Что такое низкоуровневое программирование

Термин: Программирование низкоуровневое

Низкоуровневым программированием обычно называют программирование процессора или контроллера, который непосредственно связан своими периферийными устройствами со специфической внешней аппаратурой (прибором). При этом сама задача программирования тесно связана с уровнем взаимодействия с аппаратурой, с устройством интерфейсов ввода-вывода, временными диаграммами этих интерфейсов и с физической задачей, которая должна решаться данной аппаратурой. Как следствие, низкоуровневый программист должен не только владеть языками, средами и методами программирования, не только владеть основами ЦОС, но также должен иметь определённый технический (инженерный) кругозор, чтобы уметь (или быть расположенным, чтобы) разобраться в физической задаче, стоящей перед аппаратурой.

Языком низкоуровневого программирования традиционно считался язык ассемблера (специфический для каждой архитектуры). В наши дни для низкоуровневых задач широко применяется язык высокого уровня Си, который поддерживается большинством сред разработок современных процессоров (контроллеров).

Важными источниками информации для низкоуровневого программиста являются: User’s Мanual, Programming Manual, Data Sheet на процессор (контроллер), а также Руководство и Низкоуровневое описание на аппаратуру (прибор).

Для низкоуровневого программиста важными вспомогательными возможностями при отладке ПО являются: внутрисхемные отладчики (например, подключаемые через интерфейс JTAG), свободные порты и интерфейсы ввода-вывода процессора (контроллера), индикаторы и органы управления прибора. Навык обращения с осциллографом, безусловно, пригодится такому программисту.

Дискуссионным вопросом (вопросом о терминах) является вопрос: включать ли процесс проектирования на основе CPLD или FPGA (FPGA design) в понятие низкоуровневое программирование? С одной стороны, FPGA design требует языков параллельного программирования для описания параллельных физических процессов (а фактически – описания цифровой электрической схемы), требует большого количества физических привязок проекта FPGA к возможностям FPGA, к её временны́м физическим характеристикам, требует описания средствами языка физических процессов на линиях и интерфейсах при верификации проекта. С другой стороны, языки параллельного программирования активно впитывают, например, наработки на языке Си. Проекты FPGA могут включать в себя процессоры и контроллеры, которые требуют классических инструментов низкоуровневого программирования.

Важно отметить, что в современных системах низкоуровневое программирование разделяется ещё на целый ряд подуровней, как это описано в статье Уровни программных и аппаратных средств.

Перейти к другим терминам	Cтатья создана:	08.07.2014
О разделе «Терминология»	Последняя редакция:	25.08.2019

Пример использования термина

Системы сбора данных, представленные ниже, предоставляют возможность пользовательского низкоуровневого программирования сигнального процессора или контроллера.

АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,156 В…10 В; 400 кГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц, USB

E14-440

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express

L-502

АЦП: 12 бит; 8 каналов;
±0,16 В…5 В; 120 кГц
ЦАП: 8 бит; 1 канал; ±5 В; 10 мс
Цифровые входы/выходы: 8 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0

Модуль АЦП/ЦАП
8 каналов, 12 бит, 120 кГц, USB

E-154

Интерфейсы:
USB 2.0 — 16 Мбайт/с;
Ethernet — 10 Мбайт/с;
Память: 32 MB RAM, 2 GB Flash (опция)
Питание: ~220 В, =12 В, =27 В
Габариты: 236x133x378 мм, переносная конструкция

Крейт на 8 модулей

LTR-EU-8

Интерфейсы:
USB 2.0 — 16 Мбайт/с;
Ethernet — 10 Мбайт/с;
Память: 32 MB RAM, 2 GB Flash (опция)
Питание: ~220 В, =12 В, =27 В
Габариты: 481х136х406 мм, ширина 19″, высота 3U

Крейт на 16 модулей

LTR-EU-16

Интерфейсы:
USB 2.0 — 16 Мбайт/с;
Ethernet — 10 Мбайт/с;
Память: 32 MB RAM, 2 GB Flash (опция)
Питание: ~220 В, внешний адаптер
Габариты: 135х61х189 мм

Крейт на 2 модуля

LTR-EU-2

АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,08 В…5 В; 400 кГц
ЦАП: 14 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц, PCI

L-780M

АЦП: 12 бит; 16/32 каналов;
±0,6 В…5 В; 3 МГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 12 бит, 3 МГц, PCI

Низкоуровневое программирование: понимание, языки, преимущества и недостатки

Нисходящий и восходящий метод программирования: особенности и отличия

7 фактов про Java
Как структурное программирование помогает создавать эффективный и надежный код

Сергей Немчинский: Стоит ли учить старые версии языков программирования, когда есть новые?

