Как сказал знаменитый инженер и разработчик Дональд Кнут: «Программирование — это искусство, а языки программирования — это инструменты художника». Несмотря на развитие высокоуровневых языков, низкоуровневые продолжают оставаться основой для системного и встраиваемого программирования. В статье рассмотрим, что такое низкие языки программирования, зачем они нужны, какие языки к ним относятся и где их применяют.
Что такое низкоуровневый язык программирования
Низкоуровневый язык программирования — язык, который близок к тому, как на самом деле работает компьютер. Программист управляет аппаратным обеспечением на более детальном уровне. Например, нужно поставить компьютеру задачу — сложить два числа. На низшем языке специалист сообщает компьютеру, что делать с памятью и процессором — пишет команды, которые указывают, где взять нужные числа и как их сложить. Всем нам знакомый урок информатики, на котором использовали двоичные значения 1101100100001101, чтобы задавать команды процессору.
Зачем нужны низкие языки программирования
Они помогают программистам управлять компьютером на более детальном уровне.
- Повышают производительность
Можно написать программы, которые работают очень быстро. Это важно для игр, операционных систем или других программ, где скорость имеет значение. Например, игры на низком языке работают быстрее, чем те же игры на высокоуровневом языке, потому что программист оптимизирует код именно под железо. - Управляют аппаратным обеспечением
С помощью низкоуровневых языков можно точно управлять аппаратными компонентами компьютера: процессором и устройством ввода-вывода. Если пишете драйвер для новинки — устройства, которое подключается к компьютеру, нужен низкий язык для правильного взаимодействия с этим устройством, а еще чтобы обеспечить его работу. - Решают специфические задачи
Низкоуровневые языки используют там, где нужно взаимодействовать с конкретным оборудованием. Они отлично подходят для разработки программ, которые управляют электронными устройствами. - Устраняют ошибки
Когда программист работает с низким языком, он может видеть, что именно происходит в компьютере, и это помогает легче находить и исправлять ошибки. Если программа зависает, программист проверяет, какие команды происходят на низком уровне, и понимает, в чём проблема.
Типы низкоуровневых языков программирования
Есть два типа, которые используют для максимальной производительности и контроля над оборудованием, но уровень сложности для программиста различается.
- Машинный язык
Это самый низкий уровень языка программирования. Он состоит из двоичных кодов (нулей и единиц), которые понимает компьютер. Каждый процессор имеет свой собственный машинный язык. Например, чтобы сложить два числа, в машинном языке это будет выглядеть как определенная последовательность нулей и единиц. Команда для сложения выглядит так 1101100100001101.
11011001 ; Первое число
00001101 ; Второе число
Здесь 11011001 может быть числом 221, а 00001101 — числом 13. На низкоуровневом языке программист может написать команды, чтобы сложить эти числа:
LOAD 11011001 ; Загрузить первое число
ADD 00001101 ; Сложить со вторым числом
STORE RESULT ; Сохранить результат
Так программист указывает, что делать с числами, чтобы компьютер выполнил нужные операции. Для человека это непонятно, но компьютер понимает это сразу. - Ассемблер
Ассемблер — это язык, который вместо двоичного кода использует удобные команды для чтения. Каждая команда ассемблера соответствует определенной машинной команде. Всё еще нужна архитектура аппаратуры, но работает на более понятном уровне. Например, чтобы сложить два числа, можно написать такие команды:
MOV AX, 5 ; Поместить число 5 в регистр AX
MOV BX, 3 ; Поместить число 3 в регистр BX
ADD AX, BX ; Сложить значения в регистрах AX и BX
Это гораздо проще понимать, чем длинные серии нулей и единиц.
Освоить низкоуровневые языки и не только можно в онлайн-университете Skypro вместе с интересной профессией «Тестировщик ПО». Научитесь работать с разными инструментами, например: Postman, VSCode, HTML, Allure. Освоите базу тестирования, а опытные преподаватели помогут разобраться со сложными терминами. После учебы сможете проводить ручное и автоматическое тестирование, ориентироваться в основах программирования, работать с системами баг-трекинга.
