Уровни языков программирования: классификация и особенности

Что это? Уровни языков программирования определяют сложности и тонкости разработки той или иной программы. Для каждого из них присущи свои технические нюансы, которые применимы в разных целях.

Какие бывают? От так называемых низких (близких к «машинному» языку) до высоких, как, например, язык Java. Количество изменений, через которые проходит текст, в итоге и определяет «высоту» уровня языка.

Понятие уровня языка программирования

Язык программирования представляет собой набор инструкций, благодаря которым человек может дать команду процессору. Таким образом осуществляется управление компьютером. На данный момент разработано большое количество языков, отличающихся между собой особенностями синтаксиса. С их помощью можно редактировать данные на компьютере, корректировать визуальный контент, открывать программы, выполнять вычисления и т. д.

Стоит понимать, что разные языки программирования работают с компьютером на разных уровнях. Машина не может считывать обычный человеческий язык, поэтому для воздействия на неё применяют специальные системы символов.

Языки делятся на уровни в зависимости от того, какая степень подробности детализации листинга будущей программы необходима для реализации. Проще говоря, насколько сложна будет работа специалиста.

Языки программирования включают в себя несколько базовых элементов:

• Алфавит — символы, комбинации которых будут формировать различные языковые конструкции.
• Синтаксис — правила записи функций, команд и прочих конструкций языка.
• Семантика — правила интерпретации и обработки конструкций.

Узнай, какие ИТ - профессии
входят в ТОП-30 с доходом
от 210 000 ₽/мес

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Команда GeekBrains совместно с международными специалистами по развитию карьеры подготовили материалы, которые помогут вам начать путь к профессии мечты.

Подборка содержит только самые востребованные и высокооплачиваемые специальности и направления в IT-сфере. 86% наших учеников с помощью данных материалов определились с карьерной целью на ближайшее будущее!

Скачивайте и используйте уже сегодня:

Павел Симонов

Исполнительный директор Geekbrains

Топ-30 самых востребованных и высокооплачиваемых профессий 2023

Поможет разобраться в актуальной ситуации на рынке труда

Подборка 50+ бесплатных нейросетей для упрощения работы и увеличения заработка

Только проверенные нейросети с доступом из России и свободным использованием

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

Список проверенных ресурсов реальных вакансий с доходом от 210 000 ₽

Получить подборку бесплатно

pdf 3,7mb

doc 1,7mb

Уже скачали 31974

Кроме того, существуют так называемые словари. Они состоят из слов, которые могут применяться в отдельных ситуациях и реализовывать конкретное назначение. К примеру, printf, if, input.

Основные языки программирования

Список языков программирования разных уровней:

Assembler (ассемблер)

Данный язык является одним из самых старых. Программы, написанные с помощью этой знаковой системы, напрямую связаны с компьютером, на котором они будут использоваться. Иначе говоря, это машинозависимый язык. Каждая команда ассемблера, как правило, переводится точно в одну команду машинного языка. У разных электронно-вычислительных машин разные машинные языки и, следовательно, ассемблеры также различаются.

Basic

Это ещё один древнейший представитель языков программирования. Разработчиками Basic являются Джон Кемени и Том Куртц. Эти специалисты работали в Дортмундском колледже в 1964 году. Basic — это аббревиатура от «Beginner’s All purpose Symbolic Instructions Code» (универсальный язык кодов для начинающих).

После того как была выпущена OC Windows и визуальные средства разработки программ, в свет вышла среда программирования Microsoft Visual Basic.

Pascal

Один из самых распространённых языков был создан в 1967 году профессором Никлаусом Виртом. Сначала эта формальная система записи использовалась для обучения студентов программированию, а в дальнейшем — для разработки новых программных продуктов. Язык был назван в честь ученого Блеза Паскаля.

Существует целый ряд сред программирования, базирующихся на Pascal. Например, разные версии Turbo Pascal, Borland Pascal для операционной системы DOS. Краткость и ясность — вот два главных преимущества данного языка.

