زبان برنامه نویسی سطح پایین چیست؟ زبان های سطح پایین کدام ها هستند؟ تفاوت بین زبان های سطح بالا و سطح پایین چیست؟ مزایا و معایب زبان برنامه نویسی سطح پایین چیست؟ هدف اصلی زبان های سطح پایین برنامه نویسی چیست؟ اینها سوالاتی هستند که باید در این زمینه بدانید و ما در این مطلب از وبلاگ سایت اموزش برنامه نویسی الکامکو شما را با جواب این سوالات آشنا می کنیم.

زبان برنامه نویسی سطح پایین چیست؟

یک زبان برنامه نویسی سطح پایین (low-level programming language) زبان برنامه نویسی است که با زبان نزدیک به سخت افزار هم شناخته می شود و زبان منحصر به فردی است که فقط کامپیوتر آن را می فهمد و به «زبان مادری کامپیوتر» هم معروف است و به صورت ۰ و ۱ و در واقع باینری است. چون کامپیوتر مستقیما زبان‌های سطح پایین را می فهمد، زبان های سطح پایین می‌توانند بدون کامپایلر یا مفسر به کد ماشین تبدیل شوند. زبان‌های سطح پایین برای کارکردن و مدیریت کل سخت‌افزار و معماری مجموعه دستورالعمل‌های یک کامپیوتر به‌طور مستقیم طراحی شده‌اند. زبان ماشین و زبان اسمبلی نمونه های محبوب زبان های سطح پایین هستند.

مثالی از زبان برنامه نویسی سطح پایین

تابعی در نمایش هگزادسیمال کد ماشین ۳۲ بیتی x86 برای محاسبه nامین عدد فیبوناچی:

۸B542408 83FA0077 06B80000 0000C383
FA027706 B8010000 00C353BB 01000000
B9010000 008D0419 83FA0376 078BD989
C14AEBF1 5BC3

کدام زبان سطح پایین است؟ معرفی زبان های برنامه نویسی سطح پایین: 

1. زبان ماشین (زبان نسل اول)
2. زبان اسمبلی (زبان نسل دوم)

۱- زبان ماشین چیست؟ 

پایین ترین سطح زبان کامپیوتر، زبان ماشین یا کد ماشین است که شامل کد باینری می شود. زبان برنامه نویسی کد ماشین (Machine code) اولین نسل از زبان های برنامه نویسی است و تنها زبانی است که به صورت مستقیم توسط ریزپردازنده درک می شود. در حال حاضر برنامه‌نویسان از زبان ماشین استفاده نمی‌کنند و همین کار را با زبان سطح بالا انجام می دهند. چون زبان سطح پایین مثل زبان اسمبلی درکش سخت تر است و برای هر دستور نیاز به یافتن کد عددی متناسب با آن دستور است. به این دلیل زبان‌های نسل دوم که یک سطح انتزاع بالاتر از کد ماشین قرار دارد به وجود آمدند.

۲- زبان اسمبلی چیست؟ 

زبان اسمبلی (Assembly language) از زبان های نسل دوم است. یک زبان اسمبلی شامل دستوراتی مانند ADD (افزودن)، SUB (تفریق) و … است تا کاربر بتواند کمی با آنها ارتباط برقرار کند. این دستورات وظیفه اجرای عملیات اساسی مانند انجام محاسبات و انتقال مقادیر به رجیسترهای حافظه را بر عهده دارند. با استفاده از اسمبلر می توان زبان اسمبلی را به زبان ماشین ترجمه کرد.

مثال: همان ماشین حساب اعداد فیبوناچی مانند بالا، اما در زبان اسمبلی x86-64 با استفاده از نحو AT&T:

_fib:
        movl $۱, %eax
        xorl %ebx, %ebx
.fib_loop:
        cmpl $۱, %edi
        jbe .fib_done
        movl %eax, %ecx
        addl %ebx, %eax
        movl %ecx, %ebx
        subl $۱, %edi
        jmp .fib_loop
.fib_done:
        ret

همچنین بخوانید » بهترین و سریع ترین روش های یادگیری برنامه نویسی

آیا برنامه نویسان با زبان های سطح پایین سروکار دارند؟ 

در حال حاضر، برنامه نویسان تقریباً هرگز برنامه ها را مستقیماً در کد ماشین نمی نویسند، زیرا برای این کار باید به جزئیات خیلی زیادی توجه کنند در صورتیکه همین کار با یک زبان سطح بالا به راحتی امکان پذیر است.