Плюсы и минусы низкоуровневых языков программирования
В таблице видно, что низшие языки программирования — мощные инструменты для профессионалов, но они имеют свои трудности, которые нужно учитывать.
| Плюсы | Минусы |
| Высокая производительность. Можно создавать очень быстрые программы. Например, игры или системное ПО работают быстрее, когда написаны на ассемблере или машинном языке | Сложно учить. Нужно много времени, чтобы освоить низкий язык. Понимать, как работает компьютер. Это бывает трудно для новичков |
| Контроль над аппаратным обеспечением. Программисты точно управляют процессором. Например, чтобы создать драйверы для устройств, нужен низкоуровневый язык | Трудно разрабатывать. Писать программы на низкоуровневых языках дольше. Каждый шаг нужно прописывать вручную, а не использовать готовые решения |
| Устранение ошибок. Программист видит, что именно происходит в системе. Это помогает ему находить и исправлять ошибки быстрее | Не подстраивается под другие платформы. Программы, которые написаны на низких языках, зависят от конкретного типа оборудования и не могут работать на других системах без изменений |
| Нагрузка на ресурсы. Низкоуровневое программирование лучше использует ресурсы, потому что программист сам управляет процессом работы с памятью | Мало шаблонов. Нет высокоуровневых функций, например объектов и библиотек. Это делает код более длинным, и его труднее понять |
Какие языки относятся к низкоуровневым
Низкоуровневое программирование подходит для разработки системного программного обеспечения, встроенных систем и приложений с высокими требованиями к производительности.
- Ассемблер (Assembly)
В языке используют символы и команды, которые соответствуют машинным командам. Хорошо подходит для разработки драйверов и операционных систем.
MOV AL, 3 ; Помещает значение 3 в регистр AL
ADD AL, 2 ; Прибавляет 2 к содержимому регистра AL - C
Язык, который позволяет управлять аппаратурой и работать с низкими задачами. Подходит для системного программирования, игр, встраиваемых систем.
int main() {
int a = 10; // Объявление переменной
int b = 20;
int sum = a + b; // Сложение a и b
return sum;
} - C++
Язык программирования, который сочетает в себе объектно-ориентированное программирование и низкоуровневые возможности. Его широко применяют в играх, приложениях, системах.
#include
int main() {
int* ptr = new int(10); // Выделение памяти для целого числа
std::cout << *ptr; // Вывод значения
delete ptr; // Освобождение памяти
return 0;
} - Fortran
Один из первых языков программирования, который часто используют в научных вычислениях.
PROGRAM HelloWorld
PRINT *, 'Hello, World!' ! Вывод текста
END PROGRAM HelloWorld - Ada
Язык, который разработан, чтобы программировать критически важные системы. Например, в авиации, обороне и других ответственных системах.
procedure Hello is
begin
Put_Line("Hello, World!"); -- Вывод сообщения
end Hello;
Примеры использования низкоуровневых языков программирования
Низкоуровневые языки используют во многих областях, где нужен быстрый и эффективный доступ к аппаратному обеспечению.
- В операционных системах
Программисты разрабатывают операционные системы, например Linux. Пишут код, который управляет всем компьютером: процессами, аппаратурой, устройствами. Это помогает компьютеру эффективно выполнять задачи и управлять ресурсами. Например, если открыть текстовый редактор, ОС создаст новый процесс для него. Выделит место в памяти, а если нажать клавиши на клавиатуре, он отправит сигнал в операционную систему, которая его обработает. - Во встраиваемых системах
Специалисты программируют микроконтроллеры в бытовой технике, например для микроволновки — пишут программы, которые управляют работой устройства, например задают время и мощность нагрева. Это позволяет устройству работать правильно и быстро. - В драйверах устройств
Драйвер для принтера. Программисты пишут код, который помогает операционной системе «говорить» с принтером. Например, если нажать «Печать» на документе, драйвер переведет команду из операционной системы в формат, понятный принтеру. Без драйвера принтер не поймет, что и как напечатать. - В игровой индустрии
Специалисты разрабатывают игры. Например, на низком языке C++ создают быстрые и эффективные графики и физики в игре. Так, когда персонаж в игре прыгает, код на C++ рассчитывает его траекторию и отображает движения плавно на экране. Это делает поведение персонажа реалистичным, а игру более приятной для игроков. - В научных вычислениях
Программисты пишут высокопроизводительные программы, которые быстро делают сложные математические расчеты. Например, предсказывают температуру на Земле через 50 лет. Для этого используют модели, которые анализируют огромное количество данных о климате. Ученые оценивают, как изменения влияют на климат, и разрабатывают стратегии по его защите. - В разработке систем безопасности
Специалисты создают антивирусные программы. Пишут код, который сканирует компьютер на наличие угроз. Например, если скачиваете новый файл, антивирус автоматически проверяет его — определяет, опасен ли он. Это помогает избежать заражения компьютера вредоносными программами и защищает данные.
Главное о низкоуровневых языках программирования
- Низкоуровневый язык программирования — язык для близкого взаимодействия с аппаратурой компьютера. Низкоуровневое программирование дает больше контроля над тем, как данные хранят и обрабатывают. Такие языки повышают производительность, помогают управлять аппаратным обеспечением, устраняют ошибки.
- К низким языкам относятся, например: Ассемблер, C, C++, Fortran, Ada. Чаще всего их используют в операционных системах, игровой индустрии, научных вычислениях, в разработке систем безопасности.
Добавить комментарий