Низкоуровневое программирование представляет собой одну из ключевых областей в IT-сфере, поскольку это позволяет напрямую взаимодействовать с аппаратным обеспечением компьютера. Языки низкоуровневого программирования обеспечивают максимальную эффективность использования ресурсов системы и управления ими. В данной статье мы рассмотрим концепцию низкоуровневого программирования, примеры языков, а также сравним их с высокоуровневыми языками программирования.

Что такое низкоуровневое программирование?

Низкоуровневое программирование — это процесс создания программ с использованием языков программирования, которые позволяют рарзаботчикам иметь прямой доступ к аппаратному обеспечению компьютера, такому как процессор, память и другие устройства.

Эти языки позволяют более эффективно управлять ресурсами системы и оптимизировать производительность программ. Они используются для создания приложений, которые требуют максимальной производительности и точного контроля аппаратных ресурсов. Такие языки программирования обладают меньшим уровнем абстракции, чем высокоуровневые языки, и предоставляют разработчикам более прямой контроль над аппаратурой.

Низкоуровневое программирование применяется во многих областях, где требуется жесткий контроль над устройством, таких как военная и космическая сферы, медицинские приложения, инженерия и др. Несмотря на сложность использования низкоуровневых языков, они являются базовыми для построения компьютерных технологий и присутствуют в каждом компьютере.

В начале компьютерной эры программирование производилось на машинном коде, который состоял из комбинации двух цифр: «1» и «0». Это был самый примитивный язык, который обеспечивал контроль над железом компьютера на самом низком уровне. С развитием технологий и увеличением сложности ПО, написание кода на двоичном языке стало невозможным. Поэтому были созданы, более удобные для разработки ПО, низкоуровневые языки программирования, которые все еще позволяли разработчикам управлять аппаратным обеспечением компьютера.

Низкоуровневое программирование — это важная область в IT-индустрии, но кроме него существуют и высокоуровневые языки программирования, которые также более широкое применение в различных областях. Если вы хотите освоить языки высокого уровня и научиться создавать более сложные программы, выбирайте язык программирования на свой вкус и стартуйте!

Какие языки программирования относятся к низкоуровневым?

Низкоуровневое программирование предполагает более прямой доступ к аппаратуре компьютера, что требует от специалиста более высокой квалификации. К таким языкам относятся, например, Assembler, C и С++. К низкоуровневым языкам программирования также относят: Rust, Ada, Fortran и Pascal.

Некоторые из этих языков были разработаны во времена, когда компьютеры были менее мощными и требовали более низкоуровневого программирования. Несмотря на это, они все еще используются сегодня в различных сферах, таких как автомобильная промышленность, микроконтроллеры и промышленное управление.

Отличия от высокоуровневых языков программирования

Низкоуровневое программирование требует от программиста понимания, как работает компьютер на самом низком уровне, то есть на уровне железа. Для этого необходимо иметь большой опыт и знания. Низкоуровневые языки программирования позволяют напрямую управлять ресурсами компьютера и делать программы быстрее и более эффективными. Эти языки находятся ближе к аппаратному уровню и позволяют программисту более точно управлять аппаратными компонентами.

Высокоуровневые языки программирования используют более абстрактные конструкции, которые позволяют специалистам сконцентрироваться на логике приложения, а не на деталях реализации, они созданы для людей, чтобы разработка была легче и понятнее. Они не понимаются компьютером напрямую, поэтому используются специальные программы для конвертации в низкоуровневый язык. Примеры высокоуровневых языков программирования включают Python, Java, JavaScript, PHP, C# и другие. Они используются для создания различных продуктов, включая программы, игры и веб-приложения.

