Что значит низкоуровневый язык программирования
Низкоуровневые языки программирования: определение и список примеров
«1» — подача электрического импульса на процессо р ;
«0» — отсутствие электрического импульса.
Низк о уровневые языки программирования
Низкоуровневые языки программирования — это такие языки, при помощи которых есть возможность «напрямую» обращаться к аппаратному функционалу компьютера:
к оперативной памяти;
драйвер ы для периферийных устройств;
Но не нужно полагать, что они применяются только в эти х сферах. Низкоуровневый язык присутствует в каждом компьютере, потому что его использовали при написании драйверов, ядер и операционных систем.
Низкоуровневые и высокоуровневые языки программирования
Говоря о низкоуровневых языках программирования, нужно несколько слов сказать о высокоуровневых языках.
Программирование на языке низкого уровня требует от разработчика высокой квалификации, но самое главное — понимание аппаратных процессов, происходящих внутри компьютера.
Низкоуровневые языки: список представителей
Язык ассемблера — это не какой-то конкретный низкоуровневый язык программирования. За этим термином скрываются принципы создания нового синтаксиса для управления процессорами в разных архитектурах. Язык ассемблера представляет собой более функциональный и понятный синтаксис по сравнению с машинным кодом. При помощи ассемблера можно воздействовать на все процессы, происходящие внутри компьютера. Его синтаксис все равно остается очень сложным, по сравнению с другими низкоуровневыми языками и тем более с языками высокого уровня.
Есть такие языки, которые являются «гибкими» или «среднеуровневыми», то есть они могут быть как высокоуровневыми, так и низкоуровневыми. К таким языкам относят С, С++, RUST и др. Почему так происходит? К языкам низкого уровня относят те языки, которые могут «напрямую» обращаться к аппаратным возможностям компьютера, например к процессору. «Гибкие» языки подходят под это определение. Поэтому их можно встретить в операционных системах и драйверах, где применяются языки низкого уровня. Но также можно встретить в разнообразных приложениях и играх, где применяются языки высокого уровня.
Заключение
Низкоуровневые языки программирования лежат в основе всего программирования. С их помощью пишут операционные системы, без которых не работает ни один современный компьютер.
Если рассматривать низкоуровневые языки в качестве первого языка для изучения, тогда лучше смотреть в сторону «гибких» языков типа С или С++, которые можно применять и в других сферах программирования, а не только в низкоуровневых процессах.
по какому принципу работает процессор;
как работает оперативная память;
как распределяются ресурсы компьютера между процессами и потоками;
При высокоуровневом программировании о низкоуровневых процессах задумываться не надо.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.
Низкоуровневые языки программирования
Вы будете перенаправлены на Автор24
Понятие о низкоуровневых языках программирования
Программирование всегда является компромиссом между пониманием принципов работы компьютера и формулированием задачи, которую предполагается выполнить с помощью вычислительной техники. Если уделять основное внимание выполняемой задаче, то можно, отвлекшись от знания компьютерной архитектуры, заложить в вычислительное устройство алгоритм, который оно не в состоянии будет выполнить. И, напротив, если принципы управления компьютером всецело учитываются, но слишком сложны, то формулирование задач для него становится чрезмерно трудоемким.
Управление процессором компьютера производится с помощью бинарных последовательностей, представляющих собой с точки зрения человеческого мышления числа, которыми пронумерованы команды процессора и ячейки памяти, в которых хранятся обрабатываемые данные. Команды процессора и способы обращения к ним хорошо документированы производителями чипов, но, поскольку команд довольно много, их запоминание и составление из них алгоритмов может оказаться затруднительным для специалистов, не прошедших длительную подготовку. Поэтому уже на ранних этапах развития компьютерной техники возникла необходимость в оптимизации процесса программирования.
Низкоуровневые языки программирования (ЯП) представляют собой формализованные синтаксисы, призванные облегчить запоминание машинных кодов, применяемых для управления компьютерными процессорами.
Характеристики и назначение низкоуровневых языков
Программист, создающий алгоритм для компьютера на языке низкого уровня, обращаются непосредственно к ресурсам компьютера: процессору, памяти, периферийным устройствам. Это обеспечивает высокую скорость работы программ, поскольку, в отличие от высокоуровневых, в низкоуровневых языках отсутствуют скрытые фрагменты кода, добавляемые автоматически компилятором во время преобразования исходного текста в бинарный код.
