Языки программирования низкого уровня: зачем нужны и стоит ли учить сегодня

О чем речь? Языки программирования низкого уровня не являются чем-то плохим или устаревшим, такое название лишь указывает на способ взаимодействия программы с «железом». Первый ЯП низкого уровня – это машинный код, в котором были только нули и единицы. Со временем добавились и другие языки.

Насколько актуальны? Несмотря на то, что сейчас популярно высокоуровневое программирование, низкоуровневые ЯП все еще востребованы. На них пишут драйверы, операционные системы, прошивки и т. д. К тому же, любому программисту будет полезно изучение таких языков.

Понятие языка программирования низкого уровня

Самым первым и наиболее примитивным языком программирования считается машинный код, который состоит из набора последовательных команд, передаваемых на процессор двумя символами – «0» и «1». Ноль – отсутствие электрического сигнала на устройстве, а единица – наличие такого сигнала.

Поток сигналов позволят активировать процессор для выполнения тех или иных операций. Благодаря этому ЭВМ могли решать простейшие задачи, например, производить арифметические вычисления, передавать данные от одного регистра к другому, сравнивать коды разного числа.

Постепенно повышалась сложность операций, которые могли выполнять языки программирования. Возрастали количество команд и скорость их реализации. Чтобы сделать машинные коды более результативным и гибкими, их стали разделять на микропрограммы.

Языки программирования низкого уровня – это языки, близкие к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального процессора.

Для обозначения машинных команд применяется мнемоника. Для этого используются специальные сокращения слов обычного языка (как правило, английских). При этом одному такому сокращению может соответствовать целый ряд машинных команд, выполняющих одну и ту же операцию с разными ячейками памяти процессора.

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 31975

У примитивных языков программирования могут быть дополнительные возможности, к примеру, макроопределение (макросы). Посредством директив есть возможность управлять процессом трансляции машинных кодов с занесением констант и литеральных строк, а также с резервированием памяти для переменных и размещением исполняемого кода по определенным адресам.

При помощи таких языков можно использовать переменные ячейки памяти. При работе учитывается специфика конкретного семейства процессов.

Двоичные машинные коды применялись для разработки первых компьютерных программ. Этот сложный процесс был упрощен благодаря низкоуровневым языкам. Они позволили сделать машинные команды более легкими для понимания. Специальные программы, которые назывались трансляторами, использовались для преобразования в бинарный код. Существует две разновидности таких программ:

• Компиляторы. Они применяются для преобразования программного текста в машинный код, который после этого сохраняется и используется уже без транслятора. Яркий пример – файлы с расширением *.ехе.
• Интерпретаторы. Позволяют частично трансформировать программу в машинный код, а затем выполнять его и переходить к следующему фрагменту.

При создании алгоритма на языке низкого уровня программист обращается «непосредственно» к аппаратному функционалу компьютера:

• процессору;
• памяти;
• периферийным устройствам.

Если программист решает использовать язык низкого уровня, то за весь аппаратный функционал устройства (скорость загрузки процессора, выделяемая память и т.д.) будет отвечать он сам. Таким образом, низкоуровневые языки являются наименее безопасными. Высокоуровневые способы записи отличаются меньшим количеством ошибок в получаемом коде.

Языки программирования низкого уровня применяются для создания следующих видов ПО:

• системы реального времени;
• микроконтроллеры;
• драйверы, осуществляющие управление внешними устройствами (принтеры, сканеры, камеры и т.д.).

Языки высокого уровня на сегодняшний день являются самыми распространенными. Конечно же, это не всегда было так. Раньше наибольшую популярность имели именно низкоуровневые языки. Однако такие способы написания кода используются и по сей день. Перечислим основные сферы применения низкоуровневых языков:

• написание драйверов для аппаратного обеспечения и периферийных устройств, подключающихся к компьютеру;
• разработка ОС и ядер прошивок;

  Читайте также!

  Что такое прототип: определение, функции, тонкости разработки

  Подробнее
  
• выполнение некоторых других важных задач, например, управление различными устройствами и их характеристиками в военной, инженерной и медицинской областях.

Плюсы и минусы низкоуровневых языков программирования

На данный момент существует множество языков программирования низкого уровня. Они имеют свои преимущества и недостатки. Плюсом низкоуровневых языков является возможность разработки эффективных и компактных программ. При использовании такого способа записи программист получает доступ ко всему функционалу процессора.

Однако у низкоуровневых языков есть целый ряд минусов:

• Разработчик должен обладать высоким уровнем мастерства. Ему нужно хорошо разбираться в устройстве микропроцессорной системы, для которой пишется программа. Следовательно, чтобы создать программу для ПК, необходимо понимать, по какому принципу работает его «железо». В особенности это касается специфики работы процессора.
• Полученную программу нельзя будет использовать на устройстве с другим типом процессора.
• Для создания сложных программ требуется много времени.

