл мен виртуалды машина арасында маңызды тәуелділік орын алған. Әрбір машинаның өзі орындай алатын барлық бұйрықтардан тұратын машиналық тілі бар. Негізінде машина тілді анықтайды. Дәл солай осы тілде жазылған бұйрықтарды орындайтын машинаны тілдің өзі анық-тайды.
n деңгейлі компьютерді жеке машиналық тілі бар әртүрлі n виртуальді машина деп қарастыруға болады.
Қазіргі заманғы көпдеңгейлі машиналар
Қазіргі заманғы компьютерлер екі немесе одан да көп деңгейлерден тұрады. Алты деңгейлі машиналар да бар (1.4-сурет). 0-деңгей машинаның аппараттық жабдықталуы. Оның электронды үрділері 1-деңгейде жазылған программаларды орындайды. Бұл деңгейден де төмен орналасқан физика¬лық құрылымдар деңгейі деп аталатын деңгей бар. Онда транзисторлар орналасады.
5 деңгей    Жоғары деңгейдің тілі     
          Трансляция (компилятор)
4 деңгей    Ассемблер тілінің деңгейі     
          Трансляция (ассемблер)
3 деңгей    Операциялық жүйе деңгейі     
          Трансляция (ассемблер)
2 деңгей    Архитектуралық бұйрықтардеңгейі
      
          Интерпретациялау(микропрограмма) не¬ме¬сетікелей орындау
1 деңгей    Микроархитектуралық деңгей     
          Аппараттық жабдықтау
0 деңгей    Цифрлік логикалық деңгей     
            
1.4-сурет. Әрбір деңгейді қолдау әдісімен көрсетілген көпдеңгейлі компьютер
Ең төменгі цифрлік логикалық деңгейде обьектілер вентильдер деп аталады. Вентильдер транзисторлар сияқты аналогтық компоненттерден тұрғанымен, цифрлік құрылғылар тәрізді оларды дәл үлгілеуге болады. Әрбір вентильдің бір немесе бірнеше цифрлік енгізу сигналдары бар. Вентиль ол сигналдардың НЕМЕСЕ, ЖӘНЕ сияқты жай функцияларын есептейді. Әрбір вентиль бірнеше транзисторлардан тұрады. Бірнеше вен-тильдер 0 немесе 1-ден тұратын жадының битін құрайды. 16, 32 немесе 64 биттен топтастырылған жадының биттері регистрлерді құрайды. Әрбір регистр шектелген ұзындықты екілік санды сақтайды. Компьютердің өзі де вентильдерден тұруы мүмкін.
Келесі деңгей – микроархитектуралық деңгей. Бұл деңгейде ариф¬ме¬ти¬-ка¬лық-логикалық құрылым (АЛҚ) деп аталатын жергілікті жады¬ны және үрдіні құрайтын 8 және 32 регистрлердің тобын көруге болады. АЛҚ қарапайым арифметикалық амалдарды орындайды. АЛҚ мен регистрлер қосылып берілгендер трактісін құрайды. Берілгендер тракті¬сінің негізгі функциясы АЛҚ-ның қандай да бір амалдар орындау бары¬сында пайда болған, мысалы қосу амалы, нәтижесін орналастыратын бір немесе бір-неше регистрді таңдау. Кейбір машиналарда берілгендер трактісінің жұ-мысымикропрограмма деп аталатын ерекше программа арқылы бақы-ланады. Басқа машиналарда берілгендер трактісінің жұмысы аппараттық жабдықтардың көмегімен бақыланады.
Келесі деңгей архитектуралық бұйрықтар деңгейі деп аталады. Ин-терп¬ретациялау (микропрограмма) немесе тікелей орындау арқылы жүзеге асырылатын машиналық бұйрықтардың тобынан тұрады.
3-деңгей көбінесе гибридті болып келеді. Бұл деңгейдің көптеген бұйрықтары архитектуралық бұйрықтар деңгейін қайталайды (бір дең-гейде кездесетін бұйрықтар басқа деңгейде де кездесе береді). 3-деңгейде пайда болған жаңа құрылғылар осы деңгейде жұмыс істейтін интерпре-татор арқылы жүзеге асырылады. Бұл интерпретатор операциялық жүйе деп аталады. 3-деңгейдегі бұйрықтар 2-деңгей бұйрықтарына ұқсас микро¬программа немесе аппараттық жабдықтардың көмегімен орындала-ды. Басқаша айтқанда, 3-деңгейдің бір бөлігі операциялық жүйе орындал-са, басқа бөлігі микропрограммамен интерпретацияланады. Бұл деңгейдің гибридті деп аталуы да сондықтан. Ол операциялық жүйе деңгейі деп аталады.
4-деңгей мен 3-деңгейлер арасында айтарлықтай айырмашылық бар. Төменгі үш деңгей неғұрлым жоғары деңгейді қолдайтын трансляторлар мен интерпретаторларды қызметін атқарады. Оларды жаңа виртуалды машиналарды құрумен және жасаумен айналысатын жүйелік программис-тержазады. 4-деңгей мен одан жоғары жатқан деңгейлер нақты есептерді шешуші қолданбалы программистерге арналған.
2 және 3-деңгейлер интерпретацияланады да одан жоғары деңгейлер транслятордан қолдау табады. 1,2 және 3-деңгейлер машиналық тілдері цифрлік. 4-деңгей мен одан жоғары деңгейлер тілдері адамға түсінікті сөздер мен қысқартулардан тұрады.
Төртінші деңгей төменгі деңгейлі тілдің символдық формасын құрай¬ды. Бұл деңгейдің программалары алдымен 1, 2 және 3-деңгейдің тілімен трансляцияланады да одан кейін сәйкес виртуалды немесе нақты бар ма-шинаның тілімен интерпретациялынады. Трансляцияны орындай¬тын прог¬-рамманы ассемблер деп атайды.
Бесінші деңгей қолданбалы программистер жасаған тілдерден тұрады. Ондай тілдер жоғарғы деңгейлі тілдер деп аталады. Олардың ішіндегі кең тарағандары – C, C++, Java. Бұл тілдерде жазылған программалар көбіне¬се 3, 4-деңгейлер арқылы трансляцияланады. Жоғарғы деңгейлі тілдерде жазылған программаларды өңдейтін трансляторларды компиляторлар деп атайды. Кейбір кезде интерпретатор әдісі де қолданылады.
Сонымен қорыта келе, компьютерлік жүйелерді зертеудің ең тиімді әдістерінің бірі күрделі жүйені әрбір деңгейі алдыңғысының негізінде үстінде құрылатын деңгейлердің тармағы түрінде қарастыратын көпдеңгейлік әдіс болып табылады.