Высокий уровень абстракции, позволяющий писать программы на высокоуровневых языках, не задумываясь об архитектуре компьютера, достигается за счет дополнительных накладных расходов: скрытых от программиста проверок и «обвязок», помогающих не задумываться, например, о выделении памяти под переменные и возвращении ее в доступное пространство после использования.
Готовые работы на аналогичную тему
Низкоуровневые языки, напротив, предполагают, что ответственность за все внутрикомпьютерные ресурсы (время загрузки процессора, объемы выделяемой памяти и т.п.) программист берет на себя. По этой причине языки низкого уровня относятся к «небезопасным»: при написании с их помощью более-менее обширных программ, в коде появляется больше ошибок, чем при написании на языках высокого уровня. Низкоуровневое программирование применяется в основном для создания компактного ПО, например, для программирования систем реального времени (когда недопустимы задержки в работе), встраиваемых систем (микроконтроллеров), а также драйверов, управляющих внешними устройствами:
Рисунок 1. Прошивка микроконтроллера программой на ассемблере. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Язык ассемблера
Программирование на ассемблере сводится к занесению в регистры компьютера данных из памяти (к которой с точки зрения процессора относятся и подключенные к компьютеру устройства), выполнению операций над ними и записи результата в память. За регистрами процессора закреплены буквенные обозначения, номенклатура которых зависит от типа процессора (Intel x86, ARM и др).
Рисунок 2. Регистры процессора. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Особый регистр-указатель команд (EIP) отвечает за последовательность выполнения команд. Его изменение недоступно программисту. Управление регистром-указателем производятся командами условных и безусловных переходов, циклов, вызова процедур и возврата из них.
Несмотря на сложный синтаксис, на ассемблере можно писать довольно сложные приложения, в том числе приложения с графическим интерфейсом. Для облегчения работы используются макросы, внешние подключаемые библиотеки, а также возможности операционной системы, предоставляемые разработчикам в задокументированном виде (API).
Рисунок 3. Программа на ассемблере. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Язык программирования Си обычно относят к высокоуровневым, но он располагает возможностями и для низкоуровневого программирования: написанные на нем программы способны непосредственно обращаться к набору процессорных команд, выделять и освобождать память в произвольном порядке и т.п. Программы на Си также могут содержать в себе ассемблерные вставки.
Чем отличаются низко- средне- и высокоуровневые языки программирования
Перевод статьи Клеофаса Мулонго «What Are Low, Middle, And High Level Programming Languages?».
Языки программирования можно разбить на три большие категории. Это высокоуровневые, среднеуровневые и низкоуровневые языки. Эти три вида языков отличаются друг от друга по многим характеристикам.
К высокоуровневым относят языки программирования, которые созданы с расчетом на то, что их должны понимать люди. Они независимы: программистам не нужно знать, на каком оборудовании будет запускаться программа. Примеры таких языков – C++ и Python.
Среднеуровневые языки служат как бы связующим звеном между аппаратной и программной частью компьютера. Они действуют на уровне абстракции.
Низкоуровневые языки, в свою очередь, созданы для удовлетворения нужд конкретной компьютерной архитектуры и учитывают требования «железа».
В этой статье мы рассмотрим некоторые ключевые отличия между вышеуказанными видами языков программирования.
1. Скорость
Что касается скорости, программы, написанные на низкоуровневых языках, являются более быстрыми, чем написанные на средне- или высокоуровневых языках. Причина этого в том, что эти программы не нуждаются в интерпретации или компиляции. Они взаимодействуют непосредственно с регистрами и памятью.
Программы, написанные на высокоуровневых языках, относительно медленные. Главая причина этого в том, что они пишутся на «человеческом» языке. Компьютеру приходится переводить и интерпретировать их, прежде чем выполнить. Все эти процессы занимают время.
Скорость среднеуровневых языков занимает промежуточное положение. Ее не назовешь ни слишком высокой, ни слишком низкой.
2. Требования к памяти
Это еще один параметр, с помощью которого можно разграничить три вида языков программирования. Низкоуровневые языки очень эффективны в этом плане, они потребляют мало памяти. Это их очень отличает от высокоуровневых языков, которые являются очень ёмкими в этом плане. А вот программы на среднеуровневых языках уже не требуют столько памяти.
3. Легкость использования
Низкоуровневые языки дружественны к машинам, но недружественны к программистам. Человеку довольно сложно иметь дело с бинарным кодом и мнемоникой. То, что каждая инструкция создается для конкретной архитектуры компьютера, делает низкоуровневые языки более техническими. Короче говоря, учить их сложно.
