Что значит низкоуровневый язык программирования
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.
Что значит низкоуровневый язык 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.
Готовые работы на аналогичную тему
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.
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.
Низкоуровневый язык программирования
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).
См.также
Ссылки
 |