Среду программирования Borland Delphi иногда называют Visual Pascal. Дело в том, что ее основу составляет Object Pascal (одно из расширенной языка Pascal).

FORTRAN

Этот язык был создан ещё в начале 50-х годов. Разработка велась группой исследователей под руководством Джона Бэкуса. Название языка отсылает к двум словам: «formula» и «translation». В 1957 году разработчики создали первую версию FORTRAN. Язык отличался необычной формой записи программ. Текст записывался строками определенной длины по 80 знаков. Это число соответствует размеру перфокарты. Метки — важнейшие составляющие данного языка.

ADA

По своей сложности этот универсальный язык высокого уровня схож с C++. Название отсылает к Аде Августе Лавлейс, которая работала с Чарльзом Бэббиджем, создавая программы для его «аналитической машины». ADA был разработан в 1979 году командой программистов, лидером которых являлся Жан Ичбиа. Разработка велась в рамках конкурса, который был организован Министерством обороны США. ADA – универсальный высокоуровневый язык программирования.

С

Наиболее популярный язык на данный момент. Изначально системе С недоставало средств высокого уровня (абстрактных типов данных и объектов). Поэтому в начале 80-х годов Бьерн Страуструп занялся созданием расширения языка. Этот проект получил название «С с классами». В 1983 году был выпущен первый коммерческий транслятор C++. Первоначально язык разрабатывался для повышения процента повторного применения уже написанного кода. Стоит отметить, что среда программирования C++ Builder мало чем отличается от среды Borland Delphi, у них одинаковый интерфейс.

C++

Этот язык можно назвать как высокоуровневым, так и низкоуровневым. C++ отличается от своего предшественника расширенными возможностями объектно-ориентированного программирования. Данный компилируемый язык получил своё название от системы С. Унарный оператор ++ обозначает увеличение переменной на 1.

C++ часто применяется при создании ПО. К примеру, в процессе разработки всевозможных прикладных программ, операционных систем, драйверов устройств, видеоигр и т.д. Есть целый ряд реализаций данного языка. При этом никто не имеет прав на C++, он полностью свободен.

Python

В последнее время этот язык общего назначения применяется все чаще. Является довольно легким в изучении и достаточно функциональным. Предусматривает концепции ООП в своем составе. Этот язык хорошо финансируется.

Java

Стандартный язык для мультиплатформенной разработки. Нередко применяется в процессе создания приложений для мобильных устройств.

Данный язык достаточно прост в освоении. Синтаксис Java во многом схож с английским. Исходный код отличается компактностью. Кроме того, его легко читать. Язык имеет ещё одно яркое достоинство — функциональность, которая выражается в большом количестве библиотек и фреймворков. Эта формальная знаковая система использовалась для разработки игры Minecraft.

Его советуют изучать все опытные специалисты в области программирования. Однако у языка есть и свой недостаток — он забирает у устройства большое количество памяти и места.

JavaScript

Данная формальная знаковая система часто используется web-программистами. В основу языка легли скрипты, которые можно совмещать со всеми популярными интернет-обозревателями. JavaScript очень функционален. В нем содержится большое количество инструментов. Среди минусов системы можно выделить сравнительно низкую степень безопасности кода.

На какие уровни делятся языки программирования? Формальные знаковые системы классифицируются по самым разным признакам. Рассмотрим несколько основных уровней языков программирования.

Низкий уровень языков программирования

Низкоуровневые языки неразрывно связаны с процессорами, для которых они созданы. Таким образом, это машинно-ориентированные формальные знаковые системы. У них нет встроенных функций. При этом они могут обращаться к конкретным регистрам процессора. Относятся к набору команд процессора и определяются производителем устройства. Следовательно, код одного ПК нельзя использовать на другом.