Высокоуровневые языки, напротив, дружественны к людям. Они состоят из фраз на английском языке, которые легко понять и запомнить. Это поясняет, почему именно языки высокого уровня являются наиболее популярными.
4. Портируемость
В данном случае портируемость означает возможность использовать язык на разных компьютерах. Низкоуровневые языки являются менее портируемыми, поскольку их инструкции «машинозависимы». То есть, каждая инструкция написана для конкретной машины. Код, написанный для конкретной машины, не запустится на на компьютере с другой архитектурой.
Высокоуровневые языки не зависят от аппаратной части. Один и тот же код может без проблем использоваться на разных машинах (и даже на машинах с разной архитектурой). Это означает, что высокоуровневые языки являются хорошо портируемыми. Вы можете перенести программу, написанную на таком языке, из одной среды в другую – и она все равно будет работать.
5. Абстракция
В этом контексте абстракция это отношения между языком и аппаратной частью компьютера. В случае с низкоуровневыми языками абстракция минимальная или вообще нулевая. Эти языки легко взаимодействуют с памятью компьютера и регистрами.
Расхождение между среднеуровневыми языками и аппаратной частью довольно существенное. Оно больше, чем у низкоуровневых языков, но меньше, чем у высокоуровневых.
Логично предположить, что высокоуровневые языки имеют максимальный уровень абстракции. Это потому, что они работают на самом верхнем уровне компьютера, где взаимодействие с аппаратной частью минимальное.
Как видите, низко-, средне- и высокоуровневые языки заметно отличаются. Каждый вид языков служит для определенных целей, а потому, конечно же, ни один не является лучше другого.
Национальная библиотека им. Н. Э. Баумана
Bauman National Library
Персональные инструменты
Язык программирования
Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, задающих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель (компьютер) под её управлением.
Содержание
Классификация языков программирования
Языки программирования низкого уровня
Языки программирования высокого уровня
Высокоуровневый язык программирования — язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.
Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить портирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами и оборудованием, в то время как их исходный код остаётся, в идеале, неизменным.
Примеры высоких языков:
Безопасные и небезопасные
Компилируемые и интерпретируемые языки
Программа на компилируемом языке при помощи специальной программы компилятора преобразуется (компилируется) в набор инструкций для данного типа процессора (машинный код) и далее записывается в исполнимый модуль, который может быть запущен на выполнение как отдельная программа. Другими словами, компилятор переводит исходный текст программы с языка программирования высокого уровня в двоичные коды инструкций процессора.
Если программа написана на интерпретируемом языке, то интерпретатор непосредственно выполняет (интерпретирует) исходный текст без предварительного перевода. При этом программа остаётся на исходном языке и не может быть запущена без интерпретатора. Можно сказать, что процессор компьютера — это интерпретатор машинного кода.
Кратко говоря, компилятор переводит исходный текст программы на машинный язык сразу и целиком, создавая при этом отдельную исполняемую программу, а интерпретатор выполняет исходный текст прямо во время исполнения программы.
Разделение на компилируемые и интерпретируемые языки является несколько условным. Так, для любого традиционно компилируемого языка, как, например, Паскаль, можно написать интерпретатор. Кроме того, большинство современных «чистых» интерпретаторов не исполняют конструкции языка непосредственно, а компилируют их в некоторое высокоуровневое промежуточное представление (например, с разыменованием переменных и раскрытием макросов).
Для любого интерпретируемого языка можно создать компилятор — например, язык Лисп, изначально интерпретируемый, может компилироваться без каких бы то ни было ограничений. Создаваемый во время исполнения программы код может так же динамически компилироваться во время исполнения.
Как правило, скомпилированные программы выполняются быстрее и не требуют для выполнения дополнительных программ, так как уже переведены на машинный язык.Вместе с тем, при каждом изменении текста программы требуется её перекомпиляция, что создаёт трудности при разработке. Кроме того, скомпилированная программа может выполняться только на том же типе компьютеров и, как правило, под той же операционной системой, на которую был рассчитан компилятор. Чтобы создать исполняемый файл для машины другого типа, требуется новая компиляция.
Интерпретируемые языки обладают некоторыми специфическими дополнительными возможностями (см. выше), кроме того, программы на них можно запускать сразу же после изменения, что облегчает разработку. Программа на интерпретируемом языке может быть зачастую запущена на разных типах машин и операционных систем без дополнительных усилий.