Чаще всего низкоуровневые языки применяются для разработки небольших системных программ, драйверов устройств, модулей стыков с нестандартным оборудованием, а также при программировании специализированных микропроцессоров, которые должны предоставлять возможность непосредственного обращения к «железу», быть компактными и скоростными.

Примеры языков программирования низкого уровня

Как уже ранее упоминалось, языком самого низкого уровня является машинный код, содержащий лишь «0» и «1». Более сложным считается язык ассемблера.

Язык ассемблера – набор принципов создания нового синтаксиса для управления процессорами в различных архитектурах. Его синтаксис более функционален и понятен, чем в машинном коде. Ассемблер позволяет выполнять операции со всеми процессами внутри компьютера. Однако синтаксисы остальных низкоуровневых языков гораздо проще.

CIL – это еще один язык низкого уровня, созданный компанией Microsoft (в данной организации он получил название «высокоуровневого Ассемблера»). Используется в качестве промежуточного языка в виртуальной машине .NET. Иными словами, все компиляторы, которые работают с .NET, трансформируют языки высокого уровня из этого фреймворка в язык CIL, а он, в свою очередь, позволяет управлять аппаратным функционалом устройства.

Кроме того, существуют гибкие языки, которые также называют «языками среднего уровня». Проще говоря, они могут быть как высокоуровневыми, так и низкоуровневыми. Таковыми являются С, С++, RUST и некоторые другие. Но почему же они такие универсальные? Языки программирования низкого уровня отличаются тем, что могут «непосредственно» воздействовать на «железо» компьютера.

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

То же самое можно сказать и про среднеуровневые варианты. Благодаря этой особенности они нередко используются при разработке ОС и драйверов, создаваемых на низкоуровневых языках. Однако гибкие способы также применяются в приложениях и играх, написанных на языках высокого уровня.

Стоит ли изучать низкоуровневые языки программирования

Многие люди считают, что изучение низкоуровневых языков – пустая трата времени. Однако это большое заблуждение. Рассмотрим несколько важных сфер применения языков подобного уровня:

• Работа с памятью

Многие специалисты, знающие только Java, C# и другие схожие языки, не умеют решать некоторые задачи, связанные с памятью. С одной стороны, высокоуровневые способы записи кода должны освобождать программиста от выполнения таких операций. Но в любой программе иногда случаются ошибки. К примеру, программа для сбора мусора может начать использовать слишком большие объемы памяти.

• Разработка мультипоточных приложений

Высочайший уровень абстрагирования для создания потоков – вот чем отличаются высокоуровневые языки. Но если вы будете понимать нюансы концепции thread safe, то сможете ускорить время отладки многопоточного приложения.

• Общее понимания

Погоня за эффективностью чаще всего оборачивается слишком ранней оптимизацией. Применение низкоуровневой оптимизации – еще более грубая ошибка, так как обычно это приводит лишь к бесполезному расходованию сил. Однако есть один нюанс. Если вы хотите разобраться с принципами работы компьютера, то придется изучить низкоуровневый язык Assembler.

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.

Лучше всего дополнительно изучить asm того или иного RISC процессора, например ARM. Однако этот совет актуален лишь для особых любителей. В любом случае знание ассеблера необходимо для того, чтобы понять все нюансы работы компьютера.

Будущее низкоуровневого программирования

Низкоуровневые языки имеют как плюсы, так и минусы. Но нельзя не отметить, что в будущем такое программирование будет активно использоваться в разных сферах. Тот же asm не потеряет свою актуальность до той поры, пока не перестанут существовать разнотипные процессоры. Если специалист будет знать этот язык, то он сможет с легкостью выполнить оптимизацию созданного на нем кода.

Читайте также!

Сложно ли учиться на программиста: большие возможности и подводные камни

Подробнее

Чем лучше вы разбираетесь в низкоуровневом программировании, тем лучше понимаете архитектуру и аппаратный функционал вычислительных машин. Это помогает избежать ошибок при разработке ПО.

Спрос на asm падает из-за того, что IT-сфера развивается бешеными темпами. На данный момент самыми важными аспектами разработки являются надежность и скорость. Именно такие качества присущи языкам высокого уровня. Однако в будущем спрос на asm будет только расти. Это объясняется низкой себестоимостью и высоким быстродействием – первостепенными параметрами для выполнения множества важных операций.

Форт также имеет многообещающие перспективы. Это лучший язык для разработки кроссплатформенных систем и систем программирования. Вполне вероятно, что через некоторое время Форт станет ключевым звеном в той или иной сфере за счет своих неоспоримых преимуществ. Речь идет о «шитом коде» – внутреннем устройстве языка, которое прославилось своей простотой, экономичностью и эффективностью байт-кодов.

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

Нельзя не упомянуть низкоуровневый язык С, который также будет востребован на рынке. Он достаточно прост, стандартизирован и адаптирован под множество платформ. В будущем особенности С могут быть использованы для разработки новых языков.

Автор статьи:

Редакция сайта GeekBrains Шеф-редактор раздела Программирование