Что значит язык высокого уровня

Высокоуровневый язык программирования

Высокоуровневый язык программирования — язык программирования, использующий высокий уровень абстракции для быстрой и упрощенной записи компьютерных программ. В таком ЯП для описания структур данных и операций над ними используются смысловые конструкции, понятные человеку. Высокоуровневые языки программирования применяются для разработки сложных приложений (игр, графических и видеоредакторов, медиаплееров и т.д.), запись которых низкоуровневыми ЯП или машинным кодом будет слишком затруднительна.

Освойте профессию
«Fullstack-разработчик на Python»

Fullstack-разработчик на Python

Fullstack-разработчики могут в одиночку сделать IT-проект от архитектуры до интерфейса. Их навыки востребованы у работодателей, особенно в стартапах. Научитесь программировать на Python и JavaScript и создавайте сервисы с нуля.

картинка - 2023-03-14T190323.524

Профессия / 12 месяцев
Fullstack-разработчик на Python

Создавайте веб-проекты самостоятельно

dffsdd (3)

Что такое высокоуровневый язык программирования

Команды, непосредственно исполняемые компьютером, записываются с помощью машинного кода — комбинации нулей и единиц. Для человека-оператора такой способ записи очень сложен, создать с его помощью вручную можно только простые программы. Частично эта проблема решена в низкоуровневых языках программирования, где для обозначения машинных команд используются мнемонические буквосочетания. Однако, такие языки создаются для конкретной платформы (семейства процессоров) и не могут использоваться на другой. То есть программа, написанная на низкоуровневом языке программирования для одного компьютера, не будет работать на другом.

Решением этих двух проблем стало создание языков программирования высокого уровня. В них используется синтаксис, максимально приближенный к естественным языкам или иным понятным человеку семантическим системам (в частности, математическим формулам). Для каждого такого языка разработаны трансляторы, выполняющие две основные функции:

адаптируют написанную программу к архитектуре конкретной платформы — у каждого языка высокого уровня для каждого процессора создан свой транслятор;
переводят программу с языка, понятного человеку, в машинный код, непосредственно распознаваемый процессором.

Иными словами, независимость высшего языка программирования от архитектурных особенностей аппаратных платформ решена за счет использования дополнительных программ. Таким образом, высокоуровневый язык программирования абстрагируется от технических характеристик конкретного компьютера.

История высокоуровневых языков программирования

Идея создать язык программирования, понятный человеку, появилась одновременно с первыми компьютерами с современной архитектурой. Даже на старых моделях программировать с помощью машинного кода было достаточно сложно. Поэтому программисты задумались о более простом способе записи компьютерных алгоритмов. Исторически первым языком высокого уровня стал Plankalkül (в переводе с немецкого «запланированные вычисления»), разработанный немецким инженером Конрадом Цузе в 40-х годах для своего компьютера Z4.

Язык подходил не только к этой модели, но и к более ранним разработкам самого Цузе и, потенциально, к другим компьютерам схожей конструкции. Синтаксис включал в основном числа и символы математических/логических действий, поддерживал операции назначения, итерационные циклы, работу с числами с плавающей запятой и т.д. Иными словами, обладал большинством возможностей современных языков программирования высокого уровня.

Однако, он во многом остался неизвестен из-за того, что Цузе жил и работал в нацистской Германии, что естественным образом не позволяло ему сотрудничать с коллегами из других стран — прежде всего из США и Великобритании. Широкую известность Plankalkül получил только в 70-х годах, а первый компилятор для него был разработан только в 2000 году в Берлине уже для современных компьютеров.

Станьте Fullstack-разработчик на Python и найдите стабильную работу
на удаленке

Чуть позже, в середине 1950-х годов, в СССР был разработан первый транслятор (компилятор) ПП-1 (Программирующая программа) и его рабочая версия ПП-2 для ЭВМ «Стрела». Хотя сама программа показывала достаточно высокую эффективность по тем временам, ее недостатком был сложный и неудобный язык ввода.