Однако интерпретируемые программы выполняются заметно медленнее, чем компилируемые, кроме того, они не могут выполняться без дополнительной программы-интерпретатора. Примеры компилированных языков: assembler, C++, Pascal Примеры интерпритируемых языков: PHP, JavaScript, Python Некоторые языки, например, Java и C#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. [Источник 3]
Какой язык программирования называется низкоуровневым
Низкоуровневый язык программирования — что под этим понимается
Программирование – процесс создания компьютерных программ. Программирование представляет собой процесс перевода на компьютерный язык той задачи, которую требуется решить посредством вычислительной техники.
В первую очередь были созданы языки программирования низкого уровня, которые в дальнейшем сыграли роль базисов в процессе развития IT индустрии в целом. Выбор названия связан с непосредственным обращением с помощью команд к микропроцессору компьютера.
Особенностью любого процессора является восприятие определенного набора читаемых только им команд. Таким образом, для каждой модели компьютера были предназначены конкретные языки. Начальные модификации языков отличались минимальным набором команд. По сравнению с высокоуровневыми языками низкоуровневые аналоги не обладали таким большим количеством абстрактных классов и разнообразным синтаксисом.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
В настоящее время большой популярностью пользуются высокоуровневые языки программирования. Однако ранее, на первых этапах развития программирования, лидирующие позиции занимали языки низкого уровня. Сейчас низкоуровневые языки программирования продолжают активно применяться. Благодаря наличию таких инструментов, существуют возможности:
Перечень используемых языков никого уровня небольшой. Однако они актуальны в настоящее время и активно применяются для решения важных задач. Теории, на которых базируется низкоуровневое программирование:
Вначале был создан машинный код в виде первого языка программирования низкого уровня. Он представлял собой комплекс последовательных команд, передаваемых на процессор нулями и единицами. Нуль означал, что электрический сигнал на устройстве отсутствует. Единица являлась обозначением подачи на устройство какого-то импульса.
В результате с помощью потока сигналов процессор активизировался для решения поставленных задач. Например, первоначальные коды были предназначены для выполнения ЭВМ элементарных операций: таких, как арифметические вычисления, передача простейших данных от одного регистра к другому, сравнение разного числа кодов.
С течением времени задачи, которые могли решать языки программирования, усложнялись. Изменения касались увеличения количества команд и скорости их реализации. Для повышения эффективности и универсальности машинные коды разбивали на микропрограммы.
Понятие, характеристики и назначение
Низкоуровневым языком программирования называют язык, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах эксплуатируемого реального или виртуального процессора.
В данном случае машинные команды обозначают с помощью мнемоники, в форме продуманных сокращений слов человеческого языка (обычно английских), а не в виде ряда из двоичных нулей и единиц. В некоторых случаях одному мнемоническому значению соответствует совокупность машинных команд, предназначенных для выполнения одинакового действия с разными ячейками памяти процессора.
Низкоуровневые языки программирования также могут обладать дополнительными возможностями, в том числе, макроопределения (или макросы). С помощью директив управляют трансляцией машинных кодов с занесением констант и литеральных строк, резервированием памяти для переменных и размещением исполняемого кода по конкретным адресам.
Благодаря этим языкам можно оперировать не конкретными, а переменными ячейками памяти. Работа осуществляется с учетом особенностей конкретного семейства процессоров.
Программы для первых компьютеров писались в двоичных машинных кодах, что представляло собой достаточно трудоемкую и сложную задачу. Упростить процесс позволили низкоуровневые языки программирования. С их помощью машинные команды приобрели более понятный вид. Функцию преобразования их в двоичный код выполняли особые программы (трансляторы) двух видов:
Программист, специализирующийся на написании алгоритма для компьютера на низкоуровневом языке, обращается напрямую к компьютерным ресурсам:
Такой процесс гарантирует высокую скорость функционирования программ, что объясняется отсутствием скрытых фрагментов кода, добавляющих автоматически компилятор во время трансформации исходного кода в бинарный.
При использовании низкоуровневых языков за все ресурсы внутри компьютера, включая время загрузки процессора и выделяемую память, ответственен программист. В связи с этим языки низкого уровня считают небезопасными, что объясняется большим количеством ошибок в программном коде по сравнению с высокоуровневыми языками.
Низкоуровневое программирование используют для разработки компактного программного обеспечения: такого, как системы реального времени; микроконтроллер; драйверы, управляющие внешними устройствами (включая принтеры, сканеры, камеры).
Примеры таких языков, список популярных
Низкоуровневые языки программирования характеризуются достаточно объемной историей, однако распространение получили лишь некоторые из них. Такой выбор объясняется конкретным назначением каждого языка.