Преимущества

Плюсы низкоуровневых языков программирования:

1. Высокая скорость выполнения кода.
2. Максимальный контроль аппаратного обеспечения, что делает их идеальными для написания системного ПО, драйверов и операционных систем.
3. Работа с ресурсами. Разработчики могут иметь прямой доступ к ресурсам компьютера, таким как память и процессор, что позволяет им работать более эффективно и быстро.
4. Повышенная портируемость. Низкоуровневые языки могут быть скомпилированы на многие разные архитектуры процессоров, что позволяет использовать код на различных платформах.
5. Возможность оптимизации. Разработчики могут написать код, который можно оптимизировать для конкретного аппаратного обеспечения, что позволяет добиться максимальной производительности приложения.
6. Разработка низкоуровневого программного обеспечения более надежная и безопасная, так как программа работает близко к аппаратному уровню и не зависит от других программных слоев.

Недостатки

Минусы низкоуровневых языков программирования:

1. Они более сложны в использовании, чем высокоуровневые языки программирования, т.к. требуют более глубокого понимания аппаратного обеспечения. Соответственно, программист должен контролировать каждую машинную команду, которую генерирует его программа.

1. Недостаточная переносимость. Из-за того, что каждый компьютер имеет свою уникальную аппаратную конфигурацию, программы могут работать только на определенном компьютере или аппаратном обеспечении.

1. Малая экономическая ценность. Низкоуровневые языки программирования занимают небольшую нишу в программном рынке и используются главным образом для разработки операционных систем, драйверов устройств и программного обеспечения для встраиваемых систем.

Низкоуровневые языки программирования обычно не имеют такого широкого выбора готовых библиотек и фреймворков, как высокоуровневые языки. Однако, за счет более прямого доступа к аппаратным ресурсам, они позволяют написать более производительный и оптимизированный код, что также может считаться их преимуществом.

Вы, наверное, заметили некоторые противоречия касательно повышенной портируемости и, наоборот, недостаточной переносимостью, обьясним. С одной стороны, возможность компиляции низкоуровневых языков на разные архитектуры процессоров действительно может повысить их портируемость, то есть возможность использования кода на различных платформах. С другой стороны, некоторые программы, написанные на низкоуровневых языках, могут содержать инструкции, которые привязаны к конкретной аппаратуре и не могут быть выполнены на других компьютерах или аппаратных конфигурациях. Это может ограничивать переносимость низкоуровневых программ, особенно если они написаны для конкретной архитектуры процессора или используют специфические аппаратные возможности.

Есть ли перспектива у низкоуровневых языков программирования

Перспектива низкоуровневых языков программирования до сих пор вызывает определенные вопросы среди разработчиков. С одной стороны, существуют множество приложений и систем, которые все еще используются на низкоуровневых языках программирования. С другой стороны, с развитием технологий, появляются новые высокоуровневые языки программирования. Они значительно упрощают процесс разработки и сокращают время на написание кода.

Однако, не следует забывать о том, что низкоуровневые языки программирования играют важную роль в разработке операционных систем, драйверов, компиляторов и других критически важных компонентов. Низкоуровневые языки программирования также широко используются во многих отраслях, где производительность является критически важным фактором, например, в аэрокосмической и автомобильной промышленности.

Итог

Несмотря на все преимущества низкоуровневого программирования и его применение в критически важных системах, в будущем его популярность будет снижаться в связи с развитием более удобных и гибких высокоуровневых языков программирования. Однако, понимание основ низкоуровневого программирования и знание assembler всё ещё востребовано в некоторых областях, и может помочь программисту создать более эффективный и оптимизированный код.

Уровни языков программирования: какие бывают и чем они отличаются

В мире насчитывают около 9000 языков программирования. Среди них есть низкоуровневые и высокоуровневые. В чем их отличие, и почему низкий уровень не хуже высокого — рассказываем в статье.

Освойте профессию «Веб-разработчик»
Веб-разработчик с нуля

Веб-разработчик — мастер на все руки. Он создает программы и приложения для любых сфер и компаний: от небольшой кофейни до международных банков. Станьте специалистом, который создает востребованный продукт

Профессия / 12 месяцев
Веб-разработчик с нуля
Создавайте нужные любому бизнесу сервисы
3 990 ₽/мес 6 650 ₽/мес

Что такое язык программирования

• алфавит — символы, которые используются для передачи команд;
• синтаксис — правила написания запросов;
• семантику — смысловое значение команд.

