Процессор работает с языком низкого уровня который называется: ЯЗЫК НИЗКОГО УРОВНЯ — это… Что такое ЯЗЫК НИЗКОГО УРОВНЯ?

ЯЗЫК НИЗКОГО УРОВНЯ — это… Что такое ЯЗЫК НИЗКОГО УРОВНЯ?

ЯЗЫК НИЗКОГО УРОВНЯ

(low-level language) Вид компьютерного языка, близкий к форме, которую компьютер может понимать непосредственно. Есть два типа языков низкого уровня: язык ассемблера (assembly language) и машинный язык (machine code). Языки низкого уровня трудно использовать, но на них пишутся программы, которые работают быстрее, чем программы, написанные на более удобных языках высокого уровня (high-level languages).

Бизнес. Толковый словарь. — М.: «ИНФРА-М», Издательство «Весь Мир».
Грэхэм Бетс, Барри Брайндли, С. Уильямс и др. Общая редакция: д.э.н. Осадчая И.М..
1998.

• ЯЗЫК ЗАПРОСОВ
• ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ

Смотреть что такое «ЯЗЫК НИЗКОГО УРОВНЯ» в других словарях:

• язык низкого уровня — — [http://www.iks media.ru/glossary/index.html?glossid=2400324] Тематики электросвязь, основные понятия EN low level language …   Справочник технического переводчика

• язык низкого уровня — žemojo lygmens kalba statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. low level language vok. Grundsprache, f; niedere Maschinensprache, f rus. язык низкого уровня, m pranc. langage de bas niveau, m …   Automatikos terminų žodynas

• ЯЗЫК ВЫСОКОГО УРОВНЯ — (high level language) Тип языка компьютерного программирования. Языки высокого уровня предназначены для выражения потребностей программиста, а не возможностей компьютера. сравни: язык низкого уровня (low level language). Они используют… …   Словарь бизнес-терминов

• Язык программирования низкого уровня — Низкоуровневый язык программирования (язык программирования низкого уровня) язык программирования, близкий к программированию непосредственно в машинных кодах используемого реального или виртуального (например, Java, Microsoft .NET) процессора.… …   Википедия

• язык с ограниченной варьируемостью — Текстовый или графический язык программирования, предназначенный для коммерческих и промышленных программируемых электронных контроллеров, диапазон возможностей которого ограничен применением этих устройств. Пример Ниже приведены примеры языков с …   Справочник технического переводчика

• Язык ассемблера — Листинг программы на языке ассемблера Motorola MC6800 (слева идут адреса и машинные коды в шестнадцатеричной системе, вычисленные и сгенерированн …   Википедия

• язык — 3.1.6. язык: Система знаков, обеспечивающая коммуникацию и включающая набор знаков (словарь) и правила их употребления и интерпретации (грамматика) Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• язык с ограниченной варьируемостью — 3.12 язык с ограниченной варьируемостью (limited variability language): Текстовый или графический язык программирования, предназначенный для коммерческих и промышленных программируемых электронных логических контроллеров, диапазон возможностей… …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ — это совокупность набора символов (алфавита) системы, правил образования (синтаксис) и истолкования конструкции из символов (семантика) для задания алгоритмов с использованием символов естественного языка. В самом общем виде формальный язык… …   Большая политехническая энциклопедия

• ЯЗЫК ПРОГРАММИРОВАНИЯ — (programming language) Язык, используемый для выдачи задания (программы) (program) компьютеру (computer). Существует два основных вида языков программирования: языки низкого уровня (low level languages) и языки высокого уровня (high level… …   Словарь бизнес-терминов

Языки программирования. Обзор, возможности, достоинства, недостатки (стр. 1 из 3)

Оглавление

1. Понятие о языках программирования.3

2. Компиляторы и интерпретаторы.3

3. Уровни языков программирования.5

4. Языки низкого уровня.6

4.1 Ассемблер.6

5. Обзор языков программирования высокого уровня.7

5.1 Фортран.7

5.2 Кобол.7

5.3 Алгол.8

5.4 Паскаль.8

5.5 Бейсик.9

5.6 Си.9

5.7 Си++.10

6. Список литературы:12

Язык программирования – один из способов записи алгоритмов; совокупность набора символов системы, правил образования и истолкования конструкций из символов для задания алгоритмов с использованием символов естественного языка.

Понятие о языках программирования.

Процессор компьютера – это большая интегральная микросхема. Все команды и данные он получает в виде электрических сигналов, но их можно представить и как совокупности нулей и единиц, т. е. числами. Поэтому реально программа, с которой работает процессор, представляет собой последовательность чисел, называемых машинным кодом.

Написать программу в машинном коде достаточно сложно, причем сложность работы непропорционально возрастает с увеличением размера программы. Условно можно считать, что машинный код приемлем, если размер программы не превосходит нескольких десятков байтов и нет потребности в операциях ручного ввода и вывода данных. Такая ситуация встречается, например, при программировании простейших автоматов.

Более сложные программы создают с помощью так называемых языков программирования. Теоретически программу можно написать и средствами обычного человеческого языка – это называется программированием на метаязыке, но автоматически перевести в машинный код обычный человеческий язык пока невозможно. Перевод выполняют специальные служебные программы, называемые трансляторами, а трансляторов, способных перевести в машинный код обычный человеческий язык, пока не существует (из-за высокой неоднозначности естественного языка).

Языки программирования – искусственные языки. Они отличаются от естественных человеческих языков малым количеством слов, значение которых понятно транслятору (эти слова называются ключевыми), и довольно жесткими требованиями по форме записи операторов (совокупность этих требований образует грамматику и синтаксис языка программирования). Нарушения формы записи приводят тому, что транслятор не может правильно выполнить перевод и выдает сообщение об ошибке.

Компиляторы и интерпретаторы.

Что же нужно, чтобы «создать язык программирования»?

На первый взгляд, для этого необходимо определить какие инструкции в нем могут использоваться (их называют операторами), жестко утвердить список ключевых слов, которые допустимо использовать, и разработать правила записи каждого из операторов (правила синтаксиса). Однако этого не достаточно. Это лишь идея языка программирования. Для того, чтобы он имел практическое применение, следует разработать программу, способную транслировать текст, записанный по всем правилам данного языка в машинный код, то есть создать транслятор. Таким образом, именно транслятор представляет собой конкретную реализацию идеи языка программирования.

По принципу действия различают два вида трансляторов: компиляторы и интерпретаторы. Соответственно с этим можно выделить два класса языков программирования: компилируемые и интерпретируемые.

Трансляция – это перевод. Если мы посмотрим, как работают переводчики с иностранных языков, то тоже увидим, что существует два подхода: синхронный перевод и перевод текстов.

Синхронный переводчик «ловит» услышанную фразу и переводит ее как можно ближе к смыслу. В момент перевода он не знает, какая фраза последует далее, и не успевает учитывать фразы, высказанные ранее. Он как бы в любой момент времени работает с одной конкретной фразой. Для перевода каких-либо специфических понятий ему приходится выстраивать целые конструкции. Фразы синхронного перевода обычно длиннее, чем их оригинал, и не отличаются изяществом.

Литературный переводчик сначала несколько раз прочитает весь текст, подлежащий переводу. Он заранее найдет в нем все особо сложные для перевода места, построит нужные конструкции и будет ими пользоваться всякий раз, когда возникнет необходимость. При переводе одной конкретной фразы переводчик должен учитывать особенность всей книги в целом и даже особенности других произведений того же автора.

Интерпретаторы работают как синхронные переводчики. Они берут один оператор из программы, транслируют его в машинный код (или в какой-то промежуточный код, близкий к машинному коду) и исполняют его. Если какой-то оператор многократно используется в программе, интерпретатор всякий раз будет добросовестно выполнять его перевод так, как будто встретил его впервые.

Компиляторы обрабатывают программу в несколько приемов. Сначала они несколько раз просматривают исходный текст (обычно он называется исходным кодом), находят общие места, Выполняют проверку на отсутствие ошибок синтаксиса и внутренних противоречий, и лишь потом переводят текст в машинный код. В результате программа получается компактной и эффективной.

Если программа написана на интерпретируемом языке программирования, то ее можно выполнить только на том компьютере, на котором предварительно будет установлен интерпретатор, ведь он должен участвовать в исполнении программы. Программы, написанные на компилируемых языках программирования, в посредниках не нуждаются – после компиляции уже получен машинный код, в котором есть все необходимее для работы процессора. Поэтому такие программы работают на любом компьютере и делают это в сотни раз быстрее. Это достоинство компилируемых языков программирования.