Настоящая популярность к языкам высокого уровня пришла в конце 50-х годов прошлого века, когда в корпорации IBM под руководством программиста Джона Бэкуса был создан первый язык программирования высокого уровня Fortran и компилятор для него, используемый в практической деятельности. Этот ЯП создавался в первую очередь для научных и инженерных расчетов — и в таком качестве в виде усовершенствованных версий применяется и сегодня. Параллельно с Фортран на Западе велась и разработка других высокоуровневых языков, таких как C, Algol, LISP, Cobol и т.д. Многие из них успешно применяются по сей день и/или стали основой для появления других, более совершенных и функциональных языков программирования.

Виды языков программирования высокого уровня

Сегодня разработано большое количество высокоуровневых ЯП. Их условно можно разделить на три основные категории.

Императивные. Программы на языках высокого уровня этого типа представляют собой набор строго последовательных команд, выполняемых процессором. Инструкции в них напоминают приказы из естественных языков, которые обычно пишутся в повелительном наклонении («выведи это число», «задай значение переменной») и т.д. Типичные представители этого семейства — Fortran, C-подобные языки, Ruby и т.д.
Декларативные. Программы на языках этого типа описывают процессору не последовательность команд, а конечный результат их выполнения. Иными словами, они показывают, что должно получиться в итоге, а как этого добиться, компьютер «решает» сам. По этому принципу работают такие языки, как HTML и SQL.
Объектно-ориентированные. Такие языки оперируют объектами, из которых составляются четко структурированные программы. Они обеспечивают большую управляемость процессом моделирования программы, что особенно важно при реализации крупных проектов. Типичные представители — Java, Python, C#, LISP и т.д.

Существуют также классификации по назначению (языки общего назначения и узкоспециализированные), по механизму исполнения исходного кода (интерпретируемые или компилируемые) и иным критериям.

Преимущества языков высокого уровня

Доступность. Большинство языков высокого уровня программирования используют семантику и синтаксис, напоминающие естественный язык и даже заимствующие из них конкретные понятия, служебные символы и т.д. (как правило, из английского). Некоторые ЯП этого класса основаны на математических/логических символьных системах. В любом случае, они интуитивно понятны человеку-оператору, что существенно ускоряет и упрощает как написание программ, так и изучение самого языка.
Меньший размер программ. Описание набора одних и тех же команд на языках программирования высокого уровня будет занимать меньше строк (и, соответственно, объема памяти), чем на низкоуровневых ЯП или на машинном коде. Это упрощает не только их написание, но и хранение, а также отладку и тестирование — найти ошибки в понятной и короткой семантической системе гораздо проще, чем в наборе нулей и единиц.
Независимость от аппаратного обеспечения. В эпоху становления современных компьютеров программистам приходилось хорошо разбираться в самом «железе», чтобы написать для него работающую программу. Поэтому большинство программ того времени было написано самими разработчиками компьютеров. При использовании высокоуровневых языков разбираться в особенностях конкретной платформы программисту не нужно. Достаточно просто описать с его помощью порядок действий и их результат, а программа-компилятор сама «расскажет» процессору, как его выполнить.
Кроссплатформенность. Отличительная черта ЯП высокого уровня — их универсальность. За счет абстрагирования они не привязаны к конкретным платформам, поэтому написанные на них программы можно использовать на различных устройствах. Это делает ненужной разработку приложений для конкретных гаджетов, что значительно упрощает жизнь как сами программистов, так и пользователей их продуктов.

Недостатки языков программирования высокого уровня

Ограниченная переносимость ПО. Хотя заявлено, что софт, написанный на таких языках, является кроссплатформенным, это правило работает не со всеми программами. В основном с теми, которые работают с математическими вычислениями или обработкой данных. В то же время интерактивные приложения (мультимедийные, игровые, графические и т.д.) используют в своей работе системные вызовы (обращения к ядру операционной системы). Но у каждой ОС этот механизм свой и довольно сильно отличается от других. Поэтому, зачастую, софт, написанный для одной операционной системы, не работает на другой. Чтобы это исправить, разработчики ПО и энтузиасты-любители создают дополнительные библиотеки, маскирующие эти различия. Но даже с ними программа может не работать на все 100% на той платформе, для которой она изначально не создавалась.

