Какие виды языков высокого уровня можно выделить в чем особенность каждого вида

Общие характеристики языков высокого уровня

· описания типов данных

· операторы ввода – вывода

· механизм использования подпрограмм и функций

Исполнение программы в режиме компиляции требует больше времени на подготовку программы к исполнению, но затем программа (исполняемый модуль) может многократно выполняться с очень большой скоростью. Важной особенностью в этой цепочке является подключение заранее подготовленных проверенных фрагментов программ, реализующих разнообразные функции и хранящихся в библиотеке программ, к объектному модулю. Богатство библиотеки программ определяет мощность системы программирования для того или иного языка.

В режиме интерпретации каждый оператор исходной программы переводится на машинный язык, при необходимости из библиотеки программ извлекается подпрограмма и запускается процесс её выполнения. Результаты сохраняются и используются при выполнении следующего оператора.

Долгое время системы программирования ориентировались на технологию программирования называемую процедурной. Схема разработки программы состояла из следующих этапов:

1. Постановка задачи

2. Разработка алгоритма

3. Кодирование программы

4. Подготовка тестовых примеров

5. Трансляция (компиляция или интерпретация) программы

6. Отладка программы

7. Анализ ошибок и повторение процесса в зависимости от их типа с пунктов 3,2 или 1

8. Документирование программы

9. Релиз (выпуск программного продукта)

Процедурно ориентированный подход был связан с большой трудоёмкостью и необходимостью исправлять большое число ошибок. Попытки сделать структуру программы такой, чтобы снизить количество ошибок, связанных с невнимательностью или забывчивостью программиста, привели к созданию структурного программирования. Примером языка, реализующим эти принципы, является Pascal.

В настоящее время наиболее распространёнными языками программирования являются

Такой широкий спектр требований к создаваемым программным продуктам обусловил появление универсальных систем программирования. К таким системам можно отнести Delphi фирмы Borland и Visual Studio фирмы Microsoft.

Источник

Уровни языков программирования: краткий обзор

Рассказываю о том, почему языки программирования делятся на уровни, что эти уровни обозначают и с какого уровня стоит начинать обучение.

Язык программирования – это набор инструкций, с помощью которых можно передавать команды процессору и тем самым управлять компьютером. Существует множество языков со своим специфичным синтаксисом и все они позволяют вносить изменения в данные, хранящиеся на компьютере, менять контент, отображающийся на экране, запускать приложения, производить вычисления и т.п.

Разные языки программирования на разных уровнях взаимодействуют с компьютером, потому что машина не понимает английский (или любой другой человеческий язык), и для взаимодействия с ним используется специальная система из нулей и единиц. Но развитие технологий привело к созданию новых языков и деление их на уровни.

Низкоуровневые языки

Как я уже отметил выше, компьютер не умеет разговаривать по-английски. Общение с машиной происходит при помощи нулей и единиц. Мы буквально подаем ток на определенные транзисторы, чтобы превращать импульсы тока в слова, изображения на экране компьютера, сложные программы и видеоигры. Это наиболее рациональный с точки зрения производительности вариант взаимодействия с процессором, потому, используя двоичную систему, вы передаете команды напрямую: управляете памятью, перемещаете данные и т.п.

Но есть низкоуровневые языки, которые немного упрощают процесс общения с «железом» за счет преобразования часто используемых команды из 1011 в более удобоваримые директивы в духе MOV, AAD.

Такие языки строго оптимизируются под конкретные чипы и работают только на тех архитектурах, под которые они изначально разрабатывались.

Машинный язык

Это единственный язык, который понимает компьютер без какой-либо предобработки. Сейчас программисты его не используют, потому что он слишком сложный в восприятии. Есть масса более понятных аналогов, выполняющих те же функции, в то время как машинный язык очень сложный, требует куда больше времени и внимательности от специалиста и вообще никак не помогает в создании новых программ, а только усложняет эту задачу.

Машинный язык – это информация в чистом виде, зачастую представляющая собой набор чисел в двоичной системе исчисления (иногда используются десятичные и другие варианты). Разработчики должны прописывать каждую команду с помощью заранее предусмотренных запросов, четко следуя правилам написания инструкций для конкретного чипа, с которым работает программист.

Написанный машинный код передается в загрузчик программ напрямую, обычно игнорируя любые посреднические программные слои.

Языки ассемблера

Это первый уровень абстракции от машинного языка. Первая надстройка, упрощающая восприятие программного кода и помогающая разработчикам писать более стабильные приложения, практически не теряя в производительности.