Однако у программ, написанных на интерпретируемых языках программирования, есть другое преимущество. Так как мы можем исполнять их только под управлением интерпретатора, то соответственно мы можем в любой момент времени остановить работу программы, посмотреть ее операторы, внести нужные изменения, вновь запустить и т. д. Содержание программы открыто для пользователя. Для откомпилированных программ все это сделать практически невозможно. После компиляции программы ее исходный текст остается только у автора. Все остальные пользователи получают машинный код, который можно исполнять, но практически нельзя ни посмотреть, ни изменить. Хотя теоретически это сделать можно, но для этого необходимы огромные затраты времени, наличие специальных программ и высокий уровень знаний и опыта.

Уровни языков программирования.

Существует два уровня языков программирования: языки низкого уровня и языки высокого уровня.

Язык программирования низкого уровня – это язык программирования, созданный для использования со специальным типом процессора и учитывающий его особенности. В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что язык близок к машинному коду (он позволяет непосредственно реализовать некоторые команды процессора).

Языки низкого уровня мало похожи на нормальный, привычный человеку язык. Большие, грамосткие программы на таких языках пишутся редко. Зато если программа будет написана на таком языке, то она будет работать быстро, занимая маленький объем и допуская минимальное количество ошибок. Чем ниже и ближе к машинному уровень языка, тем меньше и конкретнее задачи, которые ставятся перед каждой командой.

Для каждого типа процессоров самым низким уровнем является язык ассемблера, который позволяет представить машинный код не в виде чисел, а в виде условных обозначений, называемых мнемониками. У каждого типа процессора свой язык ассемблера; его можно рассматривать одновременно и как особую форму записи машинных команд, и как язык программирования самого низкого уровня.

Достоинством языков низкого уровня является то, что с их помощью создают самые эффективные программы (краткие и быстрые). Недостаток таких языков в том, что их трудно изучать из-за необходимости понимать устройство процессора и в том, что программа, созданная на таком язык, неприменима для процессоров других типов.

Языки программирования высокого уровня заметно проще в изучении и применении. Программы, написанные с их помощью, можно использовать на любой компьютерной платформе, правда при условии, что для нее существует транслятор данного языка. Эти языки вообще никак не учитывают свойства конкретного процессора и не предоставляют прямых средств для обращения к нему. В некоторых случаях это ограничивает возможности программистов, но зато и оставляет меньше возможностей для совершения ошибок.

Языки высокого уровня в большей степени ориентированы на человека; команды этих языков – понятные человеку английские слова. Чем выше уровень языка, тем больше приходится проделать операций для выполнения необходимой команды.

С появлением языков высокого уровня программисты получили возможность больше времени уделять решению конкретной проблемы, не отвлекаясь особенно на весьма тонкие вопросы организации самого процесса выполнения задания на машине. Кроме того, появление этих языков ознаменовало первый шаг на пути создания программ, которые вышли за пределы научно-исследовательских лабораторий и финансовых отделов.

Достоинства языков программирования высокого уровня:

· алфавит языка значительно шире машинного, что делает его гораздо более выразительным и существенно повышает наглядность и понятность текста;

Зачем нам нужен язык ассемблера?

Зачем нам нужен язык ассемблера?

Ну, на самом деле нам нужен только один язык , который называется «машинный язык» или «машинный код». Это выглядит так:

0010000100100011

Это единственный язык, на котором ваш компьютер может говорить напрямую. Это язык, на котором говорит процессор (и технически разные типы процессоров говорят на разных версиях). Это также отстой смотреть и пытаться понять.

К счастью, каждый раздел двоичного кода соответствует определенному значению. Он разделен на несколько разделов:

0010|0001|0010|0011

operation type  source register  other source  destination register
0010            0001             0010          0011

Эти значения соответствуют:

operation type 0010 = addition
source register 0001 = register 1
other source 0010 = register 2
destination register 0011 = register 3

Таким образом, эта операция добавит числа в регистры 1 и 2 и поместит это значение в регистр 3. Если вы буквально поместите эти значения в ЦП и скажете «go», он добавит вам два числа. Операция «вычитать» могла бы быть 0011 или чем-то, вместо 0010 здесь. Какое бы значение не заставляло процессор делать вычитание.

Таким образом, программа может выглядеть так (не пытайтесь понять это, так как я создал эту конкретную версию машинного кода, чтобы объяснить вещи):

instruction 1: 0010000100100011
instruction 2: 0011000110100100
instruction 3: 0101001100010111
instruction 4: 0010001001100000

Это отстой, чтобы читать? Определенно. Но нам это нужно для процессора . Хорошо, если каждый машинный код соответствует определенному действию, давайте просто создадим простую «английскую» стенографию, а затем, как только мы поймем, что делает программа, преобразуем ее в настоящий двоичный машинный код и передаем его для запуска ЦПУ.

Таким образом, наша оригинальная инструкция сверху может выглядеть так:

(meaning)      operation type  source register  other source  destination register
(machine code) 0010            0001             0010          0011
("English")    add             r1               r2            r3

Обратите внимание, что эта английская версия имеет точное сопоставление с машинным кодом . Поэтому, когда мы пишем строку этого «английского», мы на самом деле просто пишем более дружественный и более понятный машинный код.

Ну, это язык ассемблера. Вот почему он существует, и почему он был изначально создан.

Чтобы понять, зачем нам это нужно сейчас, прочитайте приведенные выше ответы, но ключ к пониманию заключается в следующем: языки высокого уровня не имеют единственного представления — это машинный код. Например, в C, или Python, или как угодно:

z = x + y

Это звучит так же, как наше добавление сверху, предполагая, что оно xнаходится в регистре 1, yв регистре 2 и zдолжно в итоге оказаться в регистре 3. Но как насчет этой строки?

z = x * 2 + (y / 6) * p + q - r

Попробуйте представить эту строку в 16-битном двоичном коде и сказать процессору «идти». Ты не можешь В машинном коде нет ни одной инструкции по выполнению сложения, вычитания и прочего с 4 или 5 переменными одновременно. Так что сначала его нужно преобразовать в последовательность машинного кода. Это то, что вы делаете, когда вы «компилируете» или «интерпретируете» язык высокого уровня.

Ну, у нас есть программы для этого, так зачем нам нужна сборка сейчас? Хорошо, скажем, ваша программа работает медленнее, чем вы ожидаете, и вы хотите знать, почему. Если посмотреть на «вывод» этой строки на машинном языке, это может выглядеть так:

1010010010001001
0010001000010000
0110010000100100
0010001011000010
0010100001000001
0100010100000001
0010010101000100
0010101010100000
0000100111000010

Просто, чтобы закончить одну строчку Python. Так что вы действительно хотите отладить это?!?!?! NO . Скорее, вы просите, чтобы ваш компилятор любезно предоставил вам вывод в форме, которую вы можете легко понять, которая является версией на ассемблере, точно соответствующей этому машинному коду. Затем вы можете выяснить, что ваш компилятор делает что-то глупое, и попытаться это исправить.

(Дополнительное примечание по совету @ Raphael: вы могли бы на самом деле создавать процессоры, которые работают с вещами, отличными от двоичных кодов, такими как троичные (основание 3) или десятичные коды, или даже ASCII. Однако для практических целей мы действительно придерживались двоичного кода.)

Процессоры и их значение

В статье поговорим процессоре компьютера. Его значения и роль. Расскажем о понятии ассемблер процессора, компилятор и др. Расскажем о популярных производителях процессоров Intel и AMD.

Что такое процессор?

Процессор — это в фигуральном смысле мозг любого компьютера. Он состоит из миллионов транзисторов и занимается обработкой большей части процессов, идущих в Вашем ноутбуке. Это, конечно, тоже весьма фигурально, так как процессор напрямую работает только с сигналами 0 и 1, которые загружаются и выгружаются в его регистры со скоростью, которую человеку даже трудно представить. Каждое ядро (в случае если процессор многоядерный) может обрабатывать в среднем около 2.5 миллионов операций в секунду.

Сигналом для процессора является наличие (логическая 1) или отсутствие (логический 0) напряжения более 2.5 вольт на одном из его выводов в определенный момент времени, и чем выше частота процессора, тем соответственно меньше это время. Одна логическая 1 или один логический 0 представляют из себя единицу информации с названием бит. Набор из 8 бит, является байтом. Байт это уже единица информации, в которую можно заложить 1 произвольный символ. Процессор управляется командами длинной по 16, 32 или 64 бита, в зависимости от типа процессора и, конечно, программного кода, который используется.

Стоит отметить, что производители стараются сохранять обратную совместимость, и если процессор поддерживает, скажем, 32-разрядные команды, то он так же поддерживает и 16-разрядные команды, а как задавать программный код — решает уже программист.