Медленная работа. Это основной недостаток высокоуровневых языков программирования. Дело в том, что программе-транслятору требуется определенное время, чтобы перевести программу с языка, понятного человеку, в машинный код. И чем выше уровень абстракции этого ЯП, тем больше времени занимает процесс. Это можно сравнить с работой сурдо-переводчика, который вынужден сложные абстрактные понятия естественного языка переводить в достаточно ограниченный набор движений языка жестов. Чем они сложнее, тем больше жестов ему необходимо для описания. Соответственно, это увеличивает время перевода. Частично эту проблему в некоторых ЯП высокого уровня решили добавлением в них языков ассемблера, переводящего программу в набор однозначно интерпретируемых процессором инструкций.

Применение языков программирования высокого уровня

Языки высокого уровня используют, главным образом, для написания больших и сложных приложений, таких как:

компьютерные игры (точнее, движки, на основе которых они работают);
мультимедийные приложения — программы для просмотра изображений, прослушивания аудио- и просмотра видеофайлов;
профессиональное ПО для создания и редактирования изображений (графические редакторы), анимаций, видеороликов (видеоредакторы), музыки и другого медиаконтента;
операционные системы — в частности, Linux и Microsoft Windows, а также различные системные приложения (например, фреймворки);
профессиональное ПО для бухгалтеров, логистов, менеджеров, инженеров, разработчиков программного обеспечения и т.д.;
приложения для обработки больших массивов данных и сложных научных и математических вычислений.

Зато различные драйверы периферийных устройств, прошивки ядер, некоторые компоненты операционных систем пишутся на языках низкого уровня. Дело в том, что только так можно обеспечить максимальную производительность и адаптивность их работы на конкретной платформе. Кроме того, низкоуровневым языкам отдается предпочтение в таких сферах, как военная промышленность, энергетика, космическая отрасль, медицина и т.д., так как в них предъявляются особые требования к надежности работы оборудования. Дело в том, что программы, написанные на высокоуровневых ЯП, работают медленнее, в них чаще происходят сбои из-за неполной переносимости, что может быть критичным при выполнении важных задач.

Таким образом, создание языков программирования высокого уровня стало существенным шагом в развитии не только программного обеспечения, но и компьютерной индустрии в целом. Они позволили разработчикам «железа» меньше заботиться об удобстве программистов, а тем, в свою очередь, меньше уделять внимания техническим особенностям конкретных платформ. На таких ЯП написана большая часть современного программного обеспечения, которая может использоваться (с определенным допущением) на различных устройствах. Кроме того, высокоуровневые языки сделали программирование более доступным для начинающих благодаря интуитивно понятному синтаксису, что существенно упрощает их освоение.

KVERNER

Matlab Simulink Python Java HELP Работы программиста профессионала

Что такое языки низкого, среднего и высокого уровня?

28.10.2018 Admin Комментарии 2 комментария

Языки программирования можно разделить на три широкие категории. Это языки высокого уровня, среднего уровня и низкого уровня. Эти три типа языков различаются в зависимости от различных характеристик.

Высокий уровень относится к языкам программирования, написанным таким образом, который может быть понят человеком. Они независимы, и программистам не нужно иметь никаких предварительных знаний об оборудовании, в котором будет использоваться программа. Примеры языков программирования высокого уровня включают C ++ и Python.

Языки среднего уровня служат мостом между аппаратным и программным уровнем компьютера. Они работают на уровне абстракции компьютера. С другой стороны, языки низкого уровня написаны для удовлетворения потребностей конкретной архитектуры компьютера и требований к оборудованию.

В этой статье мы рассмотрим основные различия между языками программирования высокого уровня, среднего уровня и низкого уровня.

1. Скорость

С точки зрения скорости программы, написанные на языках низкого уровня, быстрее, чем программы, написанные на средних и высокоуровневых языках. Это связано с тем, что эти программы не нужно интерпретировать или компилировать. Они взаимодействуют непосредственно с регистрами и памятью.

С другой стороны, программы, написанные на языке высокого уровня, относительно медленнее. Основная причина этого — они написаны на человеческом языке. Это означает, что компьютер вынужден переводить и интерпретировать их на человеческом языке, прежде чем он их выполнит. Все эти процессы требуют много времени.

Скорость среднего уровня языка находится между языками высокого и низкого уровня. Это не слишком высоко или слишком низко.

