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 такое низкоуровневый язык программирования высокоуровневый
Низкоуровневый и высокоуровневый языки программирования являются важными инструментами для разработки программного обеспечения. Они отличаются по уровню абстракции и близости к машинному коду компьютера. Давайте рассмотрим каждый из них более подробно.
Низкоуровневый язык программирования — это язык, который близок к машинному коду компьютера и обеспечивает прямой контроль над аппаратным обеспечением. Программы, написанные на низкоуровневых языках, обычно компилируются в машинный код, понятный компьютеру. Они позволяют программисту манипулировать непосредственно с памятью, регистрами и другими аппаратными ресурсами, что делает их полезными для разработки системного и встраиваемого программного обеспечения.
Однако низкоуровневые языки программирования обычно требуют от программиста более глубоких знаний о работе компьютера и аппаратуре. Они сложнее в изучении и использовании, но позволяют добиться максимальной производительности и эффективности. Примерами низкоуровневых языков являются ассемблер и некоторые диалекты языка C.
Высокоуровневый язык программирования — это язык, который предоставляет абстрактные инструменты и конструкции, упрощающие разработку программного обеспечения. Они высокоуровневые языки используются для написания программ, которые легче в понимании и чтении человеком. Программы, написанные на высокоуровневых языках, обычно компилируются или интерпретируются в машинный код или байт-код, который затем выполняется компьютером.
Высокоуровневые языки программирования предоставляют богатый набор инструментов и библиотек, которые упрощают разработку программного обеспечения и повышают производительность разработчика. Они абстрагируют программиста от деталей аппаратного обеспечения и предлагают удобные средства для работы со структурами данных, циклами, функциями и другими функциональными элементами. Примерами высокоуровневых языков являются Python, C#, Java и PHP.
Выбор между низкоуровневым и высокоуровневым языком программирования зависит от целей разработки и требований проекта. Если требуется максимальная производительность и полный контроль аппаратного обеспечения, то низкоуровневый язык может быть предпочтительным. Однако, высокоуровневые языки обычно предлагают большую гибкость и удобство в разработке, что делает их более подходящими для многих типов проектов.
В итоге, выбор между низкоуровневым и высокоуровневым языком программирования зависит от специфических требований разработки и компетенции программиста. Каждый из этих языков имеет свои преимущества и недостатки, и важно хорошо знать и понимать оба вида языков для успешного развития в программировании.
Особенности современных языков программирования
В 2022 году самыми востребованными языками программирования среди IT-специалистов стали Java (33%), Python (21%) и С++ (16%), – об этом говорят результаты опроса, проведённого аналитиками платформы All Cups, от VK, Фонда «Сколково» и компании IT_One.
Специалисты Центра изучения и сетевого мониторинга молодёжной среды в своей работе также активно используют различные языки программирования для разработки программных решений, позволяющих формировать комплексную систему по защите детей и подростков от воздействия негативной информации в цифровом пространстве.
Классификация языков программирования по типам
1. Языки общего назначения и специализированные языки
Языки программирования общего назначения, такие как Python, позволяют решать довольно широкий круг задач – от автоматизации рутины в операционных системах и системном администрировании, создания веб-страниц до запуска моделей машинного обучения.
Специализированные языки программирования, как правило, ориентированы на конкретную платформу или решение узкой задачи. Так, SQL – язык для манипуляций запросами, который достаточно сильно привязан к особенностям работы баз данных.
2. Интерпретируемые и компилируемые языки
В интерпретируемых языках, например, PHP или Python, программа выполняется последовательно, строчка за строчкой в соответствии с исходным кодом.
Компилируемые языки, такие как Java или С, требуют, чтобы предварительно программист скомпилировал исходный код в машинный или объектный код – и лишь затем происходит запуск программы.
3. Низкоуровневые и высокоуровневые языки
Низкоуровневые языки программирования позволяют писать очень оптимизированный код, причём оптимизация происходит на уровне связи алгоритма и аппаратного обеспечения. Разработчик непосредственно влияет на то, как происходят вычисления и работа с памятью. Примером являются машинные коды, которые работают на уровне процессора или микрочипа.
Также к низкоуровневым можно отнести язык ассемблера, работающий с инструкциями процессора наподобие «положи это число в такой-то регистр», «возьми из этого регистра число и перепрыгни сюда, выполни следующую инструкцию». Таким образом, на языке ассемблера никто не пишет веб-приложения, но он отлично подходит для решения других задач. Несмотря на то, что язык C сегодня считается низкоуровневым, в своё время он был достаточно высокоуровневым, поскольку компилировался под разные аппаратные платформы.
Высокоуровневые языки программирования, например Python, позволяют писать код независимо от конкретной платформы. Также, благодаря высокоуровневым абстракциям, программист может не думать о том, сколько байт занимает та или иная переменная, в какие элементы памяти она помещается, и о деталях реализации на уровне аппаратного обеспечения.
Низкоуровневые и высокоуровневые языки программирования как инструменты хороши для решения своих конкретных задач. Так, низкоуровневый язык помогает, когда нужна оптимизация, максимальная производительность. А высокоуровневый, если необходимо отразить в коде сложный бизнес-процесс или требуется возможность поддержки кода другими программистами, чтобы можно было быстро понять, что именно происходит в коде. Он также оказывается востребован, когда используются разнородные модули в системе. Так, один модуль может получать данные с помощью веб-запроса, другой – подгружать модель машинного обучения и обрабатывать данные, третий – загружать результаты в базу данных, четвёртый – выводить результат на веб-страницу.
- JavaScript – язык, используемый в веб-разработке для обеспечения интерактивной работы пользователя с интерфейсом. Таким образом, интерфейсы, с которыми мы регулярно встречаемся, часто могут быть написаны с использованием JavaScript и расширяющих его фреймворков (структурных программных платформ);
- Python – язык общего назначения, с помощью которого можно реализовать очень многое, поскольку он достаточно универсален. Об этом языке в шутку говорят: «батарейки включены». Подобно тому, как детям дарят игрушку, к которой изначально прилагаются батарейки в комплекте, Python – язык с доступным «из коробки» довольно широким набором внутренних библиотек, которые позволяют решать большое количество разных задач. Кроме того, для использования доступны тысячи пакетов, создаваемых и распространяемых сообществом. Python помогает решать математические задачи, создавать веб-страницы и сайты с помощью специальных библиотек. Его также можно использовать для машинного обучения (обработки данных, запуска моделей машинного обучения, построения графиков), автоматизации и создания скриптов, которые могут пригодиться не только в работе, но и в жизни. Так, с помощью этого языка можно настроить процесс автоматической сортировки фотографий, чтобы не сортировать тысячи снимков вручную. Особенность Python в том, что он позволяет писать небольшие, аккуратные, удобочитаемые скрипты. Философия языка – труд и время программиста стоит гораздо дороже времени машины, процессора и сервера. Также в его философии важно то, что код читается больше раз, чем пишется;
- PHP – один из языков программирования для разработки веб-сервисов и приложений. Он является довольно гибким и мощным, имеет широкое комьюнити и довольно прост в освоении;
- Java – язык, который отлично подходит для создания серьёзных корпоративных enterprise-решений для финансовой отрасли, торговли, систем крупных предприятий;
- C++ – компилируемый язык программирования общего назначения. Сегодня он используется для создания операционных систем, разнообразных прикладных программ, драйверов устройств, приложений для встраиваемых систем, высокопроизводительных серверов, а также компьютерных игр;
- Go – компилируемый многопоточный язык программирования с открытым исходным кодом, разработанный внутри компании Google. Используется для разработки веб-сервисов и клиент-серверных приложений.
Языки программирования, с которыми работает АНО «ЦИСМ»
В работе Центра используется язык PHP при создании и разработке веб-сервисов, которыми можно пользоваться через браузер. Часть веб-сервисов в нашей IT-компании также написана на Python. Кроме того, на Python пишутся наши системы работы с данными и код для обслуживания моделей машинного обучения.
Во фронтэнд разработке активно используется JavaScript-фреймворк Vue.js. Также некоторые системы разрабатываются на языке программирования Go, а SQL используется для манипуляций с данными. Конечно, это не полный перечень языков и технологий, используемых для решения стоящих перед нами задач.
Основные плюсы и минусы современных языков программирования
Все современные языки программирования, которые сегодня используются, достаточно хороши для своих задач, но имеют и свои недостатки. Каждый язык, который сейчас популярен, прошёл серьёзный эволюционный отбор в сражении с другими языками программирования, и, как правило, имеет: большое сообщество (комьюнити), качественную документацию, внушительное количество прикладных библиотек и модулей, много примеров кода и реальных реализованных на нём проектов.
Безусловно, есть родовые недостатки, к примеру, язык Python достаточно медленный, но при этом крайне удобный для разработчика. При использовании этого языка происходит экономия времени программиста за счёт траты процессорного времени, машинных ресурсов, задействования большего объёма памяти.
Однако остальные ошибки и недочёты были так или иначе исправлены с выходом новых версий и разработкой новых стандартов языка, а также с помощью сторонних библиотек, которые позволяют частично обходить эти недостатки. Важно отметить, что процесс обновления и улучшения языков идёт постоянно. Так, совсем недавно вышла новая версия языка Python – 3.11.0.