Синтаксис языка ассемблера состоит не из нулей и единиц (и даже не из цифр с буквенными значениями, как в десятичной системе), а из вполне читаемых директив, которые похожи на сокращенные английские слова. Например MOV вместо 1011 отвечает за перемещение данных из одного регистра в другой.

Каждый язык ассемблера поставляется с собственным переводчиком, превращающим директивы на английском языке в директивы, которые умеет читать компьютер, то есть в машинный код. Этот переводчик называют ассемблером. И это одна из причин, почему ПО, написанное с использованием ассемблера работает медленнее, – компьютеру требуется время на перевод.

Уровень абстракции языка ассемблера довольно посредственный, потому что информация, которой манипулирует разработчик, хранится в регистрах процессора (специальных ячейках, где может храниться определенный объем данных), из-за чего формируется тесная взаимосвязь между написанным кодом и используемым железом. Без больших затрат по времени ретранслировать этот код под другую платформу или операционную систему не получится.

В отличие от машинного языка, язык ассемблера используется даже в современной разработке. В частности, для создания ПО, требующего очень высокой производительности, низкоуровневых системных компонентов или драйверов для аппаратной части устройств.

Краткое сравнение ассемблера и машинного языка

Машинный код

Язык ассемблера

Нулевой уровень абстракции. Полный контакт с аппаратной составляющей компьютера

Первый уровень абстракции. Есть прослойка в виде переводчика-ассемблера

Трудно понять, что написано в коде

Код больше похож на человеческий язык

Для запуска не нужны дополнительные инструменты

Требуется ассемблер для превращения кода в машинный язык

Синтаксис состоит из нулей и единиц

Синтаксис состоит из английских слов

Высокоуровневые языки

Машинный код сложен для восприятия, и это порождает две большие проблемы в разработке:

Чтобы научиться программировать, нужно потратить много времени на изучение разных директив и понять, как они взаимодействуют друг с другом и с физическими компонентами компьютера.

Синтаксис машинного кода настолько мудреный, что писать программы, не допуская ошибок, почти нереально. Нужно быть крайне внимательным.

В связи с этим инженеры начали создавать дополнительные уровни абстракций для машинного языка, чтобы люди могли выполнять те же операции, но манипулируя куда более понятными для них структурами, отсекая часть задач, ранее возложенных на программиста, и передавая их специализированным компьютерным утилитам.

Высокоуровневые языки куда ближе к английскому языку, чем язык ассемблера и машинный код. Поэтому его проще воспринимать, и новые поколения программистов начали расти куда быстрее за счет использования более простых конструкций в коде.

Особенности высокоуровневых языков

Код, написанный на высокоуровневом языке, впоследствии трансформируется в машинный код при помощи специальных утилит: компиляторов и интерпретаторов. Первый трансформирует программу в понятную для компьютера еще до запуска, а второй делает это постепенно – строка за строкой.

Такой подход позволил создать множество уникальных синтаксисов и надстроек. Каждый вариант позволяет выполнять свои задачи по-разному, взаимодействуя с железом.

Взаимодействуя с высокоуровневыми языками, программист переходит на управление абстрактными структурами. На смену регистрам, адресам памяти и запросам в стек (это список команд, если выражаться максимально примитивно) приходят объекты, массивы данных, переменные, булевы выражения, функции, циклы и другие сущности, знакомые современным разработчикам.

Частицы кода больше напоминают прикладные и «осязаемые» элементы, в которые проще уложить логику сложных современных приложений и веб-сайтов.

Плюсы высокоуровневых языков

Главный плюс – абстракция. Современные разработчики не обязаны знать, как устроен компьютер и как с ним общаться с помощью нулей и единиц. Они могут создавать продвинутые приложения без глубоких познаний в области информатики.

Помимо низкого порога вхождения, высокоуровневые языки обеспечивают более богатый арсенал инструментов. В их числе специальные модули для автоматического выявления ошибок в коде и объединения нескольких видов технологий в одну рабочую среду (несколько фреймворков, сборщики по типу Webpack и т.п.).

ПО стало портативным. Одну базу кода можно использовать сразу на нескольких платформах. Мощные интерпретаторы в полуавтоматическом режиме превращают код на одном языке в код для нескольких отличающихся друг от друга ОС.

Минусы высокоуровневых языков

Низкая производительность. Чем выше уровень абстракции, тем больше времени и ресурсов компьютера тратится на «перевод» одного языка в другой. Поэтому некоторые приложения, даже будучи не слишком функциональными, долго загружаются или работают нестабильно.

