Программирование устройств низкий уровень

[Введение в низкоуровневое программирование

Низкоуровневое программирование — это тип программирования, приближенный к аппаратному, то есть использующий языки программирования, очень близкие к машинному языку. Программирование на низкоуровневых языках позволяет полностью контролировать ресурсы машины; вы можете напрямую обращаться к регистрам, памяти и кэшу, а также выделять пространство в памяти.

Как выполняется программа?

Сначала код компилируется из языка высокого уровня в язык низкого уровня. После этого этот низкоуровневый код должен быть собран и скомпонован.

Учитывая эти шаги, код может быть выполнен, но выполнение также имеет некоторые шаги, а именно:

1. Получить
2. Декодировать
3. Выполнить
4. Переместите указатель на следующую инструкцию
5. Вернитесь к первому шагу

Что такое языки высокого уровня?

Высокоуровневые языки программирования — это языки, которые, грубо говоря, ближе к человеческому языку, чем к машинному. Как правило, большинство терминов в них написано на английском языке и не требует прямого манипулирования памятью и регистрами.

Примеры языков программирования высокого уровня

Примеры языков программирования низкого уровня

Являются ли C и C++ языками высокого уровня?

Многие люди приходят в замешательство, когда слышат, что C и C++ — языки высокого уровня, это происходит потому, что эти языки считаются «сложными» и «трудными». Если рассматривать формальное определение, то да, они считаются языками высокого уровня, потому что они гораздо ближе к английскому языку, чем к ассемблеру, и не требуют прямого манипулирования памятью и регистрами; КАК БЫ то ни было, это возможно.

Однако если вы сравните, например, C или C++ с Python или JavaScript, то разница будет огромной настолько, что их можно будет считать языками низкого уровня. Однако если сравнить эти же языки с Ассемблером или двоичным кодом, то они считаются языками высокого уровня.

Официально эти языки относятся к языкам высокого уровня, но из-за этого вопроса перспективы я предпочитаю считать их языками промежуточного уровня.

Что такое Ассамблея и как она работает?

Ассемблер — это язык ассемблера, он классифицируется как язык низкого уровня. Ассемблер не компилируется и не интерпретируется, он ассемблируется. Когда мы говорим, что язык является «ассемблером» или «собранным», это означает, что для каждого слова в этом языке существует точный бинар, идентичный, поэтому нет перевода, только ассоциация между пневмоникой (словами) и соответствующим бинаром.

Ассемблер — это язык, однако он имеет множество разновидностей, поскольку, будучи языком, чрезвычайно близким к машине, он зависит от архитектуры компьютера. Существует множество типов Ассемблера для различных архитектур, 16 бит, 32 бит, 64 бит, Intel, ARM и т.д. Вот почему мы называем языки низкого уровня «непортативными».

Программа, отвечающая за сборку ассемблерного кода в двоичный, называется Ассемблером, и, как уже говорилось, каждый Ассемблер отличается в зависимости от архитектуры машины.

Генерация кода низкого уровня

Рассмотрим сравнительный пример низкоуровневого кода (Ассемблер) и кода на языке C. Очень простой алгоритм — пузырьковая сортировка, широко используемая для сортировки массивов. Код на языке Си для этого алгоритма выглядит следующим образом:

#include void print_array(int arr[], int arr_length)  for (int k = 0; k  arr_length; k++)  printf("%d, ", arr[k]); > > void bubblesort(int arr[], int arr_length)  int swap; for (int i = 0; i  arr_length; i++)  printf("n[%d] ", i+1); for (int j = 0; j  arr_length; j++)  if (arr[j] > arr[j+1])  swap = arr[j]; arr[j] = arr[j+1]; arr[j+1] = swap; > > print_array(arr, arr_length); > printf("n"); > int main()  int arr[25] =  -223, -12, -1000, -90, -3, 40, 55, 11, 32, 67, 5, 74, 89, 38, 66, 27, 36, 79, 99, 2, 0, 1, 100, 282, 370>; int arr_length = sizeof arr / sizeof *arr; bubblesort(arr, arr_length); return 0; > 