С помощью языка программирования можно изменять данные на компьютере, производить вычисления, создавать новые приложения. При этом все языки взаимодействуют с компьютером на разных уровнях — низких или высоких.

Низкоуровневые языки

«Мозг» компьютера — это процессор. Именно он отдает указания и контролирует работу устройства. Процессор распознает команды только в двоичном коде — написанные при помощи нулей и единиц (100110). Цифры помогают машине понять, что именно нужно сделать — вывести на экран изображение, положить свитшот в корзину или запустить любимую игру.

У низкоуровневых языков нет встроенных функций. Они общаются с конкретным процессором, поэтому код одного компьютера не может быть использован на другом. У каждого производителя процессоров свой собственный набор инструкций.

Самые распространенные низкоуровневые языки — это машинный код и язык ассемблера.

Машинный код

Тот самый двоичный код — язык нулей и единиц, который компьютер понимает без дополнительной обработки. Для человека он кажется слишком сложным, и в нем легко запутаться. Поэтому в чистом виде его практически не используют.

Код передается в загрузчик программ напрямую, минуя «посредников», поэтому требует меньше памяти и отличается высокой производительностью.

Язык ассемблера

Чтобы немного упростить управление «железом», популярные команды преобразуют в более понятные директивы. Они похожи на сокращенные английские слова. Например, можно написать MOV вместо команды 1011, чтобы переместить данные в соседний регистр.

Язык ассемблера — это первая надстройка, которая упрощает машинный код. Но при этом все еще позволяет писать высокопроизводительные программы и приложения.

Сегодня язык ассемблера используют для создания программного обеспечения или драйверов. Чтобы компьютер понял этот язык, все команды пропускаются через компилятор или интерпретатор и переводят обратно в двоичный код.

Какие языки программирования учить и зачем

Языки высокого уровня не хуже и не лучше языков низкого уровня. Как правило, они используются для разных задач. Выбирать язык программирования следует исходя из поставленной цели. Например, для мобильной разработки используют C++, Java, JavaScript. Для создания веб-сайтов подойдет Python, JavaScript, Ruby, PHP. Для драйверов можно использовать низкоуровневый язык ассемблера.

Языки низкого уровня и некоторые языки высокого уровня, например, С++, будут сложными для новичков. Поэтому тем, кто только начинает кодить, рекомендуют выбирать высокоуровневые языки с упрощенным синтаксисом — Python, JavaScript. Даже не имея глубоких познаний в информатике, с их помощью можно создать интересный проект и внедрить много небанальных решений.

Низкоуровневое программирование

Изобретатели компилятора получат Премию Тьюринга и 1 миллион долларов

Спустя десятилетия, после создания чего-то настолько фундаментально важного, Ульман и Ахо наконец-то получат заслуженную награду.

17 апр 2018 17 апр 2018 в 16:30

Подборка книг о компиляторах и обо всем, что с ними связано

Мы собрали подборку лучших книг по принципам работы компиляторов и их написанию, которые научат вас грамотному проектированию и низкоуровневому программированию этих мощнейших инструментов.

07 февр 2018 07 февр 2018 в 21:57

Google представила библиотеку cpu_features для определения функций процессора

Библиотека cpu_features позволяет программе определять технологии, поддерживаемые процессором, и использовать их для оптимизации кода.

25 янв 2018 25 янв 2018 в 13:27

Выпущена версия DOOM, работающая только на mov-инструкциях

Один кадр обрабатывается около 7 часов, зато игра теперь не подвержена недавним уязвимостям в процессорах.

06 сент 2017 06 сент 2017 в 18:10

«Шелл» на С: пишем командную оболочку для Unix

Многие считают, что сделать программу, которой будут пользоваться миллионы, очень трудно. Однако за любым, даже самым сложным, продуктом всегда стоит простая идея. Одним из них является командная оболочка, или «шелл». В этой статье мы расскажем, как написать упрощенную командную оболочку Unix на C.