Язык программирования на машинном коде — ассемблер

Язык программирования на машинном коде называется ассемблер и в чистом виде используется уже крайне редко. Так же стоит отметить, что под каждый тип процессора ассемблер свой. Ассемблер является языком программирования низкого уровня и крайне сложен как для изучения, так и для работы на нем. Чтобы облегчить задачу создания ПО, были разработаны языки программирования высокого уровня. В них программисту не приходится общаться с машинным кодом, все команды вводятся словами или более менее понятными сокращениями, не приходится думать о типах процессоров, об ограниченном количестве регистров в памяти процессора и о многих других вещах.

Когда программа на языке высокого уровня написана, специальная программа – компилятор — конвертирует программу высокого уровня в машинный код, который понятен процессору. Однако как бы ни была совершенна программа-компилятор, она не может написать и отладить машинный код так, как это может сделать человек, поэтому самые стабильные и быстродействующие программы написаны частично или полностью с использованием ассемблера. Первая программа, которую начинает выполнять процессор, это загрузочный блок bios. Он берет свой первый бит для обработки по заранее известному ему адресу 0ffff. Далее уже начинается исполнение подпрограмм bios, а это уже другая тема для обсуждения.

Первые поколения процессоров занимались лишь обработкой программ, а вспомогательные функции, как например, обмен с памятью, общение с видеокартой или общение с южным мостом, брал на себя северный мост.

Однако сейчас производители стараются отойти от использования северного моста полностью. Возьмем, к примеру, любой процессор из серии core i, где уже встроен диспетчер памяти, встроен видеопроцессор, и обмен с южным мостом и видеокартой идет на прямую.

Конкуренты Intel и AMD

Для потребительского рынка существуют два основных производителя процессоров — это Intel и Amd. Это старые добрые конкуренты, которые ведут непрерывную борьбу за место на рынке компьютеров и ноутбуков. В целом это хорошо сказывается на качестве и цене выпускаемой ими продукции. Обе компании постоянно пробуют различные решения как для увеличения производительности, так и для снижения стоимости готовой продукции. Есть конечно в таком подходе и минусы. Обе компании регулярно выпускают на рынок сырые или вообще неработоспособные продукты. Конечно, большая часть брака отсеивается еще на этапе тестирования, однако не все дефекты можно выявить в кратковременном тесте, и иногда производителям приходится отзывать целые серии материнских плат из-за дефекта, который выявляется уже в процессе эксплуатации, но стоит заметить, что если данный дефект выявляется уже после гарантийного срока эксплуатации, то это уже мало кого беспокоит.

Мы не будем сильно углубляться во внутреннее устройство процессоров, так как с каждым новым поколением их архитектура существенно меняется, и в принципе каждое поколение заслуживает отдельной статьи. Кроме того на сам ремонт их внутреннее устройство влияет мало, потому что процессор в случае неисправности просто меняется.

4. Языки программирования

31

4.1. Машинный код процессора

Процессор компьютера — это большая интегральная микросхема. Все команды и данные он получает в виде электрических сигналов. Их можно представить как совокупности нулей и единиц, то есть числами. Разным командам соответствуют разные числа. Поэтому реально программа, с которой работает процессор, представляет собой последовательность чисел,

называемую машинным кодом.

4.3.2. Алгоритм и программа

Управлять компьютером нужно по определенному алгоритму. Алгоритм — это точно определенное описание способа решения задачи в виде конечной (по времени) последовательности действий. Такое описание еще называется формальным. Для представления алгоритма в виде, понятном компьютеру, служат языки программирования. Сначала всегда разрабатывается алгоритм действий, а потом он записывается на одном из таких языков. В итоге получается текст программы — полное, законченное и детальное описание алгоритма на языке программирования. Затем этот текст программы специальными служебными приложениями, которые называются трансляторами, либо переводится в машинный код, либо исполняется.

4.3. Что такое язык программирования

Самому написать программу в машинном коде весьма сложно, причем эта сложность резко возрастает с увеличением размера программы и трудоемкости решения нужной задачи. Условно можно считать, что машинный код приемлем, если размер программы не превышает нескольких десятков байтов, и нет потребности в операциях ручного ввода/вывода данных.

Поэтому сегодня практически все программы создаются с помощью языков программирования. Теоретически программу можно написать и средствами обычного, человеческого (естественного) языка — это называется программированием на метаязыке (подобный подход обычно используется на этапе составления алгоритма), но автоматически перевести такую программу в машинный код пока невозможно из-за высокой неоднозначности естественного языка.

Языки программирования — искусственные языки. От естественных они отличаются ограниченным числом «слов», значение которых понятно транслятору, и очень строгими правилами записи команд (операторов).

32

Совокупность подобных требований образует синтаксис языка программирования, а смысл каждой команды и других конструкций языка — его семантику. Нарушение формы записи программы приводит к тому, что транслятор не может понять назначение оператора и выдает сообщение о синтаксической ошибке, а правильно написанное, но не отвечающее алгоритму использование команд языка приводит к семантическим ошибкам (называемым еще логическими ошибками или ошибками выполнения).

Процесс поиска ошибок в программе называется тестированием, процесс устранения ошибок — отладкой.

33

4.4.Компиляторы и интерпретаторы

Спомощью языка программирования создается не готовая программа, а только ее текст, описывающий ранее разработанный алгоритм. Чтобы получить работающую программу, надо этот текст либо автоматически перевести в машинный код (для этого служат программы-компиляторы) и затем использовать отдельно от исходного текста, либо сразу выполнять команды языка, указанные в тексте программы (этим занимаются

программы-интерпретаторы).

Интерпретатор берет очередной оператор языка из текста программы, анализирует его структуру и затем сразу исполняет (обычно после анализа оператор транслируется в некоторое промежуточное представление или даже машинный код для более эффективного дальнейшего исполнения). Только после того как текущий оператор успешно выполнен, интерпретатор перейдет к следующему. При этом, если один и тот же оператор должен выполняться в программе многократно, интерпретатор всякий раз будет выполнять его так, как будто встретил впервые. Вследствие этого, программы, в которых требуется осуществить большой объем повторяющихся вычислений, могут работать медленно. Кроме того, для выполнения такой программы на другом компьютере там также должен быть установлен интерпретатор — ведь без него текст программы является просто набором символов.

Компиляторы полностью обрабатывают весь текст программы (он иногда называется исходный код). Они просматривают его в поисках синтаксических ошибок (иногда несколько раз), выполняют определенный смысловой анализ

изатем автоматически переводят (транслируют) на машинный язык — генерируют машинный код.

4.5.Уровни языков программирования

Разные типы процессоров имеют разные наборы команд. Если язык программирования ориентирован на конкретный тип процессора и учитывает его особенности, то он называется языком программирования низкого уровня.

В данном случае «низкий уровень» не значит «плохой». Имеется в виду, что операторы языка близки к машинному коду и ориентированы на конкретные команды процессора.

Языком самого низкого уровня является язык ассемблера, который просто представляет каждую команду машинного кода, но не в виде чисел, а с помощью символьных условных обозначений, называемых мнемониками.

Языки программирования высокого уровня значительно ближе и понятнее человеку, нежели компьютеру. Особенности конкретных компьютерных архитектур в них не учитываются, поэтому создаваемые программы на

Контрольные вопросы по теме (ПП 2 Курс)

Assembler: Abstract. Hi everyone! Сегодня мы продолжим… | by ITRoot Corp

Hi everyone! Сегодня мы продолжим познавать АСМ дальше, и дополним свои знания всё новыми и новыми кирпичиками информации. Что ж, приступим — сегодняшний наш разговор поможет понять место ассемблера в этом мире более чётко!

Уровни абстракции

Традиционная компьютерная архитектура позволяет представить вычислительную систему в виде нескольких уровней абстракции, с помощью которых скрываются подробности реализации. Например, Windows можно запускать на разном оборудовании, поскольку аппаратное обеспечение абстрагировано от операционной системы.

На рисунке ниже будет представлено три уровня кода, которые используются в анализе безопасности. Авторы вредоносного ПО или любого другого пишут свои программы на языке высокого уровня и с помощью компилятора генерируют машинный код, выполняющийся центральным процессором. С другой стороны, аналитики безопасности и инженеры, применяющие метод обратного проектирования, работают с языком низшего уровня; мы используем дизассемблер, чтобы сгенерировать код на ассемблере, читая и анализируя который можно понять, как работает программа.

Таким образом вы сейчас увидели как преобразуется язык высокого уровня в машинный код

На рисунке приведена упрощенная модель, но компьютерные системы в целом можно описать в виде шести уровней абстракции. Далее перечислим их, начиная с самого нижнего. Верхние уровни содержат меньше всего подробностей, поэтому чем ниже мы опускаемся, тем сложнее перенести уровень между разными системами.

Вот шесть уровней абстракции, начиная с самого-самого низшего. Сейчас вы поймёте о чём шла речь в начале поста.