Этот код C для многих уже не считается простым, но он по-прежнему очень нагляден и ближе к английскому, чем к машинному языку. Теперь выполним следующую команду:

gcc bubble_sort.c -o bubble_sort.o && objdump -S --disassemble bubble_sort.o > bubble_sort.asm 

Приведенная выше команда компилирует C-код и генерирует исполняемый файл в машинном коде, вторая часть команды генерирует ассемблерный код из исполняемого файла. Откройте файл bubble_sort.asm и посмотрите, что произошло. Простой код алгоритма пузырьковой сортировки на Ассемблере содержит более 300 строк, а код на Си — всего 30 строк.

Заключение

Теперь вы знаете немного больше о низкоуровневом программировании, вы можете продолжить обучение в этой области или вернуться к языкам высокого уровня. Программирование на низком уровне гораздо сложнее и скучнее, чем программирование на высоком уровне, однако важно знать хотя бы основы, это позволит вам лучше понять, как работают компьютеры, компиляторы, интерпретаторы и различные архитектуры.

Источник

3.6 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.

компиляторы- превращают текст программы в машинный код, который можно сохранить и после этого использовать уже без компилятора (примером является исполняемые файлы с расширением *.exe) .

интерпретаторы- превращают часть программы в машинный код, выполняют его и после этого переходят к следующей части. При этом каждый раз при выполнении программы используется интерпретатор .

Примером языка низкого уровня является ассемблер. Языки низкого уровня ориентированы на конкретный типпроцессораи учитывают его особенности, поэтому для переноса программы на ассемблере на другую аппаратную платформу ее нужно почти полностью переписать. Определенные различия есть и в синтаксисе программ под разные компиляторы. Правда,центральные процессорыдля компьютеров фирмAMDиIntelпрактически 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.

3.7 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.

• Адресный язык программирования

• Фортран

• Кобол
• Алгол
• Pascal
• Java
• C
• C++
• Objective C
• Smalltalk
• C#
• Delphi

Источник

Языки программирования низкого уровня Преимущества:

С помощью языков низкого уровня создаются эффективные и компактные программы, поскольку разработчик получает доступ ко всем возможностям процессора.

Недостатки:

• Программист, работающий с языками низкого уровня, должен быть высокой квалификации, хорошо понимать устройство микропроцессорной системы, для которой создается программа. Так, если программа создается для компьютера, нужно знать устройство компьютера и, особенно, устройство и особенности работы его процессора.
• результирующая программа не может быть перенесена на компьютер или устройство с другим типом процессора.
• значительное время разработки больших и сложных программ.

• Ассемблер — язык низкого уровня, что широко применяется до сих пор.

Языки программирования высокого уровня

Можно сказать более понятными человеку, чем компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому созданные программы легко переносятся с компьютера на компьютер. В основном достаточно просто перекомпилировать программу под определенную компьютерную архитектурную и операционную систему. Разрабатывать программы на таких языках гораздо проще и ошибок допускается меньше. Значительно сокращается время разработки программы, что особенно важно при работе над большими программными проектами. Недостатком языков высокого уровня является больший размер программ по сравнению с программами на языке низкого уровня. Поэтому в основном языки высокого уровня используются для разработок программного обеспечения компьютеров и устройств, которые имеют большой объем памяти. А разные подвиды ассемблера применяются для программирования других устройств, где критичным является размер программы. языки высокого уровня: Паскаль(Pascal), Си (С++), Джава (Java), Матлаб (Matlab), Php, язык разметки Html. Язык программирования или более точнее язык запросов MySQL и низкоуровневый язык Ассемблер(Assembler).

Машинно — независимые языки

• словесная (запись на естественном языке);
• графическая (изображения из графических символов);
• псевдокоды (полуформализованные описания алгоритмов на условном алгоритмическом языке, включающие в себя как элементы языка программирования, так и фразы естественного языка, общепринятые математические обозначения и др.);
• программная (тексты на языках программирования).

• если—то;
• если—то—иначе;
• выбор;
• выбор—иначе.

Источник