زبان برنامه نویسی سطح بالا (High-level programming language) چیست؟ تفاوت بین زبان های سطح بالا و سطح پایین چیست؟ انواع زبان‌های سطح بالا کدام ها هستند؟ اول زبان برنامه نویسی سطح پایین را یاد بگیرم یا زبان برنامه نویسی سطح بالا را یاد بگیرم؟ چگونه آموزش برنامه نویسی سطح بالا را شروع کنیم؟ اینها سوالاتی هستند که باید در این زمینه بدانید و ما در این مطلب از مجله برنامه نویسی شما را با جواب این سوالات آشنا می کنیم. تا آخر همراه آموزشگاه برنامه نویسی الکامکو باشید.

زبان برنامه نویسی سطح بالا چیست؟

یک زبان برنامه نویسی سطح بالا (High-level programming language) زبان برنامه نویسی است که با زبان برنامه نویسان (انسان) نزدیک است و به برنامه نویس کمک می کند تا برنامه هایی را بنویسد که کم و بیش مستقل از نوع خاصی از کامپیوتر هستند. چنین زبان‌هایی سطح بالا در نظر گرفته می‌شوند زیرا به زبان‌های انسانی نزدیک‌تر و از زبان‌های ماشین دورتر هستند.

زبان سطح بالا (HLL) برخلاف زبان‌ برنامه‌نویسی سطح پایین، زبانی است که نسبت به زبان برنامه‌نویسی سطح پایین راحت‌تر قابل استفاده و قابل حمل بین سیستم‌های متفاوت و دارای انتزاع بیشتری هستند. چنین زبان‌هایی عموماً از عملیات CPU مانند مدل‌های دسترسی به حافظه و مدیریت حوزه دور هستند.

زبان سطح بالا هر زبان برنامه نویسی است که امکان توسعه یک برنامه را در زمینه برنامه نویسی کاربرپسندتر فراهم می کند و به طور کلی مستقل از معماری سخت افزار کامپیوتر است.

همچنین بخوانید » دوره فلاتر از مبتدی تا پیشرفته برای ساخت اپ های اندروید و ios

قبل از اینکه بخواهیم به معرفی کامل زبان های سطح بالا بپردازیم می خواهیم ابتدا شما را با انواع زبان ها آشنا کنیم: 

1. زبان سطح پایین
2. زبان ماشین
3. زبان اسمبلی
4. زبان سطح بالا

۱- زبان سطح پایین:

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

معرفی زبان های برنامه نویسی سطح پایین: 

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

۲- 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.

۳- 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 » دوره های آموزش طراحی اپلیکیشن اندروید با جاوا در Android Studio پروژه محور از صفر تا صد برای ورود به بازار کار: از اموزش نصب اندروید استودیو تا آموزش کامل اندروید استودیو | دوره برنامه نویسی اندروید با کاتلین

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. به بیان دیگر در حالی که زبان برنامه‌نویسی سطح بالا برنامه‌نویسی را آسان‌تر می‌نماید اما زبان برنامه‌نویسی سطح پایین برنامه‌های بهینه‌تری تولید می‌کند.

به جای کار کردن با ثبات‌ها، آدرس‌های حافظه، و فراخوانی پشته زبان برنامه‌نویسی سطح بالا از متغیرها، آرایه‌ها، و عبارات پیچیده ریاضی و منطقی استفاده می‌نماید.

در یک زبان سطح بالا این امکان را فراهم می‌سازد تا اجزای پیچیده را به اجزای ساده‌تر اما هنوز پیچیده تقسیم نموده تا برنامه‌نویس را از انجام کارهای پیچیده بازدارد. به این دلیل برنامه‌هایی که نیاز به کار با سرعت بالا و بهینه‌تر دارند باید با زبان سطح پایین نوشته شود حتی اگر زبان سطح بالا این کار را ساده‌تر سازد.

زبانهای سطح بالا از سرعتی سرعت کمتری نسبت به زبان‌های سطح میانی و پایین دارند، زیرا دستورها بایستی به زبان قابل فهم برای ماشین تبدیل گردند که این خود زمان‌بر می‌باشد.

