7 что такое язык программирования низкого уровня

Понятие о языках программирования высокого и низкого уровней

Меры и единицы количества и объема информации.

В двоичной системе счисления знаки 0 и 1 будем называть битами (от английского выражения Binary digiTs – двоичные цифры). Создатели компьютеров отдают предпочтение именно двоичной системе счисления, потому что в техническом устройстве наиболее просто реализовать два противоположных физических состояния. Например: некоторый физический элемент, имеющий два различных состояния: намагниченность в двух противоположных направлениях; прибор, пропускающий или нет электрический ток; конденсатор, заряженный или незаряженный и т.п. В компьютере бит является наименьшей возможной единицей информации. Объем информации, записанной двоичными знаками в памяти компьютера или на внешнем носителе информации, подсчитывается просто по количеству требуемых для такой записи двоичных символов. При этом, в частности, невозможно нецелое число битов (в отличие от вероятностного подхода).

Группа из 8 битов информации называется байтом. Если бит — минимальная единица информации, то байт ее основная единица. Существуют производные единицы информации: килобайт (кбайт, кб), мегабайт (Мбайт, Мб) и гигабайт (Гбайт, Гб).

1 кб = 1024 байта = 210 (1024) байтов.

1 Мб = 1024 кбайта = 220 (1024 х 1024) байтов.

1 Гб = 1024 Мбайта = 230 (1024 х 1024 х 1024) байтов.

Эти единицы чаще всего используют для указания объема памяти ЭВМ.

Между вероятностным и объемным количеством информации соотношение неоднозначное. Далеко не всякий текст, записанный двоичными символами, допускает измерение объема информации в кибернетическом смысле, но заведомо допускает его в объемном. Далее, если некоторое сообщение допускает измеримость количества информации в обоих смыслах, то они не обязательно совпадают, при этом кибернетическое количество информации не может быть больше объемного.

Иногда одно мнемоническое обозначение соответствует целой группе машинных команд, выполняющих одинаковое действие над разными ячейками памяти процессора. Кроме машинных команд языки программирования низкого уровня могут предоставлять дополнительные возможности, такие как макроопределения (макросы). При помощи директив есть возможность управлять процессом трансляции машинных кодов, предоставляя возможность заносить константы и литеральные строки, резервировать память под переменные и размещать исполняемый код по определенным адресам. Часто эти языки позволяют работать вместо конкретных ячеек памяти с переменными.

Как правило, использует особенности конкретного семейства процессоров. Общеизвестный пример низкоуровнего языка — язык ассемблера, хотя правильнее говорить о группе языков ассемблера. Более того, для одного и того же процессора существует несколько видов языка ассемблера. Они совпадают в машинных командах, но различаются набором дополнительных функций (директив и макросов).

ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ ВЫСОКОГО УРОВНЯ, ЯЗЫКИ ПРОГРАММИРОВАНИЯ, приемлемо близкие к разговорному языку. Высокоуровневый язык программирования преобразуется КОМПИЛЯТОРОМ в машинные коды, используемые непосредственно компьютером. Большинство используемых современных языков (таких как Бейсик, Паскаль или Си), являются высокоуровневыми.

Вывод:

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Язык программирования. Языки низкого и высокого уровня

Язык программирования — формальная знаковая система, предназначенная для записи компьютерных программ. Язык программирования определяет набор лексических, синтаксических и семантических правил, определяющих внешний вид программы и действия, которые выполнит исполнитель под её управлением.

Со времени создания первых программируемых машин человечество придумало более восьми тысяч языков программирования (включая нестандартные, визуальные и эзотерические языки). Каждый год их число увеличивается. Некоторыми языками умеет пользоваться только небольшое число их собственных разработчиков, другие становятся известны миллионам людей. Профессиональные программисты могут владеть десятком и более разных языков программирования.

Язык программирования предназначен для написания компьютерных программ, которые представляют собой набор правил, позволяющих компьютеру выполнить тот или иной вычислительный процесс, организовать управление различными объектами, и т. п. Язык программирования отличается от естественных языков тем, что предназначен для
взаимодействия человека с ЭВМ, в то время как естественные языки используются для общения людей между собой. Большинство языков программирования использует специальные конструкции для определения и манипулирования структурами данных и управления процессом вычислений.