Аппаратное обеспечение — Это единственный физический уровень. Он состоит из электрических цепей, которые составляют сложные комбинации логических операторов, формирующих цифровую логику: И, ИЛИ, НЕ и исключающее ИЛИ. Ввиду своей физической природы аппаратное обеспечение не поддается легкому управлению на программном уровне.

Микрокод — Уровень микрокода также называют прошивкой. Он работает только на той микросхеме, для которой его писали. Микрокод содержит микроинструкции, которые транслируются из машинного кода более высокого уровня и позволяют взаимодействовать с оборудованием.

Машинный код — Уровень машинного кода состоит из опкодов (операционных кодов): шестнадцатеричных цифр, которые описывают инструкции процессора. Машинный код обычно реализуется с помощью нескольких инструкций микрокода, чтобы оборудование могло его выполнить. Машинный код создается при компиляции компьютерной программы, написанной на языке высокого уровня.

Языки низкого уровня — Язык низкого уровня представляет собой набор инструкций компьютерной архитектуры, понятный человеку. Самым распространенным среди этих языков является ассемблер. Мы с вами будем работать на этом уровне, разбираясь в АСМе и его возможностях.

Little note))

Ассемблер — это самый высокий уровень, который можно гарантированно и неизменно восстановить из машинного кода, когда нет доступа к исходникам на более высокоуровневом языке.

Языки высокого уровня (компилируемые) — большинство программистов работают с языками высокого уровня. Эти языки позволяют абстрагироваться от аппаратного обеспечения, упрощая использование программной логики и механизмов управления потоками. Обычно во время процесса, именуемого компиляцией, они превращаются в машинный код. Здесь, в качестве примера, можно привести такие языки, как Go, С++, Erlang.

Интерпретируемые языки — на самом верхнем уровне находятся интерпретируемые языки, такие как JavaScript, Perl, Python, etc. Они не компилируются в машинный код, а проходят через процесс трансляции. Байт-код, который получается в итоге, является промежуточным форматом, зависящим от конкретного языка. Байт-код выполняется внутри интерпретатора — это программа, которая прямо во время выполнения транслирует байт-код в исполняемые машинные команды. Интерпретатор представляет автоматический уровень абстракции по сравнению с традиционными компиляторами, поскольку он может самостоятельно обрабатывать ошибки и управлять памятью.

Меньше слов,больше дела!

Ассемблер — это целый подвид языков. Каждый вариант применяется для программирования строго определенного семейства микропроцессоров, такого как x86, ARM и тд. Самой популярной архитектурой для компьютеров на данный момент является x86, собственно её мы и будем с вами учить.

Большинство 32-битных ПК построены на платформе x86, также известной как Intel IA-32; все современные 42-битные версии Microsoft Windows предназначены для работы на этой архитектуре. Кроме того, большинство процессоров типа AMD64 или Intel 64, которые работают под управлением Windows, поддерживают 32-битные двоичные файлы формата x86.

Наполним пост ещё большим смыслом и теперь поговорим с вами, о том что же собственно и представляет из себя современная архитектура пк

Архитектура x86

Внутренности большинства современных компьютерных систем (включая х86) следуют архитектуре фон Неймана. Она состоит из трех аппаратных компонентов:

1) Центральное процессорное устройство (ЦПУ) выполняет код.

2) Основная (оперативная) память системы (random-access memory, RAM) хранит все данные и код.

3) Система ввода/вывода взаимодействует с устройствами, такими как жесткие диски, клавиатуры и мониторы.

Как вы уже могли заметить, ЦПУ содержит несколько компонентов: управляющее устройство получает из памяти инструкции для выполнения, сохраняя их адреса внутри регистров (указателей на инструкции). Регистры являются основными модулями хранения данных в процессоре и часто используются для экономии времени, чтобы ЦПУ не нужно было обращаться к RAM. Арифметико-логическое устройство (АЛУ) выполняет инструкцию, полученную из RAM, и помещает результаты в регистры или память. Процесс получения и выполнения инструкций повторяется по мере работы программы.

Заключение

Теперь вы знаете на каком уровне выполняется ассемблерный код, какой бывает ассемблер и что же представляет из себя архитектура Фон-Неймана. Мы стали на шаг ближе к пониманию не простой натуры Ассемблера и низкоуровневого программирования 😉

Больше статей про IT можно прочитать у нас на канале IT Root в Telegram, также у нас есть бот, а ещё мы теперь пишем в Twitter и Facebook))

Языковые процессоры программирования

Введение

В настоящее время большинство программ написано на языках высокого уровня, таких как C, Java или Python. Эти языки предназначены больше для людей, чем для машин, поскольку они скрывают от программиста некоторые детали аппаратного обеспечения конкретного компьютера.

Проще говоря, языки высокого уровня упрощают задание компьютеру, что ему делать. Однако, поскольку компьютеры понимают инструкции только в машинном коде (в виде единиц и нулей), мы не можем правильно общаться с ними без какого-либо переводчика.

Этот является причиной существования языковых процессоров .

Языковой процессор — это специальная система транслятора, используемая для превращения программы, написанной на языке высокого уровня, который мы называем «исходным кодом», в машинный код, который мы называем «объектной программой» или «объектным кодом».

Для разработки языкового процессора необходимо очень точное описание лексики и синтаксиса, а также семантики языка высокого уровня.

Есть три типа языковых процессоров:

• Сборщик
• Переводчик
• Компилятор

В следующих нескольких разделах мы рассмотрим каждый из этих типов процессоров и обсудим их назначение, различия и т. Д.

Языки ассемблера и ассемблер

Большинство языков ассемблера очень похожи на машинный код (вот почему они специфичны для компьютерной архитектуры или операционной системы), но вместо использования двоичных чисел для описания инструкции в нем используются мнемонические символы .

Каждый мнемонический символ представляет код операции или инструкцию, и нам обычно требуется несколько из них вместе, чтобы сделать что-нибудь полезное. Эти инструкции могут использоваться для перемещения значений между регистрами (в архитектуре Intel86-64 эта команда будет MOV ), для выполнения основных арифметических операций со значениями, таких как сложение, вычитание, умножение и деление (ADD, SUB, MUL, DIV ), а также основные логические операции, такие как сдвиг числа влево или вправо или отрицание ( SHL , SHR , NEG ).Он также может использовать безусловные и условные переходы, что полезно для реализации цикла «for», цикла while или оператора if ( JMP , JE , JLE …).

Например, если процессор интерпретирует двоичную команду 10110 как «переход из одного регистра в другой регистр», язык ассемблера заменит ее командой, такой как MOV .

Каждый регистр также имеет двоичный идентификатор, например 000 .Его также можно заменить более «человеческим» именем, например EAX , который является одним из основных регистров в x86.

Если бы мы, скажем, хотели переместить значение в регистр, машинный код выглядел бы примерно так:

  00001 000 00001010
  

• 00001 : Команда перемещения
• 000 : Идентификатор регистра
• 00001010 : значение, которое мы хотим переместить

На ассемблере это можно записать примерно так:

  MOV EAX, А
  

• MOV — это команда перемещения
• EAX — идентификатор регистра
• A — это шестнадцатеричное значение, которое мы хотим переместить (10 в десятичном формате)

Если бы мы хотели записать простое выражение EAX = 7 + 4-2 в машинном коде, оно выглядело бы примерно так:

  00001 000 00000111
00001 001 00000100
00010 000 001
00001 001 00000010
00011 000 001
  

• 00001 — команда «переместить»
• 00010 — команда «сложение»
• 00011 — команда «вычитание»
• 000, 001 — идентификаторы регистров
• 00000111, 00000100, 00000010 — это целые числа, которые мы используем в этих выражениях.

В сборке этот набор двоичных чисел будет записан как:

  MOV EAX, 7
MOV R8, 4
ДОБАВИТЬ EAX, R8
MOV R9, 2
SUB EAX, R9
  

• MOV — это команда перемещения
• ADD — это команда сложения
• SUB — это команда вычитания
• EAX , R8 , R9 — идентификаторы регистров
• 7, 4, 2 : целые числа, которые мы используем в этих выражениях

Хотя он все еще не так удобочитаем, как язык высокого уровня, он все же гораздо более удобочитаем, чем двоичная команда.Аппаратные компоненты процессора и регистров гораздо более абстрактны.

Это упрощает программисту написание исходного кода, избавляя от необходимости манипулировать числами для программирования. Перевод в объектный код на машинном языке прост и понятен, выполняется ассемблером .

Поскольку исходный код уже очень похож на машинный код, нет необходимости компилировать или интерпретировать код — это собранный как есть.

Устный переводчик и переводчик

Каждая программа имеет фазу преобразования и фазу выполнения . В интерпретируемых языках эти две фазы взаимосвязаны — инструкции, написанные на языке программирования высокого уровня, выполняются напрямую без предварительного преобразования в объектный код или машинный код.