2. Требование к памяти

Это еще один параметр, который мы можем использовать для дифференциации этих трех типов языков. Низкоуровневые языки очень эффективны с точки зрения памяти. Они потребляют меньше памяти. Это очень отличается от языков высокого уровня, которые, как известно, являются интенсивными для памяти. Они потребляют большую память, особенно когда мы считаем, что тот факт, что эти языки все еще работают в определенной среде выполнения. Эффективность памяти языков программирования среднего уровня не так высока по сравнению с языками высокого уровня.

3. Простота использования

Низкоуровневые языки дружелюбны к машинам, но недружественны для программистов-людей. Как программист на людях, довольно сложно справляться с бинарниками и мнемониками. Тот факт, что каждая инструкция предназначена для конкретной компьютерной архитектуры, делает язык более техническим. Короче говоря, низкоуровневые языки трудно освоить.

С другой стороны, языки высокого уровня благоприятны для людей. Они состоят из английских заявлений, которые можно легко узнать и запомнить. Это объясняет, почему они являются наиболее популярным типом языка программирования.

4. Портативность

В этом контексте термин переносимость относится к способности языка использоваться на разных компьютерах. Низкоуровневые языки программирования менее переносимы. Это связано с тем, что их инструкции зависят от машины. Это просто означает, что каждая команда написана для конкретной машины. Коды для конкретной машины не могут работать в другой компьютерной архитектуре.

Языки высокого уровня не зависят от машины. Один код можно использовать на другой машине и даже на другой архитектуре без каких-либо трудностей. Это означает, что высокоуровневые языки программирования очень портативны. Вы можете перенести программу, написанную на высоком уровне, из одной среды в другую, и она все равно будет работать.

5. Абстракция

В этом контексте абстракция относится к взаимосвязи между языком и компьютерным оборудованием. Это минимальная или даже нулевая абстракция между низкоуровневыми языками с компьютерным оборудованием. Эти языки легко взаимодействуют с памятью компьютера и регистрируются.

Разрыв между языками среднего уровня и аппаратными средствами весьма значителен. Он больше, чем язык низкого уровня, но меньше, чем язык с языками высокого уровня.

Как и ожидалось, языки высокого уровня имеют максимальный уровень абстракции. Это связано с тем, что они работают с самого верхнего уровня компьютера, где минимальное взаимодействие с оборудованием.

Как вы можете видеть, существуют явные различия между языками программирования высокого уровня, среднего уровня и низкого уровня. Мы также можем указать, что каждый тип языка программирования предназначен для удовлетворения его конкретных целей. По этой причине мы не можем рекомендовать один тип программирования над другим.

Языки программирования высокого уровня – идите в ногу со временем

Высокоуровневые языки программирования специально разработаны для облегчения выполнения задач (написания программ) программистом. Если бы сходные задачи были написаны на низкоуровневом языке программирования или при помощи машинного кода, то это заняло бы много времени, а также было бы настолько сложными в исполнении, что даже самый опытный и квалифицированный программист наделал бы ошибок в программе.

Поэтому низкоуровневые языки и машинный код используются исключительно для написания (создания) простых командных программ (драйверов, микропрограмм управления и др.), а для создания таких сложных программ и оболочек как игры, различные редакторы, мультимедиа – используют высокоуровневые языки программирования.

История возникновения языков программирования высокого уровня

Высокоуровневые языки программирования специально были разработаны для полной независимости сути алгоритмов от какого-то конкретного типа платформы. Специальные программы – трансляторы, компилируют написанный на высокоуровневом языке текст в машинный код (инструкцию).

Различные интерпретаторы и трансляторы могут обеспечить совместимость любых программ, которые были написаны на данных языках программирования, с практически любыми операционными системами, что в идеале позволит даже не проводить модификацию исходного кода для любой платформы.

Но наряду со множеством положительных качеств, высокоуровневые языки программирования имеют также и недостатки – написанные при их помощи программы менее эффективны, чем низкоуровневые. Поэтому, для устранения этого недостатка появилась возможность поддержки ассемблера (языка низкого уровня) в большинство профессиональных языков высокого уровня.