Производители процессоров формируют наборы инструкций, которые позволяют взаимодействовать с устройствами. Если специалист хочет разработать программу на низкоуровневом языке, то ему нужно разобраться в особенностях центрального узла компьютера. При этом набор команд процессора гораздо проще, чем набор функций высокоуровневых языков. Чтобы выполнить одну инструкцию на языке высокого уровня, придется использовать сразу несколько инструкций на языке программирования низкого уровня.

Практически все современные процессоры применяют либо 32, либо 64 бита для каждой инструкции. Число бит, которое процессор обрабатывает как единое целое, называют размером слова.

Читайте также!

Программирование после колледжа: как развиваться в профессии

Подробнее

Любая инструкция низкого уровня включает в себя два элемента: код операции и операнд.

Кодом операции называют часть инструкции, которая определяет, какую операцию нужно выполнить процессору. К примеру, код операции может указывать, что устройство должно выполнить загрузку или сохранение данных.

Операнд включает в себя значение или набор значений, которые относятся к коду операций. Он может представлять собой фактический фрагмент данных или ссылку на ячейку памяти данных, на которую должен действовать код операции. К примеру, если код операции соответствует инструкции «сохранить», то операнд будет включать в себя ячейку памяти, в которой должны храниться данные.

Как уже ранее упоминалось, низкоуровневые языки применяются для создания программ, которые будут работать с определенной архитектурой компьютера. Так как они схожи с машинным кодом, их довольно сложно понять. Применяются при написании кода для специализированных устройств. В отличие от высокоуровневых языков в них много мнемонического кода и мало распознаваемой лексики.

Дарим скидку от 60%
на курсы от GeekBrains до 01 декабря

Уже через 9 месяцев сможете устроиться на работу с доходом от 150 000 рублей

Забронировать скидку

Плюсы низкоуровневых знаковых систем:

• Программы можно без труда преобразовать в машинный код.
• Высокоскоростная обработка данных.
• Созданные программы не затачивают большого количества памяти, так как в них отсутствуют связанные библиотеки.
• Работа с аппаратным функционалом.
• Вы можете получить доступ к реестру общего назначения напрямую (для извлечения или хранения данных).
• Программы без проблем функционируют на устройствах с небольшой памятью.

Минусы низкоуровневых языков:

• Сложность запоминания инструкций.
• Усложнённая отладка и поиск ошибок.
• Необходима предельная сосредоточенность при программировании.
• Сложности при написании кода.
• Код одного устройства нельзя использовать на другом.
• Нет библиотек, что усложняет создание крупных программ.
• Затрачивают больше времени при разработке крупных проектов.
• Большое количество ошибок.
• Программисту нужно хорошо разбираться в компьютерной архитектуре.

Два самых распространенных языка низкого уровня:

• язык ассемблера;
• машинный код.

Только до 25.11

Скачай подборку материалов, чтобы гарантированно найти работу в IT за 14 дней

Список документов:

ТОП-100 площадок для поиска работы от GeekBrains

20 профессий 2023 года, с доходом от 150 000 рублей

Чек-лист «Как успешно пройти собеседование»

Чтобы получить файл, укажите e-mail:

Введите e-mail, чтобы получить доступ к документам

Подтвердите, что вы не робот,
указав номер телефона:

Введите телефон, чтобы получить доступ к документам

Скачать подборку бесплатно pdf 2,5mb

Уже скачали 52300

Я подтверждаю согласие на обработку персональных данных.

Высокоуровневые языки программирования

Высокоуровневые языки схожи с человеческими языками. С их помощью разработчик может сконцентрироваться на определенной проблеме. Ему не нужно разбираться в архитектуре, так как программы, написанные на языках высокого уровня, могут использоваться на разных устройствах.

Плюсы высокоуровневых систем:

• Простота модифицирования.
• Быстрое написание кода.
• Отсутствие сложностей при внесении правок.
• Код работает на разных устройствах.