Не особо смышленые программисты. Многие разработчики не углубляются в теоретическую базу и остаются на уровне своего языка, что сильно ограничивает их кругозор и не позволяет расти с профессиональной точки зрения. Притупляется внимание, страдают навыки поиска и инженерное мышление.

Избыточное внимание к инструментам. Количество дополнительных слоев абстракции становится избыточным. Регулярно появляются новые фреймворки, редакторы кода, дополнительные вспомогательные приложения, языки, стандарты и т.п. Фокус часто смещается с создания хороших программ на перебор утилит и споры о том, какие из них работают лучше.

Популярные высокоуровневые языки программирования

Их уже довольно много:

C – язык общего назначения, лежащий в основе десятков других языков.

C++ – расширенная версия C. До сих пор в почете и используется в разработке сложных приложений, например музыкальных плагинов и редакторов кода.

Java – мультипрофильный язык, который позволяет запускать единожды написанный код на десятках устройств и систем.

Python – простой в освоении язык общего назначения с «аккуратным» синтаксисом и большим количеством расширений.

JavaScript – скриптовый язык, выросший из эксклюзивной веб-технологии в мощный язык для создания приложений, игр, IDE даже других языков.

Естественно, языков в десятки раз больше, но на всех в этой статье места не хватит. Если интересно, почитайте статью на Википедии со списком всех известных языков программирования.

Степень высокоуровневости

Относительность термина «высокоуровневый» возникла в связи с избыточным ростом количества языков программирования. Причем многие из них базировались друг на друге и семимильными шагами повышали уровень абстракции.

Некоторые языки считаются более низкоуровневыми, чем другие, даже в пространстве высокоуровневых. Например, C++ более тесно взаимодействует с «железом», а потому нередко именуется низкоуровневым языком, хотя таковым и не является.

А все потому что появились языки в духе JavaScript, которые еще больше отдаляют программистов от аппаратных компонентов и создают тепличные условия, в которых разработка все меньше походит на хардкорную борьбу с машиной 30 лет назад.

Также низкоуровневыми начали называть языки, в которых по умолчанию не встроены дополнительные инструменты, облегчающие процесс создания ПО, например «сборщики мусора».

Краткое сравнение высокоуровневых и низкоуровневых языков

Низкоуровневые

Высокоуровневые

Наиболее понятный для компьютера язык с синтаксисом из нулей и единиц или простых команд для взаимодействия напрямую с «железом» компьютера

Наиболее понятный для человека язык. Больше напоминает английский

Позволяет создавать более производительный код.

Генерирует код, который требует больше ресурсов и времени для запуска

Даже при использовании языка ассемблера перевод происходит единожды самим ассемблером

Требует наличие компилятора или интерпретатора для преобразования человекоудобного кода в машинный код

Создает код, который работает на конкретном устройстве

Создает портативный код, который можно запускать на разных устройствах

Эффективен с точки зрения использования памяти

Менее эффективен с точки зрения использования памяти

Поиск и устранение ошибок занимают много времени

Есть инструменты для быстрого автоматического отлова ошибок

Что учить и зачем?

Если вы только начинаете свой путь в мире разработки, то сразу бросаться в языки ассемблера и уж тем более машинный код не стоит. Программирование – тема сложная, и лучше начинать с определенного уровня абстракции. Хотя бы C++, но куда лучше подойдет Python. Последний поможет понять базовые концепции и выучить простейшие алгоритмы. А дальше у вас будет два пути:

Выбрать один из высокоуровневых языков в зависимости от того, какое программное обеспечение вы хотите создавать и для каких операционных систем.

Начать углубленное изучение низкоуровневых языков, чтобы в дальнейшем создавать драйверы и микропрограммы для чипов.

Вместо заключения

Низкоуровневые и высокоуровневые языки хоть и разные, но отлично уживаются в современном мире, выполняя задачи, возложенные конкретно на них. Благодаря повышению уровня абстракции был создан весь современный цифровой мир, поэтому корить разработчиков за то, что они используют только условный Objective-C и игнорируют машинный код, нелепо. Но и совсем отрицать важность изучения основ тоже глупо. Чтобы быть хорошим специалистом, нужно поддерживать баланс и изучать программирование со всех сторон.

Источник

Высокоуровневый язык программирования: отличительные черты и основные виды

Высокоуровневые языки программирования отличаются большей направленностью на человека, чем на машину, для которой их конструкции будут слишком сложными и ресурсоемкими. Не стоит полагать, что данный тип, исходя из названия, чем-то лучше других, так как и у низкоуровневых, и высокоуровневых свои задачи, преимущества и недостатки.

Понимание возможностей и особенностей данных языков позволит начинающим программистам определиться с направлением развития своих навыков. В нашей статье мы расскажем, что такое высокоуровневые языки программирования, как они появились, рассмотрим их возможности и разновидности.

Понятие высокоуровневого языка программирования

Высокоуровневый язык программирования – средство записи компьютерных программ, обеспечивающее высокую скорость и удобство работы. Его отличительной чертой является абстракция. Другими словами, высокоуровневый язык программирования обеспечивает возможность введения смысловых конструкций, способных коротко описать форматы данных и операции с ними в тех случаях, когда описания на низкоуровневом языке (например, на машинном коде) будут сложными для восприятия и очень длинными.

Понятие высокоуровневого языка программирования

Первые высокоуровневые языки программирования создавались с целью предотвращения зависимости сути алгоритмов от платформы. В этом случае платформенная независимость обеспечивается перекладыванием связей на инструментальные программы, которые осуществляют перевод текстов с высокоуровневых языков на машинный код. Инструментальные программы выступают своего рода трансляторами.

Таким образом, высокоуровневые языки программирования облегчают выполнение сложных задач программирования и упрощают адаптацию ПО. Применение инструментальных трансляторов позволяет связать программы, написанные с использованием высокоуровневых языков и ОС устройств и оборудования. В идеальном случае при использовании интерпретаторов не требуется модификация первоначального текста на языке программирования высокого уровня для всех видов платформ.

История появления высокоуровневых языков программирования

Попытка создать первый высокоуровневый язык программирования была предпринята еще во время Второй Мировой Войны. Его разработал немецкий инженер, дав ему имя Plankalkül. В 50-е годы эволюция компьютеров привела к началу новой эры программирования. Тогда был создан первый язык программирования, позволяющий писать код независимо от типа процессора, Fortran.

Ваш Путь в IT начинается здесь

Появление парадигмы структурного программирования стало революционным шагом в развитии программирования. Это позволило писать код большего объема с меньшими усилиями. А логичная структура программы облегчала тестирование и позволяла избежать множества ошибок. Задачу по созданию языка программирования в свое время пытались решить и военные США. В результате этих разработок в начале восьмидесятых годов прошлого столетия появился язык Ada.

Он еще являлся достаточно упрощенным, но, при этом, для своего времени был достаточно функциональным. Язык Ada применялся для программирования военной аппаратуры.

История появления высокоуровневых языков программирования

Также, в 60-е годы компания Bell Labs начала активно разрабатывать ОС Unix. Вслед за неудачными попытками использования ассемблера и языка B, пришел язык С. Он оказался настолько эффективным, что вытеснил BASIC и Pascal. Когда были разработаны принципы объектно-ориентрованного программирования, язык С трансформировался в С++, а позже в С#.

Плюсы и минусы высокоуровневых языков программирования

Основным достоинством машинно-независимых языков программирования являются их простота и универсальность. Как следствие, значительно сокращается продолжительность написания кода и отладки. Одна и та же программа может быть выполнена на компьютерах разной архитектуры.

Также к преимуществам языков программирования высокого уровня следует отнести такие факты:

Мы в GeekBrains каждый день обучаем людей новым профессиям и точно знаем, с какими трудностями они сталкиваются. Вместе с экспертами по построению карьеры поможем определиться с новой профессией, узнать, с чего начать, и преодолеть страх изменений.

Карьерная мастерская это:

Уже 50 000 человек прошли мастерскую и сделали шаг к новой профессии!

Запишитесь на бесплатный курс и станьте ближе к новой карьере:

Зарегистрироваться и получить подарки

Недостатком высокоуровневых языков программирования в сравнении с низкоуровневыми является большой размер программ. Поэтому существуют сферы, где до сих пор используются ассемблеры. Это разработка компиляторов для языков высокого уровня, драйверы, системный код, микроконтроллеры. Основная область применения языков высокого уровня — написание ПО для компьютеров и устройств с большими объемами памяти.

Сравнение высоко- и низкоуровневых языков программирования

Рассмотрим наиболее существенные отличия низко- и высокоуровневых языков программирования.

