Уровни языков программирования
Разделение на языки высокого и низкого уровня это разделение по степени их близости к конкретному машинному коду и по переносимости написанных на них программ. Это вполне актуальное сегодня разделение: ассемблеры и близкие к ним языки не перестают использоваться. Чаще всего они используются для написания фрагментов программ, которые должны быть эффективными, нетребовательными к ресурсам или работать в реальном времени. С другой стороны человек стремится к обобщению частностей, так что с неизбежностью для многих платформ возникли «мобильные операционные системы» и соответствующие компиляторы (тут, конечно, C/C++ нет равных). Можно еще добавить категорию языков сверхвысокого уровня (например, языки для Интернет — в теории нет никаких ограничений на платформы, и не требуется перекомпиляция).
Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня.
Языком самого низкого уровня является язык ассемблера (Assembler), который представляет каждую команду машинного кода с помощью символьных условных обозначений, называемых мнемониками.
Языки высокого уровня понятнее человеку. В них не учитываются особенности компьютерных архитектур, они представляют мощный механизм описания алгоритмов в той форме, в которой их можно вводить непосредственно в ЭВМ. Один оператор языка высокого уровня порождает группу машинных команд.
Поколения языков программирования
Все многообразие современных языков программирования имеет общую эволюционную историю, поэтому существуют классификации по истории языков программирования («по поколениям»). В каждом новом поколении языки программирования становятся все более высокого уровня.
Рассмотрим одну из таких классификаций.
Языки первого поколения общались с компьютером с помощью нулей и единиц машинного кода, который интерпретировался непосредственно центральным процессором как набор команд для манипуляции с данными, хранящимися в памяти.
Второе поколение ознаменовалось появлением в начале 50х годов языка программирования Ассемблера (assembly language). Вместо одних только нулей и единиц, программисты теперь могли пользоваться операторами, которые были похожи на слова английского языка. Компилятор преобразовывал эти выражения в машинные коды.
Вместе с появлением компьютеров третьего поколения, развитие языков программирования также вступило в новую фазу. Период с середины 50-х до 70-х годов отмечен появлением первых языков программирования высокого уровня (high-level languages). Эти языки впервые позволили ученым (прежде всего, математикам) работать с компьютерами. Языки третьего поколения, такие как С, Pascal и Fortran, состоят из английских слов, например READ, WRITE, GOTO, и математических символов. В отличие от языков первого и второго поколений синтаксис в языках третьего поколения не зависит от компьютера, на котором исполняются написанные на них программы. Язык программирования FORTRAN позволял довольно легко определять переменные и использовать для вычислений математические выражения. Для языков высокого уровня, таких как FORTRAN и COBOL, понадобились более быстрые, высокоэффективные компиляторы, поскольку при преобразовании исходного кода, выходные программы получались большими.
Четвертое поколение языков программирования зародилось в конце 70-х, и можно сказать, что их развитие продолжается по сей день. В них достигнут еще больший уровень абстракции Это такие языки как SQL (структурированный язык запросов для работы с базами данных) или Mathematica и MathCad (языки для сложных математических вычислений и решения научных задач). Эти языки предоставляют программисту гораздо более естественную форму общения с компьютером, но применимы для решения очень ограниченного круга задач. Эти языки существенно уменьшили время разработки ПО и позволили выполнять эту работу даже людям без технического образования, и не прибегая к помощи профессиональных программистов. Сегодня для выполнения многих задач программирование как таковое вообще не требуется. Например, появление приложений электронных таблиц (spreadsheets), таких как Microsoft Excel, позволяет обычным пользователям обрабатывать финансовую информацию и управлять большими массивами данных. В 60-х и 70-х годах так просто, без применения языков программирования, использовать возможности компьютеров было невозможно.
Когда пришло пятое поколение языков программирования (это прежде всего сценарные языки), эволюционный путь развития оказался нарушен. Сценарные языки программирования гораздо проще языков четвертого поколения. По сути, все они — языки-интерпретаторы. Это делает сценарные языки идеальными для написания небольших программ, но не для использования в крупных проектах. Кроме того, сценарные языки допускают вольную трактовку правил написания кода, на компьютерном жаргоне они называются «нестрогими». Сценарные языки предназначены для быстрого написания программ — посредников между другими программами, а не самостоятельных приложений. Они подобны клею, что делает их удобными для использования в интернет-приложениях, суть которых как раз и состоит в обмене данными между программами. Изящество языков программирования, так ценимое прежними поколениями разработчиков, здесь принесено в жертву удобству использования. Эти языки получили широкое распространение из-за высокой гибкости и адаптации к нуждам Интернета. Яркие примеры — Perl, применяемый для обмена данными между интернет-сервером и компьютером пользователя, и Python, используемый, помимо прочего, для управления интернет-форумами, Tcl/Tk, awk, C Shell, JavaScript (название JavaScript — не более чем маркетинговый ход, поскольку этот язык никак не связан с Java).
Интересно, что если наложить эту классификацию на историю развития ЭВМ (как известно, там тоже принято выделять поколения), то совпадения этапов не будет! В общем-то, развитие языков программирования отстает от роста возможностей вычислительной техники, что имеет под собой, по-видимому, простую причину: известно, что в то время как мощность компьютеров растет экспоненциально, количество людей, занятых разработкой программного обеспечения, растет линейно.
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.
Низкоуровневые языки программирования: определение и список примеров
Самый низкоуровневый язык программирования — это машинный код, в котором есть только «единицы и нули». Чуть «выше» машинного кода, но в статусе низкоуровневого языка , располагается язык ассемблера.
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.
Еще один представитель языков низкого уровня — Forth. Этот язык появился в начале 70-х. В свое время он был очень популярным, поэтому что его синтаксис выглядел намного легче , чем машинный код или язы к ассемблера. На нем разрабатывали ядра и операционные системы. Сейчас этот язык практически не применяется.
CIL — низкоуровневый язык программирования от компании Microsoft. В самой компании его называют «высокоуровневы м Ассемблер ом ». Его применяют в качестве промежуточного языка в виртуальной машине «.NET». Все компиляторы, поддерживающие «.NET» , транслируют высокоуровневые языки из этой платформы на язык CIL, который управляет «железом».
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
- по какому принципу работает процессор;
- как работает оперативная память;
- как распределяются ресурсы компьютера между процессами и потоками;
- и др.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.