تفاوت بین زبان های سطح بالا و سطح پایین چیست؟ 

تفاوت اصلی بین زبان‌های سطح بالا و سطح پایین این است که خواندن، تفسیر و ساخت کدهای سطح بالا نسبت به کد ماشین آسان‌تر است. از طرفی، ماشین‌ها می‌توانند به راحتی زبان سطح پایین را در مقایسه با انسان تفسیر کنند.

همچنین بخوانید » روش های درامدزایی از برنامه نویسی

مزایای زبان برنامه نویسی سطح پایین چیست؟ 

• برنامه های کاربردی نوشته شده با زبان سطح پایین می توانند مستقیماً روی سخت افزار کامپیوتر بدون نیاز به ترجمه یا تفسیر اجرا شوند.
• برنامه ای که به زبانی سطح پایین نوشته شده است را می توان بسیار سریع و با حافظه کمی اجرا کرد.
• برنامه‌هایی که به زبان‌های سطح پایین نوشته می‌شوند، به دلیل بهینه‌سازی برای نوع خاصی از معماری سیستم، نسبتاً غیرقابل حمل هستند.

معایب زبان سطح پایین چیست؟ 

• برخلاف زبان سطح بالا که برای توسعه نرم افزار استفاده می شود، کدهای سطح پایین برای انسان قابل خواندن نیستند و اغلب رمزی هستند.
• علاوه بر این، برای هر دستورالعمل باید کدها را حفظ کرد که این کار شدنی نیست و همچنین تغییر دادن آنها کار خیلی مشکلی می شود.

هدف اصلی زبان های سطح پایین برنامه نویسی چیست؟

هدف اصلی زبان سطح پایین استفاده از زبان‌های سطح بالا مانند PHP، C# و Swift توسط برنامه نویسان برای ساخت برنامه‌ها و اسکریپت‌های نرم‌افزاری است که سخت‌افزار و معماری مجموعه دستورالعمل‌های کامپیوتر را اجرا، مدیریت و اصلاح کنند.

کد ماشین را می توان توسط یک توسعه دهنده نرم افزار با استفاده از یک ویرایشگر متن یا یک IDE به زبان سطح بالا ایجاد و ویرایش کرد. با این حال، CPU نمی تواند این کد نوشته شده به زبان سطح بالا را به طور مستقیم کد را تشخیص دهد. در نتیجه قبل از آن، کد به یک زبان سطح پایین کامپایل می شود.

سوالات متداول در زمینه زبان سطح پایین: 

اگر بیشتر زبان های سطح بالا مدیریت حافظه و کدنویسی را برای برنامه نویس انجام می دهند، پس دانستن برنامه نویسی سطح پایین چه فایده ای دارد؟

در مهندسی، هیچ راه حل کاملی وجود ندارد. فقط معاوضه وجود دارد. هنگامی که یک زبان مدیریت حافظه را مدیریت می کند، کار برای مهندس بسیار آسان تر است. با این حال، کد کمتری ایجاد می کند، که از نظر محاسباتی فشرده تر است. در عمل، این بدان معناست که انرژی بیشتری برای تلفن همراه، لپ‌تاپ، سنسورهای هوشمند یا اجزای یک دستگاه هوشمند هزینه می‌کند. مقدار انرژی که یک دستگاه استفاده می کند در واقع در سیستم های تعبیه شده و در پوشیدنی ها بسیار مهم است.

برنامه نویسی سطح پایین به ویژه در اینترنت اشیا (IoT) و دستگاه های پوشیدنی اهمیت پیدا می کند، جایی که بهره وری در مصرف انرژی در واقع مهمترین نکته است.

ثانیاً، همه زبان‌های سطح بالا از زبان‌های سطح پایین ساخته شده‌اند. برای حفظ و توسعه آن زبان های سطح بالا به برنامه نویسی سطح پایین نیاز دارید.