Недостатки:

• Сниженная производительность. Как известно, чем ниже уровень абстракции, тем меньше времени и памяти необходимо для конвертации одного языка в другой. Следовательно, программы, написанные на низкоуровневых языках, будут быстрее загружаться и стабильнее работать.
• Неглубокие познания разработчиков. Некоторые программисты, работающие с высокоуровневыми языками, не знают многих нюансов работы с конкретными устройствами и не разбираются в других языках. Уровень компетентности таких специалистов оставляет желать лучшего.
• Акцент на использовании инструментов, а не на создании эффективных программ. С каждым годом количество новых фреймворков, редакторов кода, дополнительных вспомогательных приложений, языков и стандартов становится всё больше. Внимание программистов зачастую сосредоточено на подборе инструментов, а не на качестве разрабатываемых программ.

Классификация языков программирования высокого уровня:

• Императивные. Применяются для создания инструкций. Разработчик самостоятельно решает, как будет решаться проблема.
• Декларативные. Применяются не для решения проблемы, а для ее определения.
• Объектно-ориентированные. Применяются для обозначения объектов и классов, которые определяют данные и инструкции для управления данными. Среди ярких представителей объектно-ориентированных языков можно выделить Java.

По мнению некоторых пользователей, объектно-ориентированные языки являются подвидом императивных языков. Дело в том, что стиль кода определяет проблему, которую необходимо решить.

Человеку понятен как код, так и синтаксис высокоуровневых формальных знаковых систем, чего нельзя сказать про центральный процессор вычислительной машины. Из-за этого программа должна проходить более длительную компиляцию.

Существует множество языков программирования высокого уровня. Их группируют по так называемым парадигмам – стилям или способам решения проблемы. Высокоуровневые языки выполняют абстрагирование процедуры, которая запускается компьютером. При этом такие знаковые системы проще изучать и использовать.

Классификация уровней языков программирования по принципам разработки

Различают процедурное, непроцедурное и объектно-ориентированное программирование.

Процедурное

Отличительные особенности:

• основывается на изменении состояния устройства (значении ячеек памяти, процессора);
• пошаговое управление информацией;
• инструкции применяются для реализации заданных операций;
• имеет место четкая структуризация приложений.

Популярные статьи

Высокооплачиваемые профессии сегодня и в ближайшем будущем

Дополнительный заработок в Интернете: варианты для новичков и специалистов

Востребованные удаленные профессии: зарабатывайте, не выходя из дома

Разработчик игр: чем занимается, сколько зарабатывает и где учится

Как выбрать профессию по душе: детальное руководство + ценные советы

Непроцедурное

Непроцедурное программирование полезно в том случае, если программисту нужно находить большие объемы информации. Используется тогда, когда выстроить точное решение невозможно (к примеру, при переводе и распознавании образов). При этом решения опираются на встроенный интерпретатор. Непроцедурная разработка предусматривает языки логического и функционального программирования.

Объектно-ориентированное

В настоящее время это наиболее распространенный метод программирования. Объектно-ориентированный метод начали применять в 20 веке. Эти языки определяют объекты, работают с классами и располагают абстрактными данными. Важнейшими принципами являются: наследование, инкапсуляция и абстракция. Приложение представлено связью объектов. Оно базируется на взаимодействии компонентов на экране, а не на чистой логике.

Уровни языков программирования по типу решаемых задач

Различают универсальные и специализированные языки. Универсальные применяются для веб-разработки, создания игр, бизнес-приложений и решения многих других задач.

Читайте также!

Бинарный поиск: зачем нужен и как реализовать

Подробнее

Специализированные языки ориентируются на особенности выбранной предметной области. Перечислим несколько таких вариантов:

• для web-программирования;
• скриптовые;
• разметки;
• гипертекста;
• для мобильных платформ.

Учтите, что типы программирования имеют ряд принципиальных отличий друг от друга. К примеру, создавать код на низкоуровневом языке сложнее, чем на высокоуровневом. Таким образом, выбор конкретных инструментов должен выполняться исходя из целей конкретного проекта. Для одной задачи оптимальным вариантом будет низкоуровневый язык, а для другой – высокоуровневый.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование