تفاوت زبان برنامه نویسی سطح بالا و سطح پایین چیست؟

انواع سطوح زبان های برنامه نویسی

زبان های برنامه نویسی انواع گوناگونی دارند. از جمله محبوب‌ترین‌ها، زبان های برنامه نویسی سطح پایین و زبان های برنامه نویسی سطح بالا هستند. زبان های برنامه نویسی سطح پایین به دستورات ماشین نزدیک‌تر هستند و به همین دلیل سینتکس آنها نسبت به زبان های سطح بالا کمی پیچیده‌تر است. زبان‌های برنامه نویسی را به سه سطح تقسیم می‌کنند که در ادامه به بررسی هر یک از این سطوح خواهیم پرداخت.

زبان‌های برنامه‌نویسی سطح پایین، به زبان‌هایی گفته می‌شود که به طور مستقیم با سخت‌افزار کامپیوتر ارتباط دارند. این زبان‌ها به زبان‌های ماشین نزدیک‌تر هستند و کدهای نوشته شده با آنها باید ابتدا توسط کامپایلر یا اینترپرتر به زبان ماشین تبدیل شوند تا توسط سخت‌افزار اجرا شوند. به عنوان مثال، زبان‌های برنامه‌نویسی سطح پایین مانند زبان اسمبلی و C محسوب می‌شوند. این زبان‌ها برای کارهایی که نیازمند بهره‌برداری مستقیم از سخت‌افزار هستند، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا، به زبان‌هایی گفته می‌شود که به کاربر اجازه می‌دهند که به راحتی با آنها کدهای برنامه‌نویسی بنویسند و برنامه‌های پیچیده‌تری را تولید کنند. این زبان‌ها از سطح پایین‌تری از انتزاع استفاده می‌کنند. این زبان‌ها برای توسعه برنامه‌های کاربردی، وب و موبایل استفاده می‌شوند و به کاربر این امکان را می‌دهند که با بیان دستورات سطح بالا، کدهای پیچیده را تولید کنند بدون اینکه نیاز به اطلاعات دقیق از سخت‌افزار داشته باشند.

زبان برنامه نویسی سطح پایین چیست؟

زبان برنامه نویسی سطح پایین، مستقیما با CPU (پردازنده) کامپیوتر در ارتباط است و این باعث می شود کامپیوترها این زبان را به خوبی درک کنند. اما برای ما انسان‌ها، درک این زبان بسیار دشوار است زیرا نزدیکی آن به زبان انسانی ندارد.

یکی از این زبان‌های سطح پایین، Machine Language یا زبان باینری 0 و 1 است که کامپیوترها به خوبی آن را می‌فهمند. به عنوان مثال، کد زیر را در نظر بگیرید:

این کد بالا یک نمونه از زبان ماشین است که برای انسان‌ها بسیار پیچیده است، اما کامپیوترها به راحتی آن را درک می‌کنند. به منظور اجرای کدهای برنامه نویسی، ابتدا باید از زبان برنامه نویسی استفاده کرده و سپس توسط نرم‌افزار واسط (کامپایلر) به زبان ماشین تبدیل شوند تا کامپیوتر بتواند آن‌ها را اجرا کند.
برای درک بهتر از زبان ماشین، باید ابتدا از عملکرد CPU کامپیوتر آگاه شویم. پردازنده‌های کامپیوتر از میلیون‌ها سوئیچ ریز تشکیل شده‌اند که با روشن و خاموش کردن برخی از آن‌ها، پردازنده به دستورات ما پاسخ می‌دهد. این دستورات با استفاده از زبان ماشین (زبان باینری) که تنها از اعداد 0 و 1 تشکیل شده است، ارسال می‌شوند.
به منظور دستیابی به تعامل آسان‌تر بین انسان و CPU، مهندسین علوم کامپیوتر زبان اسمبلی را اختراع کردند که نسبت به زبان ماشین قابل درک‌تر است. این زبان نیز به زبان ماشین ترجمه شده و سپس برای اجرا به CPU ارسال می‌شود. این ترجمه باعث کاهش سرعت نسبی زبان اسمبلی می‌شود اما از دسترسی آسان‌تر به عملکرد CPU برخوردار است.

زبان برنامه نویسی سطح پایین اصلاً بی‌اهمیت نیست، بلکه به این معناست که کدهای نوشته شده در این زبان‌ها به سخت‌افزار نزدیکتر هستند و انتزاع کمتری دارند. در این زبان‌ها، قابلیت حمل و نقل کد به معنایی خاص ندارد و بهینه‌سازی برای معماری سیستم اجرا کننده اهمیت بیشتری دارد. هدف اصلی این زبان‌ها، ایجاد بستری برای توسعه نرم‌افزارها و برنامه‌های کاربردی با استفاده از زبان‌های سطح بالا است. این زبان‌ها نمی‌توانند به طور مستقیم با سخت‌افزار ارتباط برقرار کنند، بنابراین کدهای آنها توسط کامپایلر به زبان سطح پایین تبدیل می‌شوند. این زبان‌ها به خوبی بهره‌ور هستند زیرا به طور مستقیم روی سخت‌افزار اجرا می‌شوند و به همین دلیل سرعت بالایی دارند.