О языках, которые не теряют актуальность
Описывая особенности современных языков программирования, стоит обратиться к историческим примерам и поговорить о старых языках, которые появились в 1960-х годах и применяются до сих пор.
COBOL – язык, который был разработан для решения бизнес-задач и широко использовался в сфере финансов. Он устроен таким образом, чтобы помочь избежать ошибок при работе с денежными расчётами. COBOL настолько активно применялся в прошлом, что до сих пор некоторая часть финансовых систем на западе опирается именно на этот язык. Несмотря на почтенный возраст языка, спрос на специалистов для поддержки существующих систем до сих пор есть, однако в России COBOL не получил такого широкого распространения.
Fortran – достаточно низкоуровневый язык, созданный в 1957 году, который разрабатывался специально для программирования математических формул и вычислений. В России и в мире его используют по сей день. Он развивается, получил хорошую поддержку параллельных вычислений на современных устройствах. Сейчас для Fortran даже разрабатывается новый интерактивный компилятор. Многие математические движки, связанные с предсказаниями погоды, поведением океана, моделирующие динамику других сложных систем с помощью решения систем дифференциальных уравнений, используют именно Fortran «под капотом». Также большое количество суперкомпьютерных вычислений до сих пор производится на Fortran. Он актуален не только из-за хорошего дизайна языка, удобного для учёных (особенно математиков) и инженеров, но и по той причине, что на этом языке было написано большое количество кода ранее, который просто невыгодно переписывать на более новые языки, тем более что может пострадать производительность.
С какого языка начинать изучать программирование
Универсальной формулы нет. Выделим два самых популярных мнения на счёт того, какой язык стоит изучать первым:
- Лучше изучать первым более низкоуровневый язык (С или С++).
- Лучше начинать сразу с высокоуровневого языка (Python), и только если возникнет необходимость, осваивать низкоуровневые языки.
Разработчики Центра рекомендуют осваивать программирование и вообще цифровые технологии с более низкоуровневых языков, которые обеспечивают непосредственно работу с памятью. С одной стороны, это несколько труднее, потому что программист должен сам принимать определённые решения, думать об использовании памяти и так далее. С другой, когда человек поймёт, как устроен C на низком уровне, ему станет проще пользоваться языком более высокого уровня, он не будет бояться сложных концепций, абстракций. Поработав с более низкоуровневыми языками, человек понимает, что сокрыто от него в высокоуровневых.
Высокоуровневые языки, в свою очередь, быстрее осваиваются, более интуитивно понятны, и значит быстрее дают возможность начать решать практические задачи, что важно, поскольку язык программирования – в первую очередь инструмент для решения задач, а не самоцель.
Будет полезно освоить вначале C или C++ и далее перейти к изучению языка программирования Python. Таким образом, у программиста будет как минимум два инструмента, которые он может применять в зависимости от стоящих перед ним конкретных задач.
Что важно знать современным подросткам о программировании
Современному программисту, работающему в IT-компании, на практике может пригодиться хорошее знание общеобразовательной школьной программы. Если о том, почему разработчику важно разбираться в математике, физике и информатике, вопроса не возникает, то о ценности гуманитарных предметов стоит порассуждать отдельно.
Так, иностранные языки важны, поскольку их знание позволяет программисту читать и писать техническую документацию (большая часть документов в сфере информационных технологий написана на английском языке), легче осваивать синтаксис новых языков программирования. Русский язык приходит на помощь, когда нужно описывать проделанную работу, а философия оказывается полезной не только для более широкого кругозора, но и для работы с абстракциями при использовании высокоуровневых языков, фреймворков, разработке архитектуры информационных систем.
Знание школьных предметов помогает, как только начинается взаимодействие с коллегами и заказчиками. Например, программисту ставят задачу, он пишет или дополняет фрагмент кода. Далее ему нужно описать то, что он сделал, оформить документацию. В крупных IT-компаниях достаточно высокие стандарты к её оформлению, подготовленные вами материалы просто не станут читать, если они будут с большим количеством орфографических и синтаксических ошибок. Кроме того, во время общения с менеджером проекта, руководством или заказчиками, необходимы софт-скиллы, которые начинают развиваться ещё в школе, во время чтения стихотворений на уроках литературы, выступлений с докладами и проектной деятельности.
Программисту важно донести до людей, с которыми он сотрудничает, ценность своей работы, сделать это уверенно и показать свой проект с лучшей стороны. Поэтому, если есть возможность изучать что-то кроме программирования, нужно стараться это делать.