Как правило, язык программирования существует в виде:

Способы реализации языков

Языки программирования могут быть реализованы как: компилируемые, интерпретируемые и встраиваемые.
Программа на компилируемом языке при помощи компилятора (особой программы) преобразуется (компилируется) в машинный код (набор инструкций) для данного типа процессора и далее собирается в исполнимый модуль, который может быть запущен на исполнение 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. Процессор компьютера, в этой связи, можно назвать интерпретатором для машинного кода.

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 замедляет процесс разработки. 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.

Читайте также:  Как называют человека знающего несколько языков

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 программы-интерпретатора.
Некоторые языки, например, Java и C#, находятся между компилируемыми и интерпретируемыми. А именно, программа компилируется не в машинный язык, а в машинно-независимый код низкого уровня, байт-код. Далее байт-код выполняется виртуальной машиной. Для выполнения байт-кода обычно используется интерпретация, хотя отдельные его части для ускорения работы программы могут быть транслированы в машинный код непосредственно во время выполнения программы по технологии компиляции «на лету» (Just-in-time compilation, JIT). Для Java байт-код исполняется виртуальной машиной Java (Java Virtual Machine, JVM), для C# — Common Language Runtime.

Подобный подход в некотором смысле позволяет использовать плюсы как интерпретаторов, так и компиляторов. Следует упомянуть, что есть языки, имеющие и интерпретатор, и компилятор (Форт).

Языки программирования низкого уровня

Первые компьютеры приходилось программировать двоичными машинными кодами. Однако программировать таким образом — довольно трудоемкая и тяжелая задача. Для упрощения этой задачи начали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли задавать машинные команды в понятном для человека виде. Для преобразования их в двоичный код были созданы специальные программы — трансляторы.
Трансляторы делятся на:

Примером языка низкого уровня является ассемблер. Языки низкого уровня ориентированы на конкретный тип процессора и учитывают его особенности, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу её нужно почти полностью переписать. Определенные различия есть и в синтаксисе программ под разные компиляторы. Правда, центральные процессоры для компьютеров фирм AMD и Intel практически совместимы и отличаются лишь некоторыми специфическими командами. А вот специализированные процессоры для других устройств, например, видеокарт и телефонов содержат существенные различия.
Языки низкого уровня, как правило, используют для написания небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, программирование специализированных микропроцессоров, когда важнейшими требованиями являются компактность, быстродействие и возможность прямого доступа к аппаратным ресурсам. Ассемблер — язык низкого уровня, широко применяется до сих пор.

Языки программирования высокого уровня

Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому созданные приложения легко переносятся с компьютера на компьютер. В большинстве случаев достаточно просто перекомпилировать программу под определенную компьютерную архитектурную и операционную систему. Разрабатывать программы на таких языках значительно проще и ошибок допускается меньше. Значительно сокращается время разработки программы, что особенно важно при работе над большими
программными проектами.
Сейчас в среде разработчиков считается, что языки программирования, которые имеют прямой доступ к памяти и регистров или имеют ассемблерные вставки, нужно считать языками программирования с низким уровнем абстракции. Поэтому большинство языков, считавшихся языками высокого уровня до 2000 года сейчас уже таковыми не считаются.

Недостатком некоторых языков высокого уровня является большой размер программ в сравнении с программами на языках низкого уровня. С другой стороны, для алгоритмически и структурно сложных программ при использовании суперкомпиляции преимущество может быть на стороне языков высокого уровня. Сам текст программ на языке высокого уровня меньше, однако, если взять в байтах, то код, изначально написанный на ассемблере, будет более компактным. Поэтому в основном языки высокого
уровня используются для разработки программного обеспечения компьютеров и устройств, которые имеют большой объём памяти. А разные подвиды ассемблера применяются для программирования других устройств, где критичным является размер программы.

Используемые символы

Современные языки программирования рассчитаны на использование ASCII, то есть доступность всех графических символов ASCII является необходимым и достаточным условием для записи любых конструкций языка. Управляющие символы ASCII используются ограниченно: допускаются только возврат каретки CR, перевод строки LF и
горизонтальная табуляция HT (иногда также вертикальная табуляция VT и переход к следующей странице FF).

Источник

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.

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:

Читайте также:  Вставь притяжательные местоимения немецкий язык markus

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.

Читайте также:  Дни недели по английскому с произношением русского языка

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.

Источник

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.

Источник

Интересные факты из жизни