ویژگی زبان‌های برنامه نویسی سطح پایین

در بخش بالا، متوجه شدیم که زبان برنامه نویسی سطح پایین چیست؟ اما در اینجا ویژگی های این زبان را برایتان معرفی می‌کنیم.

زبان برنامه نویسی سطح پایین، همانطور که گفته شد، با سرعت بالایی عمل می‌کند، اما کار با آن نسبت به زبان‌های سطح بالا چالش برانگیزتر است. در این سطح، انتزاع وجود ندارد یا در صورت وجود، بسیار کمتر است. بنابراین، شما مستقیماً با جزئیات سخت افزاری مانند رجیسترها و… سر و کار دارید و باید خودتان کدها را بنویسید. بنابراین، داشتن اطلاعات در مورد سخت افزار و معماری کامپیوترها بسیار اهمیت دارد.

– انتزاع ندارند.
– برای کامپیوتر قابل درکند.
– ممکن است برای انسان دشوار باشند.
– نیاز به مدیریت حافظه دارند.
– سرعت بالایی دارند.

چه زبان‌هایی سطح پایین هستند؟

پس از بررسی و تحلیل ویژگی‌های زبان‌های سطح پایین، در این بخش به دو زبان سطح پایین اشاره خواهیم کرد.

زبان باینری، زبان ماشین (با استفاده از 0 و 1)

زبان ماشین، همچنین با نام‌های Machine code یا Object code شناخته می‌شود. این زبان، مجموعه‌ای از صفر و یک است که کامپیوتر قادر به تفسیر و اجرای آن است. البته انسان نیز ممکن است این زبان را درک کند، اما با مشکلاتی روبرو خواهد شد و برای درک آن، آشنایی با ISA کامپیوتر لازم است. به عنوان مثال کد زیر یک کد به زبان ماشین است:

شاید برای شما این کد عجیب و غریب باشد، اما برای کامپیوتر می‌تواند معنای یک عملیات ریاضی یا حتی یک چیز دیگری داشته باشد. این زبان را زبان ماشین یا کد ماشینی Machine code می‌نامند. زبان ماشین بسته به ساختار هر سیستم کامپیوتری، می‌تواند متفاوت باشد و این موضوع به معمار سیستم مربوط است.

زبان اسمبلی

به دلیل پیچیدگی زبان ماشین، زبان اسمبلی (Assembly language) تدوین شد که بهترین خوانایی را ارائه می‌دهد. به عنوان مثال، کد زیر یک کد به زبان اسمبلی است:

در دستور زبان اسمبلی، دو ثبات R1 و R2 با یکدیگر جمع می‌شوند. اسمبلر به وجود آمده است تا کدهای نوشته شده به زبان اسمبلی مانند مثال فوق را دریافت کرده و خروجی آن، کد زبان ماشین که یک رشته از صفر و یک برای اجراست، به ماشین تحویل دهد. اسمبلر تغییری در کد اعمال نمی‌کند، بلکه فقط دستور را به صفر و یک تبدیل می‌کند. اما کامپایلر نه تنها تبدیل می‌کند، بلکه کارهایی مانند بهینه‌سازی، فشرده‌سازی، بارگذاری تأخیری و غیره را نیز انجام می‌دهد که به صورت بسیار حرفه‌ای اجرا می‌شود.

قابل ملاحظه است که زبان اسمبلی گاهی در ایجاد درایورها برای تشخیص دستگاه‌های جانبی توسط سیستم عامل یا در سیستم‌های پرسرعت استفاده می‌شود. نخستین نسخه زبان اسمبلی در سال 1947 در دانشگاه لندن معرفی شد و سپس نسخه بهبود یافته‌ای برای شرکت EDSC توسعه یافت. در نهایت، نسخه مدرن آن برای IBM 7090 توسعه یافت و توسعه دهندگان بسیاری بر روی آن کار کردند.

زبان برنامه نویسی سطح بالا چیست؟

با وجود اینکه استفاده از «زبان اسمبلی» نسبت به «زبان ماشین» آسان‌تر است، اما برای برنامه‌نویسی پروژه‌های بزرگ همچنان چالش‌برانگیز و پیچیده است. پیچیدگی‌های خاص این زبان، مهندسان را وادار به اختراع زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا کرد. اما چیست زبان برنامه‌نویسی سطح بالا؟ در ادامه این مقاله، به توضیح و تعریف این نوع زبان برنامه‌نویسی می‌پردازیم.