Чтобы стать профессионалом в информационных технологиях или другой сфере, отношение к изучению материала должно быть соответствующее. Ведь, изучить недостаточно, нужно ещё понять, как это работает на практике, написать своё, набраться опыта. А опыт – это всегда ошибки, как свои, которые ты исправляешь, так и чужие, которые ты замечаешь.
Поэтому, рекомендуем подросткам с интересом осваивать школьные предметы и начинать заниматься программированием примерно с 9 класса.
Язык программирования сегодня не самоцель, а один из этапов в рамках карьерного или личностного роста, полезный инструмент. Нужно смотреть на него шире. Знание языков программирования – это новая грамотность, также как знание иностранного языка или вождение автомобиля. Недостаточно просто знать язык программирования, нужно понимать, какие задачи человек сможет решать с его помощью.
Можно использовать такой навык в дополнение к своей основной профессии или просто в жизни. Например, чтобы оптимизировать работу дома – отсортировать фотографии, сделать автоматическую поилку для кота, создать себе бота в Telegram, который будет считывать показания со счётчиков или отправлять каждое утро какой-то жизненный совет в сообщениях. Ведь такие вещи особенно вдохновляют человека, когда он понимает, что сделал это сам, своими руками и своим умом.
XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2019
ХАРАКТЕРИСТИКА НИЗКОУРОВНЕВЫХ И ВЫСОКОУРОВНЕВЫХ ЯЗЫКОВ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
Мацкевич В.А. 1
1 Тюменский индустриальный университет
Работа в формате PDF
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF
Языки программирования принято делить на две группы: низкоуровневые и высокоуровневые. В данный момент огромное распространение получили языки программирования высокого уровня, но все началось именно с языков низкого уровня, которые стали базой для развития IT индустрии.
Начнем с того, что из себя представляют низкоуровневые языки программирования. Как известно, информация в компьютере представлена в бинарном коде, поэтому поначалу приходилось программировать посредством двоичного машинного кода. Для программиста это является достаточно сложной задачей, и поэтому стали появляться языки программирования низкого уровня, которые позволяли давать команды компьютеру в более понятном человеку виде. Для этого были созданы трансляторы – программы, которые преобразовывали более понятные для человека команды в двоичный машинный код. В свою очередь, трансляторы делятся на компиляторы (преобразует весь текст программы в машинный код и создает исполняемый файл) и интерпретаторы (преобразует программный код в машинный уже построчно).
Такие языки используют для программирования микропроцессоров, разработки системного программного обеспечения и написания драйверов. В общем можно сказать, что языки низкого уровня используют для прямого доступа к аппаратным ресурсам. Самым популярным языком является Assembler .
Огромным преимуществом низкоуровневых языков является скорость работы и малый вес программ, так как при работе программист обращается напрямую к регистрам процессора без каких-либо уровней абстракции.
При таких весомых преимуществах имеются и недостатки: необходимо потратить большое количество времени для написания сложных и объемных программ; программа пишется только под конкретный тип процессора; для работы с языками низкого уровня, программист должен быть высоко классифицирован и понимать устройство микропроцессорной системы (МПС) для которой пишется программа.
Высокоуровневые языки программирования призваны обеспечить удобство и быстроту написания инструкций программистом. С появлением таких языков появилось такое понятие как абстракция, которое стало основной чертой языков высокого уровня. Под абстракцией понимается введение таких конструкций, которые коротко описывают такие системы данных и действия над ними, описания которых в низкоуровневом языке программирования (или машинном коде) очень сложны и объемны для понимания. Такие ЯП (языки программирования) наиболее понятны и удобны, в отличии от низкоуровневых.
Языки высокого уровня используются для написания программ для устройств, имеющих большой объем памяти и быстродействие. К таким программам относятся MS Word , Google Chrome и другие. Примерами высокоуровневых языков считаются C ++, Java , Delphi и другие.
Большим преимуществом языком высокого уровня являются: размер текста готовых программ, который намного меньше, чем у низкоуровневых языков; более понятный код для программиста; значительно сокращается время разработки, по сравнению с языками низкого уровня.
Недостатки: значительно больший размер готовых программ; по сравнению с низкоуровневыми языками, программы более требовательны к аппаратной части; не обязательно разбираться в архитектуре микропроцессорной системы (МПС), чтобы писать программы.
Вывод: если разработчику необходимо максимальное быстродействие программы и у аппаратной платформы имеются жесткие технические ограничения, то стоит присмотреться к низкоуровневым языкам программирования. Если же это все не важно, то можно использовать высокоуровневый язык программирования.