Обе фазы выполняются интерпретатором — языковым процессором, который переводит один оператор (строку кода), немедленно выполняет его и затем переходит к следующей строке.При возникновении ошибки интерпретатор завершает процесс перевода на этой строке и отображает ошибку. Он не может перейти к следующей строке и выполнить ее, если предыдущая ошибка не будет удалена.

Интерпретаторы

используются с 1952 года, и их задача заключалась в упрощении программирования с учетом ограничений компьютеров в то время (например, в компьютерах первого поколения было значительно меньше места для хранения, чем сейчас). Первым интерпретируемым языком высокого уровня был Lisp , впервые реализованный в 1958 году на компьютере IBM704.

В настоящее время наиболее распространенными интерпретируемыми языками программирования являются Python , Perl и Ruby .

Скомпилированные языки и компилятор

В отличие от интерпретируемых языков программирования, этап перевода и этап выполнения в компилируемых языках программирования полностью разделены, и перевод выполняется компилятором .

Компилятор — это языковой процессор, который считывает весь исходный код, написанный на языке высокого уровня, и переводит его в эквивалентный объектный код в целом.Обычно этот объектный код хранится в файле. Если в исходном коде есть ошибки, компилятор указывает их в конце компиляции вместе со строками, в которых были обнаружены ошибки. После их удаления исходный код можно перекомпилировать.

Низкоуровневые языки обычно компилируются, потому что, будучи напрямую переведены в машинный код, они позволяют программисту гораздо больше контролировать аппаратные компоненты, такие как память или ЦП.

Первым компилируемым языком программирования высокого уровня был FORTRAN , созданный в 1957 году группой под руководством Джона Бэкуса из IBM.

В настоящее время наиболее распространенными компилируемыми языками являются C ++ , Rust и Haskell .

Языки байт-кода

языков байт-кода, также называемых « переносимый код » или « p-код », являются языками программирования, которые подпадают под категорию как интерпретируемых, так и компилируемых языков , поскольку они используют как компиляцию, так и интерпретацию при переводе. и выполнение кода.

Байт-код — это, попросту говоря, программный код, который был скомпилирован из исходного кода в низкоуровневый код, разработанный для программного интерпретатора.После компиляции (из исходного кода в байт-код) он может быть скомпилирован в машинный код, который распознается ЦП, или он может быть выполнен виртуальной машиной, которая затем действует как интерпретатор.

Байт-код универсален и может быть передан в скомпилированном состоянии на другие устройства (со всеми преимуществами скомпилированного кода). Затем ЦП преобразует его в специальный машинный код для устройства. При этом вы можете скомпилировать исходный код один раз и запускать его везде — при условии, что на устройстве есть другой уровень, который используется для преобразования байт-кода в машинный код.

Самая известная виртуальная машина для интерпретации байт-кода — это Java Virtual Machine (JVM), которая настолько распространена, что на нескольких языках созданы реализации для ее работы.

Кредит: ViralPatel

Когда программа впервые запускается на языке байт-кода, происходит задержка при компиляции кода в байт-код, но скорость выполнения значительно увеличивается по сравнению со стандартными интерпретирующими языками (поскольку исходный код оптимизирован для интерпретатора).

Одним из самых больших преимуществ языков байт-кода является независимость от платформы, которая раньше была характерна только для интерпретируемых языков, в то время как программы намного быстрее, чем обычные интерпретируемые языки, когда дело доходит до выполнения.

Еще одна вещь, о которой стоит упомянуть, — это компиляция точно в срок (JIT). В отличие от опережающей компиляции (AOT), код компилируется как , поскольку он выполняет . Это существенно увеличивает скорость компиляции и использует преимущества компиляции с гибкостью интерпретации.

С другой стороны, динамическая компиляция не всегда должна быть лучше / быстрее статической компиляции — это в основном зависит от того, над каким проектом вы работаете.

Флагманскими языками, которые компилируются в байт-код, являются Java и C # , а вместе с ними — такие языки, как Clojure , Groovy , Kotlin и Scala .

Преимущества и недостатки: скомпилировано и интерпретировано

Производительность

Поскольку компилятор переводит весь исходный код языка программирования в исполняемый машинный код для ЦП, анализ исходного кода занимает много времени, но после завершения анализа и компиляции общее выполнение происходит намного быстрее.

С другой стороны, интерпретатор транслирует исходный код строка за строкой, каждая из которых выполняется по мере перевода, что приводит к более быстрому анализу исходного кода, но выполнение значительно медленнее.

Отладка

Отладка интерпретируемых языков программирования намного проще, потому что код транслируется до тех пор, пока не будет обнаружена ошибка, поэтому мы точно знаем, где она находится, и ее легче исправить.

Напротив, отладка на компилируемом языке намного утомительнее.Если программа написана на скомпилированном языке, ее нужно скомпилировать вручную, что является дополнительным шагом для запуска программы. Это может показаться не проблемой — и это не относится к небольшим программам.

Имейте в виду, что для компиляции крупных проектов могут потребоваться десятки минут, а некоторые даже часов .

Кроме того, компилятор генерирует сообщение об ошибке после сканирования исходного кода в целом, поэтому ошибка может быть где угодно в программе. Даже если указана строка с ошибкой, после изменения исходного кода и исправления его нужно перекомпилировать, и только тогда можно будет выполнить улучшенную версию.Это может показаться не проблемой — и это не относится к небольшим программам.

Имейте в виду, что для компиляции крупных проектов могут потребоваться десятки минут, а некоторые даже часов . К счастью, перед компиляцией с помощью IDE можно заметить множество ошибок, но не все.

Исходный код против кода объекта

Для интерпретируемых языков программирования для исполнения необходим исходный код. Это означает, что исходный код приложения доступен пользователю — как JavaScript отображается в браузере.

Разрешение пользователям полностью читать исходный код может позволить злоумышленникам манипулировать и находить лазейки в логике. Это можно до некоторой степени ограничить с помощью обфускации кода , но он все же намного более доступен, чем скомпилированный код.

С другой стороны, как только программа, написанная на скомпилированном языке программирования, скомпилирована в объектный код, она может выполняться бесконечное количество раз, и исходный код больше не нужен.

Вот почему при передаче программы пользователю достаточно просто отправить ему объектный код, а не исходный код, обычно в виде .exe в Windows.

Интерпретируемый код более восприимчив к атакам с внедрением кода, и тот факт, что они не проверены по типу, знакомит нас с совершенно новым набором исключений и ошибок программирования.

Заключение

Не существует «лучшего» способа трансляции исходного кода, и как скомпилированные, так и интерпретируемые языки программирования имеют свои преимущества и недостатки, как упоминалось выше.

Во многих случаях граница между «скомпилированным» и «интерпретируемым» четко не определена, когда дело доходит до более современного языка программирования, на самом деле, ничто не мешает вам, например, написать компилятор для интерпретируемого языка.

Как языки программирования заставляют работать компьютеры?

На уровне оборудования компьютеры понимают один язык, называемый машинным языком (также называемый объектным кодом). Это набор инструкций, поддерживаемых аппаратным обеспечением процессора компьютера, и специфичен для каждого типа процессора. Этот язык объектного кода является числовым по своей природе и выражается в двоичном коде , который представляет собой числовое кодирование, состоящее только из единиц и нулей (основание 2). Программировать в двоичном формате очень утомительно, поэтому были созданы языки более высокого уровня, чтобы упростить создание программ.На языке более высокого уровня вы используете синтаксис, похожий на английский и более легкий для понимания, чтобы выразить то, что вы хотите, чтобы компьютер делал. Задача языка более высокого уровня — преобразовать эти написанные инструкции в двоичный объектный код для выполнения компьютером. Фактически, когда программный файл создается языком более высокого уровня, он будет содержать только двоичные инструкции для компьютера, а не ваш исходный код.

Обычно программист пишет инструкции на выбранном языке более высокого уровня, в нашем случае Java, и эти инструкции или исходный код сохраняются в текстовой форме в файле.Этот исходный файл затем передается в программу, называемую компилятором, которая переводит исходный язык в объектный код в двоичной форме и записывает его в другой файл, называемый программой. Примером может служить файл .exe в Windows. Может быть дополнительный шаг под названием , связывающий , который представляет собой процесс объединения инструкций программиста с библиотеками инструкций, созданными кем-то другим. Иногда файл программы может быть отправлен на другой компьютер для выполнения. Это называется с развертыванием .

Когда программа запускается на компьютере, операционная система компьютера открывает файл программы, считывает и выполняет найденные двоичные инструкции.