Примеры языков программирования высокого уровня

Лисп, Delphi, Perl, Паскаль, PHP, Ruby, Python, Java, JavaScript, C#, C++ – все это самые востребованные и функциональные языки программирования высокого уровня.

Самый первый высокоуровневый язык программирования (Plankalkül) был разработан еще в 1942-1946 годах Конрадом Цузе – немецким инженером. А вот самый первый транслятор был разработан в 1954 году. Тогда же он был и испытан, и получил название ПП (программирующая программа). Однако все модификации ПП не имели большой популярности из-за ограничений функциональности. Поэтому, самую широкую популярность языки программирования высокого уровня получили только в 1957 году, когда появился язык Фортран и компилятор для него.

Если Вы хотите в совершенстве изучить программирование, писать интересные и полезные программы, идти в ногу со временем – записывайтесь на наши курсы по изучению языков программирования. Наши высококлассные преподаватели обучат Вас всем тонкостям написания программ, а Вы сможете использовать полученные знания для достижения Ваших целей.

Язык программирования высокого уровня

Высокоуровневый язык программирования — язык программирования, разработанный для быстроты и удобства использования программистом. Основная черта высокоуровневых языков — это абстракция, то есть введение смысловых конструкций, кратко описывающих такие структуры данных и операции над ними, описания которых на машинном коде (или другом низкоуровневом языке программирования) очень длинны и сложны для понимания.

Так, высокоуровневые языки стремятся не только облегчить решение сложных программных задач, но и упростить портирование программного обеспечения. Использование разнообразных трансляторов и интерпретаторов обеспечивает связь программ, написанных при помощи языков высокого уровня, с различными операционными системами и оборудованием, в то время как их исходный код остаётся, в идеале, неизменным.

Такого рода оторванность высокоуровневых языков от аппаратной реализации компьютера помимо множества плюсов имеет и минусы. В частности, она не позволяет создавать простые и точные инструкции к используемому оборудованию. Программы, написанные на языках высокого уровня, проще для понимания программистом, но менее эффективны, чем их аналоги, создаваемые при помощи низкоуровневых языков. Одним из следствий этого стало добавление поддержки того или иного языка низкого уровня (язык ассемблера) в ряд современных профессиональных высокоуровневых языков программирования.

Примеры: C++, Visual Basic, Python, Perl, Delphi (Pascal), строковых типов, объектов, операций файлового ввода-вывода и т. п.

Первым языком программирования высокого уровня считается компьютерный язык Plankalkül разработанный немецким инженером Конрадом Цузе ещё в период 1942—1946 гг. Однако, широкое применение высокоуровневых языков началось с возникновением Фортрана и созданием компилятора для этого языка (1957).

Переносимость программ

Распространено мнение, что программы на языках высокого уровня можно написать один раз и потом использовать на компьютере любого типа. В действительности же это верно только для тех программ, которые мало взаимодействуют с операционной системой, например, выполняют какие-либо вычисления или обработку данных. Большинство же интерактивных (а тем более мультимедийных) программ обращаются к системным вызовам, которые сильно различаются в зависимости от операционной системы. Например, для отображения графики на экране компьютера программы под Microsoft Windows используют функции Windows API, которые недоступны в системах, поддерживающих стандарт программный интерфейс X-сервера.

К настоящему времени создан целый ряд программных библиотек (например, библиотека wxWidgets), скрывающих несоответствия системных вызовов различных операционных систем от прикладных программ. Однако такие библиотеки, как правило, не позволяют полностью использовать все возможности конкретных операционных систем.

Новые тенденции

Новой тенденцией является появление языков программирования еще более высокого уровня (ультра-высокоуровневых). Такого рода языки характеризуются наличием дополнительных структур и объектов, ориентированных на прикладное использование. Прикладные объекты, в свою очередь, требуют минимальной настройки в виде параметров и моментально готовы к использованию. Использование ультра-высокоуровневых языков программирования снижает временные затраты на разработку программного обеспечения и повышает качество конечного продукта за счет, опять таки, уменьшения объема исходных кодов.

См. также

Сверхвысокоуровневый язык программирования
Низкоуровневый язык программирования
Метапрограммирование
Псевдокод

Ссылки

Wikimedia Foundation . 2010 .