Машинно-зависимые языки позволяют писать быстродействующие программы. Для их работы не требуется использовать трансляторы, так как они максимально приближены к машинному языку. Эффективность ассемблеров в 2-4 раза выше современных языков высокого уровня.

Высокоуровневые языки адаптированы под естественный язык, понятный человеку. А значит, в качестве переводчика между языком программирования и машинным языком, понятным процессору, выступают компиляторы и интерпретаторы. Это в значительной степени замедляет время выполнения программы.

Как упоминалось ранее, программы, написанные на языках программирования высокого уровня, более объемные. Таким образом мы расплачиваемся за удобство и скорость написания кода. Чем более человеко-ориентирован язык, тем больше памяти он занимает. Здесь можно отметить, что программы, написанные на среднеуровневых языках, не нуждаются в таких больших объемах памяти.

Код на низкоуровневых языках приближен к принципам работы машины, но не к человеческому мышлению. Программы выглядят гораздо более объемными, чем написанные на высокоуровневых языках. Код, занимающий 1 строку на Python, может занимать 5-10 на ассемблере. Чем сложнее и длиннее программа, тем больше вероятность допустить ошибку в коде, и тем сложнее ее отладка.

Если вы привыкли к огромному количеству библиотек, программируя на высокоуровневых языках, то в случае ассемблера зачастую они просто отсутствуют.

Из перечисленного становится понятным, почему высокоуровневые языки набирают популярность. Здесь низкий порог входа и возможность освоить язык за достаточно короткое время. Дело в том, что высокоуровневые языки, состоящие из фраз английского языка более просты для понимания. Это также способствует их популярности среди программистов.

Под портируемостью понимается возможность переноса программы на другую архитектуру или операционную систему. В случае языков программирования говорят о мобильности, т.е. независимости от платформы.

Высокоуровневые языки в большей или меньшей степени не зависимы от платформы или процессора. Чем более распространен и технологичен язык, тем большей мобильностью он характеризуется. Т. е., один и тот же код относительно легко может использоваться на компьютерах разного типа. Нужен лишь соответствующий транслятор, способный представить код на машинном языке. Именно поэтому языки высокого уровня называются машинно-независимыми

По уровню абстракции языки программирования можно разделить на несколько уровней. Машинный уровень – язык из 0 и 1, единственный доступный компьютеру. Программист пишет код непосредственно в бинарном виде. Этот код напрямую загружается в процессор и исполняется процессором. Здесь уровень абстракции нулевой, так как вы полностью подстраиваетесь под машину.

Следующий уровень — низкоуровневые языки. Они обладают низким уровнем абстракции. Этот способ программирования несколько удобнее, чем программирование на машинном коде. Тем не менее абстрагироваться от конкретной машины мы не можем.

Абстракция

Третий уровень — высокоуровневые языки. На данном уровне абстракции уже требуется использование транслятора для перевода с языка программирования на машинный язык. Следовательно, мы можем полностью абстрагироваться от используемого компьютера.

Разновидности высокоуровневых языков программирования

Процедурно-ориентированные языки программирования

С ростом запросов на программное обеспечение программы становились все более сложными и громоздкими. Чтобы упростить их разработку код стали разбивать на фрагменты. Каждый самостоятельный фрагмент программы называется процедурой (или подпрограммой). Он состоит из последовательности шагов для решений конкретной задачи. Программа в свою очередь состоит из совокупности таких процедур. Выполнение кода организовано сверху вниз по иерархическому принципу.

Наиболее популярные языки, поддерживающие парадигму процедурно-ориентированного программирования:

Проблемно-ориентированные языки программирования

С течение времени стало очевидно, что не всегда универсальные языки могут дать оптимальное решение для специфических отраслей. Тогда и возник запрос на прикладное программирование. Каждый из проблемно-ориентированных языков нацелен на решение узкоспециализированных задач. Они характеризуются наиболее высоким уровнем абстракции. Алфавитом в таких языках служат термины конкретной научно-технической области.

Наиболее известные проблемно-ориентированные языки:

Объектно-ориентированные языки программирования

ООП появилось как эволюция процедурных языков программирования.

Его концепция заключается в представлении программы, как совокупности объектов. В структурных языках основную роль играет логика, понимание последовательности действий. В объектно-ориентированных языках важно взаимодействие друг с другом объектов, логика работы каждого объекта не важна.

Использование классов лучше структурирует программу и значительно сокращает ее размер. Ни одна более менее крупная программа не может быть написана без использования ООП.

Лидерами среди языков объектно-ориентированного программирования являются С++, С#, JavaScript.

Источник