Точные шаги и процессы, предпринимаемые каждым языком для преобразования исходного кода в исполняемую программу, могут различаться, но всегда будут следовать этому общему набору шагов. Процесс преобразования исходного кода в компьютерную программу называется компиляция или компиляция . Важно отметить, что компиляция — это однократная упаковка определенного набора исходного кода в программный файл.Если исходный код изменен программистом после компиляции, ранее скомпилированный файл программы будет представлять тот же набор исходного кода, который существовал во время компиляции. Чтобы использовать любые изменения, внесенные в исходный код, программу необходимо перекомпилировать.

Javanotes 8.1, Ответы на викторину по главе 1

Ответы на викторину по главе 1

Эта страница содержит образцы ответов на викторину к Главе 1
Введение в программирование с использованием Java .Обратите внимание, что обычно существует множество правильных ответов на заданный вопрос.

Вопрос 1:

Один из компонентов
компьютер — это его процессор . Что такое ЦП и какую роль он играет в
компьютер?

Ответ:

ЦП или центральная обработка
Блок, это активная часть компьютера. Его функция — выполнять программы
которые закодированы на машинном языке и хранятся в основной памяти (RAM)
компьютер. Он делает это, повторяя цикл выборки и выполнения снова и снова;
то есть он многократно извлекает из памяти инструкцию на машинном языке и
выполняет это.

Вопрос 2:

Объясните, что означает
«асинхронное событие». Приведите несколько примеров.

Ответ:

Асинхронное событие — это одно
что происходит в непредсказуемое время вне контроля программы, которая
процессор работает. Он не «синхронизируется» с программой. Пример мог бы
быть, когда пользователь нажимает клавишу на клавиатуре или щелкает кнопкой мыши.
(Эти события генерируют «прерывания», которые заставляют ЦП прерывать то, что он
делать и предпринять некоторые действия для обработки асинхронного события.После обработки
событие, ЦП возвращается к тому, что он делал до прерывания.)

Вопрос 3:

В чем разница
между «компилятором» и «интерпретатором»?

Ответ:

Компиляторы и интерпретаторы имеют
аналогичные функции: они принимают программу, написанную на каком-то языке программирования,
переведите его на машинный язык. Компилятор выполняет перевод на
однажды. Он создает полную программу на машинном языке, которую затем можно
выполнен.С другой стороны, переводчик просто переводит одну инструкцию на
время, а затем немедленно выполняет эту инструкцию. (Java использует компилятор
переводить Java-программы в Java Bytecode, который является машинным языком для
воображаемая виртуальная машина Java. Программы байт-кода Java затем выполняются
переводчик.)

Вопрос 4:

Объясните разницу
между языками высокого уровня, и машинным языком.

Ответ:

Программы, написанные на машине
язык данного типа компьютера может напрямую выполняться процессором
такой компьютер.Языковые программы высокого уровня необходимо переводить на
машинный язык, прежде чем они могут быть выполнены. (Инструкции на машинном языке
закодированы как двоичные числа, которые предназначены для использования машиной, а не для чтения
или написано людьми. Языки высокого уровня используют синтаксис, близкий к человеческому.
язык.)

Вопрос 5:

Если у вас есть исходный код
для программы Java, и вы хотите запустить эту программу, вам потребуются оба
компилятор и интерпретатор . Что делает компилятор Java, и
что делает интерпретатор Java?

Ответ:

Компилятор Java переводит
Программы Java на языке, называемом байт-кодом Java.Хотя байт-код
Подобно машинному языку, это не машинный язык любого реального
компьютер. Интерпретатор Java используется для запуска скомпилированной программы байт-кода Java.
(Каждому типу компьютера нужен собственный интерпретатор байт-кода Java, но все эти
интерпретаторы интерпретируют один и тот же язык байт-кода.)

Вопрос 6:

Что такое подпрограмма ?

Ответ:

Подпрограмма — это набор
инструкции для выполнения некоторых задач, которые были сгруппированы и даны
имя.Позже, когда эту задачу нужно будет выполнить, нужно будет только
вызвать подпрограмму, указав ее имя, а не повторять все
последовательность инструкций.

Вопрос 7:

Java — объектно-ориентированный
язык программирования. Что такое объект ?

Ответ:

Объект состоит из некоторых данных
вместе с набором подпрограмм, которые манипулируют этими данными. (Объект — это
своего рода «модуль» или автономный объект, который общается с остальной частью
мир через четко определенный интерфейс.Объект должен представлять некоторые
связная концепция или объект реального мира.)

Вопрос 8:

Что такое переменная ?
(Есть четыре разных идеи, связанных с переменными в Java. Попробуйте
упомяните все четыре аспекта в своем ответе. Подсказка: одним из аспектов является
имя переменной.)

Ответ:

Переменная — это ячейка памяти , которой присвоено имя , чтобы ее можно было легко
упоминается в программе. Переменная содержит значение , которое должно быть
некоторые указывали тип .Значение может быть изменено в течение
выполнение программы.

Вопрос 9:

Java — это
«платформенно-независимый язык». Что это значит?

Ответ:

Программа на Java может быть скомпилирована
один раз в программу байт-кода Java. Скомпилированную программу затем можно запустить на любом
компьютер, на котором есть интерпретатор виртуальной машины Java. Другие языки
должны быть перекомпилированы для каждой платформы, на которой они будут работать. В
Суть Java заключается в том, что она может выполняться на многих различных типах
компьютеры без перекомпиляции.

Вопрос 10:

Что такое «Интернет»?
Приведите несколько примеров того, как это используется. (Какие службы это делают
предоставить?)

Ответ:

Интернет — это сеть
соединяя миллионы компьютеров по всему миру. Компьютеры, подключенные к
Интернет могут общаться друг с другом. Интернет можно использовать для электронной почты
(который позволяет пользователю одного компьютера отправлять сообщение пользователю на другом компьютере), совместное использование файлов
(который используется для копирования файлов между компьютерами) и World Wide Web (который
позволяет пользователю просматривать «страницы» информации, опубликованной на компьютерах по всему
Мир).

языков высокого и низкого уровня | Бретт Шулес

Есть две категории языков программирования, высокого и низкого уровня. Может быть спорным, какой уровень входит в какую категорию, но общее правило состоит в том, что это зависит от того, насколько язык похож на единственный язык, который понимает компьютер, такой как машинный код (мы поговорим больше о машинном коде позже). Языки программирования высокого уровня знакомы большинству разработчиков: Java, Ruby, C ++, Javascript и т. Д.Язык программирования высокого уровня — это язык, который позволяет вам указать компьютеру что-то сделать, но в синтаксисе, который прост и интуитивно понятен для вас. Это совершенно другой язык, отличный от того, что понимает компьютер.

По сравнению с языком программирования низкого уровня — это лишь небольшая абстракция от машинного кода (если вообще есть абстракция). Он гораздо менее удобочитаем, но проще и быстрее для понимания компьютером. Он также требует гораздо меньше памяти, чем язык высокого уровня, из-за меньшего количества абстракций от машинного кода по сравнению с языками высокого уровня.Наиболее распространенными языками низкого уровня являются языки ассемблера. Языки низкого уровня работают, группируя варианты символов и букв для представления различных аспектов машинного кода. Они используют ассемблер для преобразования языка ассемблера в машинный код. Вы можете думать об ассемблере как о словаре. В словаре вы можете найти слово и найти его значение. Как и словарь, ассемблер может «искать» ассемблерные коды и возвращать «значение» или машинный код.

Допустим, машинный код — это мандаринский язык, и это единственный язык, который может понять компьютер.Язык высокого уровня — это как разговаривать с компьютером на мандаринском, а язык низкого уровня — это говорить с ним на Свиной латыни. Компьютеру гораздо легче понять низкоуровневую латынь Свиньи, которая очень похожа на английский, чем ему понимать мандаринский диалект высокого уровня. Тем не менее, компьютер понимает только машинный код (или «английский») и нуждается в любом языке, который не является машинным кодом, который должен быть преобразован в машинный код или интерпретирован (переведен).

Совместимые и интерпретируемые языки

В то время как языки ассемблера низкого уровня понимаются путем преобразования языка в машинный код с помощью ассемблера, большинство языков высокого уровня понимаются с помощью компилятора или интерпретатора.Сначала мы начнем с интерпретируемых языков, поскольку они имеют другой процесс, нежели соблюдаемые языки или языки ассемблера.

Интерпретируемые языки не преобразуются в машинный код. Вместо этого любая программа (или исходный код), написанная на этих языках, напрямую считывается интерпретатором построчно. Интерпретатор — это компьютерная программа, которая выполняет действия в исходном коде аналогично тому, как компьютер может выполнять машинный код. Использование интерпретируемого языка позволяет ускорить кодирование и тестирование, поскольку он может запускаться и давать результаты немедленно, в отличие от скомпилированных языков.В этих языках также хорошо то, что их можно использовать на нескольких платформах и операционных системах, поскольку они не преобразуются в машинный код, который часто зависит от компьютера. Недостатком является то, что, поскольку он всегда интерпретирует код по мере его выполнения, это может сделать его намного медленнее, чем при использовании скомпилированного языка. Python, Perl и Ruby — популярные примеры интерпретируемых языков.