مزایای زبان برنامه نویسی سطح بالا چیست؟ 

• مزیت اصلی زبان های سطح بالا نسبت به زبان های سطح پایین این است که خواندن، نوشتن و نگهداری آنها آسان تر است.
• در نهایت، برنامه هایی که به یک زبان سطح بالا نوشته شده اند باید توسط یک کامپایلر یا مترجم به زبان ماشین ترجمه شوند.
• زبان های سطح بالا فضای کمتری اشغال می کنند.
• زبانهای سطح بالا پر کاربردترین و در عین حال جذابترین و کاربردی‌ترین محیط‌های برنامه نویسی را دارند، چرا که محیط آنها کاربر پسند (User Friendly) است و یادگیری اصطلاحات و مفاهیم آنها در محیط و قالبی گرافیکی به کاربر ارائه می‌شود.
• همچنین برنامه نویسان به راحتی به یادگیری دستورهای و قواعد آن به دلیل اینکه به زبان محاوره ایی و انگلیسی نزدیک است می‌پردازند.
• زبان برنامه نویسی سطح بالا به زبان برنامه نویسان (انسانها) نزدیک هستند و برنامه نویسان براحتی می توانند با آنها ارتباط برقرار کنند.
• نوشتن برنامه به زبان های سطح بالا بسیار آسان تر از زبان های سطح پایین است. بسیاری از زبان های سطح بالا از کلمات دستوری معمولی مانند IF، ELSE و FOR استفاده می کنند، بنابراین درک برنامه برای انسان بسیار آسان تر است.
• زبان های سطح بالا قابل حمل هستند. آنها را می توان برای اجرا بر روی طیف گسترده ای از معماری های کامپیوتری کامپایل یا ترجمه کرد. آنها مختص یک مجموعه دستورالعمل خاص نیستند.

• زبان‌های سطح بالا دارای کتابخانه‌هایی از توابع هستند که می‌توانند توسط برنامه‌نویس وارد و استفاده شوند. یعنی برنامه نویس می تواند از کدهای از پیش نوشته شده استفاده کند.

• زبان‌های برنامه نویسی سطح بالا مجهز به قابلیت تجرید یا انتزاع هستند. این زبان‌ها کاملاً خوانا هستند و در نتیجه استفاده از آن‌ها به مراتب آسان‌تر است.

همچنین بخوانید » واسط برنامه نویسی کاربردی (API) چیست؟

معایب زبان سطح بالا چیست؟ 

• زبان های برنامه نویسی سطح بالا، مدیریت حافظه را از طریق Garbage Collection انجام می دهند. که نهایتا این گاربج کالکتور باید در یک ران‌تایم یا ماشین مجازی اجرا شود که نهایتا باعث پایین آمدن پرفرمنس می شود.

همچنین بخوانید » معرفی سایت های فریلسری برنامه نویسی ایرانی و خارجی

هدف اصلی زبان های سطح بالا برنامه نویسی چیست؟

قبل از اینکه برنامه های سطح بالا وجود داشته باشند، برنامه نویسان هر بار یک دستورالعمل را مستقیماً به صورت باینری یا هگزا دسیمال کد می کردند. این فوق العاده ناکارآمد بود و همچنین منجر به خطاهای زیادی شد.

دانشمندان کامپیوتر می خواستند راه های کارآمدتری برای تعامل با کامپیوترها برای افزایش توانایی آنها ایجاد کنند. برای انجام این کار، آنها نیاز به توسعه راه هایی برای انسان ها برای برقراری ارتباط و کنترل آسان تر رایانه ها داشتند. در سال ۱۹۴۹ جان ماچلی کد کوتاهی را توسعه داد که از دستورات برای نمایش دستورالعمل های ماشین استفاده می کرد. کد کوتاه در Colossus که در شکل ۱ مشاهده می شود استفاده شد و پایه ای برای زبان اسمبلی شد.

دوروتی دو بویسون و السی بوکر در سال ۱۹۴۳ کامپیوتر کولوسوس را راه اندازی کردند.

شکل ۱: دوروتی دو بویسون (سمت چپ) و السی بوکر (راست) در سال ۱۹۴۳ کامپیوتر Colossus را کار می کنند.

با توسعه ماشین‌ها، برنامه‌نویسان به مجموعه‌های دستورالعمل قوی‌تری نیاز داشتند و اولین زبان‌های سطح بالا توسعه یافتند.