در حالی که فشار زیادی برای استفاده از زبان سطح بالا برای نوشتن چیزهای سطح پایین مانند درایورهای کارت گرافیک وجود دارد، زبان های سطح پایین هنوز برای عملکرد مورد نیاز هستند. به عنوان مثال، هر چیزی که به رمزگذاری یا رمزگشایی و رمزگذاری مربوط می شود احتمالاً از برنامه نویسی سطح پایین استفاده می کند، با C و احتمالاً تعدادی اسمبلی برای استفاده از دستورالعمل های توسعه یافته (مانند AVX، SSE و غیره). اساساً هر چیزی که به کارایی بالا و تنظیم دقیق نیاز دارد به برنامه نویسی سطح پایین نیاز دارد.

√ چه مشاغلی نیاز به برنامه نویسی سطح پایین دارند؟ 

هر شغلی که مربوط به توسعه نرم‌افزار و ساخت کد است که باید سریع اجرا شود. در واقع افرادی که می خواهند در این نوع مشاغل استخدام شوند باید بتوانند کدها را بخوبی بخوانند و بفهمد که مثلا کار یک کتابخانه چیست و چه می‌کند.

همچنین، اگر می خواهید در برنامه نویسی GPU با استفاده از زبان های “سطح بالا” مانند CUDA یا OpenCL کار کنید، باید برنامه نویسی سطح پایین را بدانید. در GPU (واحد پردازش گرافیکی)، همه چیز به طور انبوه موازی است و نحوه فرمت کردن حافظه در واقع به اندازه کد واقعی مهم است.

شغل های مربوط به اینترنت اشیا یا سیستم های تعبیه شده نیز نیاز به زبان های سطح پایین دارند.

√ آیا برای آموزش برنامه نویسی سطح پایین نیاز به دانستن ریاضی است؟

علوم کامپیوتر به اعداد تجزیه می شود، بنابراین نمی توانیم از ریاضیات در برنامه نویسی سطح پایین دور شویم. برای یادگیری زبان ماشین باید با جبر پیشرفته آشنا شوید ولی به ریاضیات سطح حساب دیفرانسیل و انتگرال نیاز نخواهید داشت، اما زمانی که به عنوان یک مهندس سطح پایین با مشکلات خاصی سروکار دارید، حداقل به ریاضیات کامل دبیرستان نیاز خواهید داشت.

√ آیا قبل از یادگیری یک زبان سطح بالا مانند پایتون یا جاوا اسکریپت یا جاوا باید برنامه نویسی سطح پایین را یاد بگیریم؟

پاسخ به این سوال بستگی به نوع مهندسی شما خواهد داشت. اگر می‌خواهید در کوتاه ترین زمان آموزش ببینید، باید سطح پایین را نادیده بگیرید و مستقیماً به آموزش های جاوا اسکریپت یا پایتون بروید و فقط آنها را تمرین کنید و آنقدر در آنها مهارت بدست بیاورید تا بتوانید به درامدزایی برسید و مهمترین مساله و هدف نهایی هم همین است.

اگر دوست دارید همه چیز را به صورت عمیق درک کنید شروع با زبان برنامه نویسی سی (C) ایده‌آل است، زیرا با یادگیری زبان برنامه نویسی C می توانید همه جزئیات را به روشی بسیار مرتبط درک کنید. به عنوان مثال، با یادگیری C زمانی که به سمت پایتون می روید بسیار توانمندتر شده اید.

در نتیجه اگر می‌خواهید مهارت‌های خود را به عنوان یک توسعه‌دهنده بهبود ببخشید، باید بدانید که رایانه چگونه کار می‌کند. اگر ابتدا نحوه برنامه نویسی به زبان C را یاد بگیرید، بعداً با زبان های سطح بالا زمان بسیار آسان تری خواهید داشت.

همچنین مشاهده کنید » دوره های آموزش طراحی اپلکیشن اندروید با جاوا | دوره برنامه نویسی اندروید با کاتلین | دوره فلاتر برای ساخت اپ های اندروید و ios

چگونه آموزش برنامه نویسی سطح پایین را شروع کنیم؟

خوشبختانه در زمانی زندگی می کنیم که هر اطلاعاتی در اینترنت وجود دارد و شما می توانید از هر جایی زبان برنامه نویسی C را یاد بگیرید. اگر زبان C را بلد باشید، احتمال زیادی وجود دارد که بتوانید هر زبان برنامه نویسی دیگری را به خوبی درک کنید.