Тогда есть компилируемые языки. Скомпилированные языки должны пройти через компилятор перед выполнением.Компилятор преобразует программу в машинный код, чтобы компьютер мог ее понять. Java, C ++ и C # — популярные компилируемые языки. Преимущество компилируемых языков в том, что после компиляции они работают намного быстрее, чем интерпретируемые языки. Компиляция должна выполняться только один раз, тогда программа может запускаться много раз. С другой стороны, переводимые языки постоянно читаются и поэтому могут быть медленнее. Еще одно преимущество заключается в том, что, поскольку он соблюдается, он не раскрывает никакого исходного кода, что означает, что люди не могут видеть или копировать ваш код.Недостаток в том, что они обычно не работают на разных платформах. Программа, которая работает в одном направлении на Mac, не работает на ПК таким же образом. Вот почему, когда вы загружаете приложения в Интернете, у них есть возможность загрузить их для Mac OS X или Windows.

От Complier к машинному коду и к процессору

После того, как компилятор (или ассемблер) преобразует язык высокого уровня в машинный код, компьютер готов к выполнению действий. Чтобы понять, как процессор компьютера (также известный как центральный процессор или ЦП) считывает машинный код, вам сначала нужно понять, что такое машинный код.

Машинный код — это набор двоичных инструкций, состоящих из называемых битов 1 и 0. Для процессора 1 означает, что электрический переключатель включен, а 0 означает, что переключатель выключен. 1 и 0 группируются по-разному, образуя 8-битные комбинации, называемые байтами. Комбинации этих 1 и 0 отправляют различные электрические сигналы на транзисторы в ЦП. Современные процессоры имеют более миллиарда транзисторов, содержащих логические вентили. Логические ворота открываются и закрываются в зависимости от байтов кода, которые он получает, и это открытие и закрытие ворот — это то, что позволяет вашему компьютеру делать то, что вы ему приказываете.

Подводя итог, при выборе языка программирования следует учитывать множество различных факторов. Преимущество интерпретируемых языков заключается в том, что отсутствие компиляции означает, что время от редактирования кода до тестирования приложения может быть сокращено. Однако скомпилированные языки более эффективны по времени и пространству из-за отсутствия накладных расходов на интерпретатор. Какой бы язык программирования вы ни выбрали, решать вам!

Язык высокого и низкого уровня.

1/3
Остальные ответили на этот вопрос достаточно хорошо, но я дам лишь общее резюме.Если хотите, есть три типа языков.
-Язык высокого уровня
-Язык ассемблера
-Машинный код
Во-первых, языки высокого уровня, такие как C ++, Java, Python и т. Д., Являются языками, где вам НЕ нужна информация об оборудовании для их написания, и вы можете запускать их на разных машинах, если у вас есть IDE и компилятор, для пример.
Я перейду к машинному коду, чтобы вы могли увидеть, где язык ассемблера становится на свои места. Машинный код является наиболее элементарным из трех, он требует полного знания аппаратного обеспечения, и это самый простой код, при котором в машину считываются единицы и нули.Наконец, ассемблер — это что-то среднее между. Например, он специфичен для каждого процессора, и один язык не будет работать для каждой машины. Например, у Motorola есть свои собственные языки ассемблера, у IBM и т. Д. Фактически, каждая версия процессора для одной и той же компании может иметь свой собственный язык. Ассемблер полезен, потому что его легче понять, чем машинный код, но он использует гораздо меньше памяти, чем языки высокого уровня. Мы говорим, возможно, порядка 1000 раз! Это также дает пользователю больше контроля.

1.3.7 Языки высокого и низкого уровня и их переводчики

Показать понимание необходимости языков высокого и низкого уровня

Компьютеры не понимают языки высокого уровня, потому что они понимают только двоичные (‘ Машинный код’).

Людям сложно понять, что именно делает программа, когда она представлена ​​только в двоичном формате.

Языки высокого уровня более доступны для программистов.

Языки высокого уровня будут работать на разных типах компьютеров.

Низкоуровневое программирование позволяет напрямую управлять оборудованием.

Низкоуровневое программирование будет работать только с процессором, для которого оно предназначено (зависит от машины).

понимает потребность в компиляторах при переводе программ, написанных на языке высокого уровня

Компиляторы

Переводит всю программу из исходного кода (то есть языка высокого уровня) в объектный код / ​​машинный код.

Создает исполняемый файл (т.е.е. В двоичном / машинном коде)

Преимущества

Производится быстрый код

Исходный код остается скрытым, поэтому не может быть изменен заказчиком

Скомпилирован только один раз, поэтому переводчик не требуется

Недостатки

Компиляторы используют много ресурсов компьютера: он должен быть загружен в память компьютера одновременно с исходным кодом, и должно быть достаточно памяти для хранения объектного кода

Трудно определить источник ошибок в исходной программе.

Покажите понимание использования интерпретаторов с программами на языках высокого уровня

Переводчики переводят каждую инструкцию по очереди и переводят в машинный код. Затем инструкция выполняется перед переводом следующей инструкции.

Преимущества

Сообщения об ошибках выводятся, как только обнаруживается ошибка, поэтому легко отлаживать

Полезно для прототипов, так как программа будет работать, даже если в ее части есть ошибки.

Недостатки

Программа выполняется медленнее, чем скомпилированная программа.

Команды внутри цикла должны переводиться каждый раз при входе в цикл.

Понимание потребности в ассемблерах при переводе программ, написанных на языке ассемблера

Ассемблеры переводят язык ассемблера в машинный код / ​​двоичный / объектный код.

Руководство по программированию низкого уровня для начинающих

Автор: Liz Eggleston

Последнее обновление: 23 марта 2020 г.

Языки высокого уровня, такие как JavaScript и Python, могут быть сегодня самыми популярными языками программирования, но нет никаких аргументов в пользу того, что эти языки выполняют большую работу для разработчика, от управления памятью до интерпретации времени выполнения.С другой стороны, в низкоуровневом программировании очень мало абстракций — вы пишете код гораздо ближе к компьютеру. Так зачем вам изучать программирование низкого уровня? В этом руководстве наставник и ученик Holberton School ответят на все ваши вопросы о низкоуровневом программировании!

Что нужно знать:

• Низкий уровень относится к коду, написанному непосредственно для компьютера, т.е. Машинный код и сборка

• Является ли C языком низкого уровня? Мнения смешанные!

• Почему низкий уровень? Понимание программирования низкого уровня является ключевым, если вы хотите работать в области машинного обучения или Интернета вещей.Вдобавок ко всему, понимание того, что происходит под капотом, делает любого разработчика лучше.

Знакомство с экспертами

• Оливье — наставник в Holberton School, где он помогает студентам, когда у них возникают вопросы, связанные с программированием низкого уровня. Он также является главным архитектором программного обеспечения FutureOn в нефтяной отрасли. В прошлом он руководил разработкой библиотек ГИС (картографирования) для мобильных устройств и создавал видеоигры, такие как Age of Conan.

• Артур Дамм проработал 7 лет частным репетитором по математике, естественным наукам и программированию (и имел годичный технический стажер по разработке Java Android). Артур выбрал школу Холбертон из-за доступности ISA, классного кампуса в Сан-Франциско и строгой комплексной учебной программы (которая, конечно, включает низкоуровневое программирование). В настоящее время Артур находится на заключительном этапе специализации Holberton School.

Что такое низкоуровневое программирование?

Артур: В наше время низкоуровневое программирование — это любой язык, на котором вы управляете памятью .Любой язык, на котором это управление памятью или сборка мусора выполняется за вас, что сейчас является большинством языков, считается «высокоуровневым».

Olivier: Низкоуровневое программирование — это в основном всего, что близко к оборудованию, на котором вы запускаете свой код на . Он может иметь разное значение в зависимости от вашей цели. Если вы строите здание, вы всегда начинаете с фундамента и строите поверх него. Этой основой является разработка на низком уровне: если вы начинаете с программирования высокого уровня, вы не понимаете, что происходит под ним.

Совет для профессионалов: Сборка мусора — это когда система очищается за вас. В программировании на C вы должны убирать за собой.

Примеры языков программирования низкого уровня

Arthur: Раньше C считался языком высокого уровня. Сегодня многие инженеры могут посмеяться над этим, потому что C — это слишком низкий уровень. C и C ++ теперь считаются языками низкого уровня, потому что в них нет автоматического управления памятью.