Ассемблер
Данный класс появился после машинных кодов. Его особенность заключается в более широком наборе команд, который может не соответствовать командам конкретной ЭВМ. Данное обстоятельство способствовало открытию новых возможностей. Ассемблер обладает рядом преимуществ по сравнению с машинным кодом:
Указанные достоинства являются основными из списка. Примеры кода рассматриваемого семейства в настоящее время активно применяют в образовании, так как это эффективный способ обучения процессу взаимодействия с микропроцессорами.
Forth
Данный язык из класса низкоуровневых был создан примерно в 70-х годах XX века. Forth характеризуется рядом достоинств, благодаря которым завоевал популярность среди специалистов определенных сфер. В то время машинные языки программирования эксплуатировались все реже, а Форт оценили по достоинству многие.
Программисты, обладающие знаниями архитектуры процессора, с его помощью могли написать ядро для устройства в течение нескольких дней. Опытные специалисты, применяя в работе Forth, получают возможности для реализации самых оригинальных идей.
Данный язык является наиболее известным и часто используемым в программировании с 70-х годов XX столетия. Структура данного языка похожа на структуру машинного и ассемблера. В связи с этим, Си активно применяют в процессе создания операционных систем, драйверов, системного программного обеспечения.
Нередко данный тип относят к языкам высокого уровня, однако, согласно определению, он относится к низкоуровневым языкам. Отнесение языка к той или иной группе определяется его назначением. Исходя из набора поддерживаемых команд, Си можно сопоставить с языками низкого уровня.
Преимущества и недостатки, в чем отличие от языков высокого уровня
Низкоуровневые языки обычно применяют для создания системных программ небольшого объема, драйверных устройств, стыковых модулей для нестандартного оборудования, в процессе программирования специальных микропроцессоров. Это оптимальное решение в тех случаях, когда в приоритете такие качества, как компактность, быстродействие, обеспечение прямого доступа к аппаратным ресурсам.
Преимущества языков низкого уровня:
Недостатки низкоуровневых языков:
Так как программы, созданные на языке низкого уровня, не требуют интерпретации или компиляции, они характеризуются большей скоростью по сравнению с аналогами, написанными на средне- и высокоуровневых языках. В этом случае программы взаимодействуют напрямую с регистрами и памятью. Низкоуровневые языки отличаются от других высокой эффективностью, что можно объяснить потреблением меньшего объема памяти.
С точки зрения работы с языком, низкоуровневые типы характеризуются повышенной сложностью. Программисты нередко испытывают трудности с бинарным кодом и мнемоникой. Языки низкого уровня более технические по сравнению с другими, так как конкретная инструкция пишется под определенную архитектуру компьютера.
В связи с зависимостью от машин, низкоуровневые языки менее портируемые в отличие от средне- и высокоуровневых. Такое понятие, как абстракция, является отношением между языком и аппаратной частью компьютера. В случае с языками низкого уровня данный показатель минимален, либо отсутствует.
Будущее низкоуровневого программирования
Языки низкого уровня характеризуются рядом преимуществ и не лишены недостатков. Однако у низкоуровневого программирования есть предпосылки для дальнейшего развития. К примеру, ассемблер будет востребован до тех пор, пока существуют разнотипные процессоры.
Программисты, обладающие соответствующими знаниями данного языка, могут достаточно просто оптимизировать написанный на нем код. Подобные знания упрощают понимание архитектуры компьютера и функционирования его аппаратной части, что гарантирует грамотное написание программного обеспечения.
Снижение популярности ассемблера объясняется эволюцией в области программирования. Сегодня в приоритете скорость разработки и надежность, что отличает высокоуровневые языки. Такое положение дел не исключает востребованность ассемблера в будущем. Причинами увеличения спроса на него могут послужить достаточно низкая себестоимость и высокое быстродействие, что важно при решении ряда специализированных задач.
Не так давно была разработана новая типобезопасная версия языка низкого уровня Форт. Язык Factor создал Слава Пестов и работает над его развитием.
Сам Форт также обладает потенциалом. Это оптимальное решение для создания мультиплатформенных систем, включая операционные системы и системы программирования. Возможно, данный язык займет в будущем какую-либо значимую нишу, благодаря своей уникальной особенности. Она заключается во внутреннем устройстве в виде «шитого кода», который отличается простотой, дешевизной и эффективностью байт-кодов.
Также современная IT индустрия не готова отказаться от языка низкого уровня С. Это простой, портированный на десятки платформ и стандартизированный низкоуровневый язык, который достаточно востребован в настоящее время. В дальнейшем его принципы могут быть использованы для создания новых языков.