در سال ۱۹۵۷، FORTRAN اولین استاندارد زبان کامپیوتری شد. زبانی با مجموعه ای از قوانین و دستورالعمل های مورد توافق در مورد نحو و بهترین عملکرد. FORTRAN قدیمی ترین زبان کامپایل شده با هدف عمومی سطح بالا است و برای حل مسائل ریاضی و علمی طراحی شده است.

یکی از دلایل اصلی توسعه زبان های سطح بالا به دلیل نیاز به قابلیت حمل و نقل بود یعنی امکان استفاده از یک برنامه در چندین دستگاه! در سال ۱۹۵۹، دکتر گریس هاپر یکی از مشارکت کنندگان اصلی در توسعه زبان برنامه نویسی COBOL بود که مخفف عبارت «Common Business-Oriented Language» به معنی «زبان مشترک تجارت محور» است. این به عنوان بخشی از پروژه وزارت دفاع ایالات متحده برای ایجاد یک زبان برنامه نویسی قابل حمل برای پردازش داده ها توسعه یافته است. زبان برنامه نویسی COBOL هنوز هم امروزه به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

COBOL زبان برنامه نویسی است که به طور عمده بر حل یک مسئله تجاری تمرکز دارد. نحو زبان COBOL به زبان انگلیسی معمولی بسیار نزدیک است. زبان برنامه نویسی COBOL اصولاً در سیستم‌های تجاری، مالی و مدیریتی سازمان‌های خصوصی و دولتی مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، زبان COBOL در حل بسیاری از مسائل پردازش داده به کار گرفته می‌شود. COBOL دستوری، رویه‌گرا و از سال ۱۳۸۰ شمسی (۲۰۰۲ میلادی) یک زبان شی‌گرا به حساب می‌آید. COBOL یک زبان برنامه نویسی قدیمی است که همچنان به میزان گسترده‌ای در کاربردهای مستقر روی کامپیوترهای بزرگ (Mainframe) مثل کاربردهای پردازش دسته‌ای و تراکنشی به کار گرفته می‌شود.

همچنین بخوانید » مفسر برنامه نویسی چیست؟

سوالات متداول در زمینه زبان سطح بالا: 

اول زبان برنامه نویسی سطح پایین را یاد بگیرم یا زبان برنامه نویسی سطح بالا را یاد بگیرم؟

این یک ایده جالب است که هر دو سطح زبان را به طور همزمان بیاموزید. درک عمیق تری از تجرید و نحوه کارآمد بودن زبانهای سطح بالاتر کسب خواهید کرد. همچنین می توانید در مورد معماری سیستم و آنچه باعث می شود کامپیوتر شما کار کند ، چیزهای زیادی بیاموزید.

البته ، یادگیری دو زبان به طور همزمان آسان نیست ، بنابراین ممکن است بخواهید آنها را تقسیم یا زمان بندی کنید. بر اساس آنچه می خواهید بسازید ، زبانی را انتخاب کنید. برخی تحقیقات را انجام دهید تا بدانید کدام زبانها در زمینه انتخاب شغلی شما رایج است. سپس از آن اطلاعات برای انتخاب یک زبان و شروع به مطالعه استفاده کنید. | فروشگاه برنامه نویسی الکامکو

همچنین بخوانید » گرفتن پروژه برنامه نویسی اندروید، وب و غیره چگونه است؟

چگونه آموزش برنامه نویسی سطح بالا را شروع کنیم؟

معمولا هنگامی که ما به حرفه ی برنامه‌نویسی فکر می‌کنیم، افرادی که در حال کار با زبان برنامه‌نویسی سطح بالا هستند را متصور می‌شویم چرا که برنامه‌های رایانه‌ای امروزی به قدری پیشرفته و پیچیده شده‌ اند که برای نوشته شدن نیاز به زبان سطح بالا داشته باشند.

خوشبختانه در زمانی زندگی می کنیم که هر اطلاعاتی در اینترنت وجود دارد و شما می توانید از هر جایی زبان های برنامه نویسی سطح بالا را یاد بگیرید. دوره های آموزش برنامه نویسی سطح بالایی که سایت آموزش برنامه نویسی الکامکو برای شما تهیه کرده را می توانید در لیست زیر ببینید.