Olivier: Определение низкого уровня сильно изменилось с момента зарождения информатики.Я бы не квалифицировал C как язык низкого или высокого уровня, а скорее как язык-посредник. Единственное настоящее программирование на низком уровне — это машинный код или ассемблер (asm). Сборка максимально приближена к тому, что может выполнять ЦП (процессор компьютера), поскольку это буквально текстовый перевод двоичного кода, который понимает ЦП. Например, библиотеки сжатия обычно строятся на C, и очень конкретные части будут построены с использованием сборки, но объем сборки становится меньше, потому что компиляторы становятся намного лучше в оптимизации.

Артур: В настоящее время я считаю Си языком низкого уровня. Конечно, это основной язык, который Холбертон использует в учебной программе начального уровня. Итак, для меня C — это низкий уровень, потому что при его использовании мы должны управлять собственной памятью приложения, а язык не управляется для нас. Это требует от нас, как инженеров, полной ответственности за свои действия. Это означает, что наши ошибки будут иметь тенденцию быть катастрофическими, но вознаграждение будет значительным с точки зрения эффективности и энергопотребления на любом устройстве, на котором выполняется наш код.Кроме того, быть программистом на C может быть очень приятно, если вы хотите разбираться в технических деталях своей работы.

Низкоуровневое программирование против программирования высокого уровня

Olivier: Вообще говоря, высокий уровень означает, что вы можете использовать много абстракций для выполнения того, что вы хотите сделать. На низком уровне у вас будет только стандартный набор функций. Языки низкого уровня также дают вам большую свободу.

Примеры языков высокого уровня:

Артур: За первые девять месяцев обучения в Holberton School мы выучили два языка высокого уровня, Python и JavaScript.Все языки более высокого уровня, такие как Python, Javascript и т. Д., Построены на C. Понимая, как они работают изнутри, я могу лучше написать свой высокоуровневый код, который будет действовать в соответствии с его внутренним дизайном, обеспечивая превосходную производительность приложений с более глубоким осознание ошибок. Кроме того, из-за того, что C настолько строг, при переключении на язык более высокого уровня у программиста возникает ощущение, что он сбрасывает вес и испытывает чувство выразительной легкости.

Pro Tip: Если вы хотите добавить новые функции в Python, это называется расширением.И они на самом деле написаны на C! Для некоторых продвинутых заданий Холбертона студенты фактически пишут код C, который идет под Python, а затем тестируют их вместе, чтобы увидеть, как он работает.

Если большинство языков высокого уровня выполняют управление памятью и сборку мусора за вас, тогда какой смысл в программировании низкого уровня?

Артур: В инженерии нет идеальных решений. Есть только компромиссы. Когда язык управляет памятью, инженеру становится проще работать.Ваши беспорядки убраны за вас. Однако компромисс заключается в том, что это обычно создает менее эффективный код, который требует больших вычислительных ресурсов. На практике это означает, что на сотовый телефон, ноутбук, интеллектуальные датчики или компоненты интеллектуального устройства потребуется больше энергии. Количество энергии, потребляемой устройством, на самом деле очень важно для встроенных систем и носимых устройств.

Низкоуровневое программирование становится особенно важным в Интернете вещей (IoT) и носимых устройствах, где эффективность энергопотребления является самым важным фактором.

Во-вторых, все языки высокого уровня построены на языках низкого уровня. Вам понадобится низкоуровневое программирование, чтобы поддерживать и развивать эти языки высокого уровня.

Olivier: Несмотря на то, что существует большой толчок к использованию языка высокого уровня для написания вещей низкого уровня, таких как драйверы для видеокарт, языки низкого уровня по-прежнему необходимы для повышения производительности. Например, все, что связано с кодированием или декодированием и шифрованием, вероятно, будет использовать низкоуровневое программирование с C и, возможно, некоторую сборку для использования расширенных инструкций (например, AVX, SSE и т. Д.).По сути, все, что требует высокой производительности и тонкой настройки, требует небольшого программирования на низком уровне.

заданий, требующих программирования низкого уровня

Olivier: Любая работа, связанная с разработкой встроенного программного обеспечения и созданием кода, который должен выполняться быстро. Если вы разбираетесь в программировании низкого уровня, вы, вероятно, поймете все, что идет выше. Когда я набираю, а кандидат застревает на проблеме React, я хочу видеть, что разработчик может читать код и понимать, что делает библиотека.

Кроме того, если вы хотите работать с программированием на GPU с использованием языков «высокого уровня», таких как CUDA или OpenCL, вам необходимо понимать программирование низкого уровня. В графическом процессоре (графическом процессоре) все происходит параллельно, и способ форматирования памяти на самом деле так же важен, как и сам код.

Артур: Я буду искать работу в Интернете вещей или встроенных системах. Моя цель — поработать над интересным проектом и, конечно же, применить свои низкоуровневые навыки программирования на C.

Как научиться программированию на C или низкоуровневом программировании

Стоит ли изучать программирование низкого уровня перед изучением языка высокого уровня, такого как Python, JavaScript или Java?

Артур: Ответ на этот вопрос будет зависеть от типа инженера, которым вы хотите стать. Если вы хотите оптимизировать кратчайшее время обучения, вам следует игнорировать низкий уровень, сразу перейти к JavaScript или Python и просто попрактиковаться в этом одном и получить достаточно хороших знаний, чтобы начать работать.

Но я действительно вырос, чтобы оценить идею школы Холбертона — они являются альтернативой традиционной четырехлетней степени по информатике, которая по своей сути предполагает более строгий и технический уровень инженера. В этом случае я думаю, что начать с C идеально, потому что это требует, чтобы вы понимали все детали очень актуальным образом. Например, сначала изучив C, мы действительно станем намного более способными, когда перейдем к Python.

Olivier: Если вы хотите улучшить свои навыки разработчика, вам необходимо понимать, как работает компьютер, даже когда детали скрыты от вас.Если вы сначала научитесь программировать на C, то позже вам будет намного легче работать с языками высокого уровня.

Вам нужно знать математику для программирования низкого уровня?

Артур: Информатика разбивается на числа, поэтому мы не можем уйти от математики в низкоуровневом программировании. Вам следует познакомиться с продвинутой алгеброй. Вам не понадобится математика на уровне вычислений, но вам понадобится, по крайней мере, полная математика средней школы, когда вы будете иметь дело с определенными проблемами в качестве инженера низкого уровня.

Программирование низкого уровня в школе Холбертона

Arthur: Наши первые девять месяцев (так называемые «Основы») представляют собой полный учебный план, то есть мы изучаем языки низкого и высокого уровня. Основы — отличное общее введение во все уровни стека, а именно: низкоуровневые, высокоуровневые, DevOps, базы данных и проекты портфолио. Мы изучаем почти ровно три месяца программирования на C. А затем в разделе «Специализация» мы продолжаем с того места, где остановились в этой части стека «Основы».В моем случае мы продолжили программирование технических систем на низкоуровневом языке C. Итак, мы узнаем, как писать наш код так, как это написано для Linux, который считается стандартной операционной системой в мире инженерии.

Olivier: Фундамент C важен, потому что он дает студентам Холбертона основу для дальнейшего развития. Если вы знаете C, велика вероятность того, что вы сможете понять любой повелительный язык, брошенный вам. В качестве плюса вы поймете, как работает память.9-месячная специализация Holberton School — это, по сути, краткий кикстартер, который поможет вам быстрее стать лучше в той области информатики, которая вам нравится.

Пример проекта программирования низкого уровня

Arthur: По большей части до сих пор мы копировали компоненты, существующие в операционной системе Linux. Linux считается произведением инженерного искусства. В настоящее время мы работаем над оболочкой или командной строкой. Это включает в себя довольно много сложного системного программирования.

В Holberton, хотя у нас нет инструкторов, обучающих нас на регулярной основе, нам поручают проекты с автоматическим тестированием, и это один из проектов. Позже у нас будет собственное портфолио проектов, в котором мы сможем выбрать то, что мы хотим создать.

Для нашей еженедельной отработки алгоритмов мы недавно изучили очень интересный алгоритм сопоставления с образцом, называемый KMP, поиск подстроки Кнута – Морриса – Пратта. Это действительно технически, но при этом на удивление доступно.Когда я впервые изучаю новый алгоритм и действительно начинаю его понимать, у меня всегда возникает небольшой мысленный кайф.

Как можно начать заниматься программированием низкого уровня?

Olivier: Нам повезло, что мы живем во времена, когда информация повсюду. Я рекомендую книгу Денниса М. Ричи и Брайана В. Кернигана (создателей C) «Язык программирования C».

Мой совет каждому ученику — читать код! Вначале это сложно, но вы научитесь в этом лучше.Мои основы в C очень помогли мне за эти годы.

Узнайте больше и прочтите отчет о курсе Holberton School. Эта статья была подготовлена ​​командой отчета о курсе в сотрудничестве со школой Holberton.