در مقابل زبان‌های پایین‌سطح، زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا (High-level programming language) قرار دارند. این زبان‌ها به انگلیسی بسیار نزدیک هستند و برای انسان قابل درک اند، اما برای کامپیوتر قابل درک نیستند. بنابراین، نیاز به یک نرم‌افزار میانی یا کامپایلر دارند تا به زبان ماشین تبدیل شوند و کامپیوتر بتواند آن‌ها را اجرا کند.
سرعت این زبان‌ها نسبت به زبان اسمبلی و ماشین کمتر است، زیرا باید ابتدا به زبان پایین‌تر ترجمه شوند. اما ایده اصلی این زبان‌ها این بود که برنامه نویسی را برای انسان‌ها آسان‌تر کنند و نیازی به دستورات پیچیده زبان اسمبلی و ماشین نباشد.
پایتون یکی از زبان‌های برنامه نویسی سطح بالا است که می‌توانید کد زیر را ببینید:

این کد، برخلاف کد قبلی، برای انسان‌ها قابل فهم است. روش عملکرد این کد شرطی در پایتون، به این صورت است که اعلام می‌کند: a برابر 200 و b برابر 33 است. اگر b از a بزرگتر بود، برنامه باید پیام b is greater than a را چاپ کند. در غیر این صورت، برنامه باید پیام b is not greater than a را نمایش دهد. جواب این برنامه، b is not greater than a خواهد بود زیرا b از a بزرگتر نیست. پایتون پرطرفدارترین زبان برنامه نویسی حال حاظر است و آموزش پایتون یکی از سودمندترین آموزش برای علاقه‌مندان به برنامه نویسی می‌باشد.

زبان برنامه نویسی سطح بالا، به دلیل نزدیک بودن دستورات به محاوره‌های انسانی، از سایر زبان‌ها بسیار محبوب‌تر است. این زبان‌ها مانند هنرمندی هستند که لایه انتزاعی ایده ها را روی لایه سخت افزار نقاشی می کنند و شما نیازی به دغدغه از جزئیات فنی مانند مدیریت حافظه، پشته، ثبات و گذرگاه ها ندارید. در واقع، زیرساخت های این زبان‌ها این همه را برای شما فراهم می‌کنند و شما می‌توانید به آسانی دستورات را درک کنید و اجرا کنید. امروزه انواع زبان‌های برنامه نویسی سطح بالا وجود دارند که هر کدام برای حوزه خاص خود مناسب هستند.

ویژگی زبان‌های برنامه نویسی سطح بالا

در بخش بالا، ما آشنا شدیم با مفهوم زبان برنامه‌نویسی سطح بالا. اکنون به شما ویژگی‌های این نوع زبان را معرفی می‌کنیم:

– این زبان‌ها قابلیت تجرید یا انتزاع دارند.
– برای کامپیوتر قابل فهم نیستند و باید به زبان ماشین تبدیل شوند.
– برای انسان قابل فهم هستند و با زبان انگلیسی شبیه‌اند.
– نیازی به مدیریت حافظه ندارند.
– از نظر سرعت، کندتر از زبان‌های سطح پایین هستند.

چه زبان‌هایی سطح بالا هستند؟

با تجزیه و تحلیل ویژگی‌های زبان‌های برنامه‌نویسی پیشرفته، به جستجوی پنج زبان برتر پرداختیم که در ادامه برایتان نامشان را آورده‌ایم:

1. پایتون (Python)
2. پی‌اچ‌پی (PHP)
3. جاوا (Java)
4. سی شارپ (#C)
5. جاوااسکریپت (JavaScript)
6. روبی (Ruby)
7. گو (Go)

زبان برنامه نویسی سطح میانی چیست؟

زبان‌های پیشرفته مانند Fortran، Cobol، Basic، Pascal و… باعث شدند که برنامه‌نویسان دیگر نیازی به آشنایی با جزئیات فنی برنامه‌نویسی و عملکرد CPU نداشته باشند. اما این فاصله از ریزجزئیات CPU باعث شده است که برنامه‌نویسان دچار محدودیت‌هایی شوند و نتوانند به آنچه که می‌خواهند دست یابند. به همین دلیل زبان‌های برنامه‌نویسی سطح میانی طراحی شده‌اند. اما چه زبان‌های برنامه‌نویسی سطح میانی وجود دارند؟ در این مقاله به معرفی زبان‌های برنامه‌نویسی سطح میانی می‌پردازیم.

در مطلب قبل اشاره شد که زبان‌های برنامه نویسی سطح بالا از زبان‌های سطح پایین متفاوت هستند، زیرا تمرکز آن‌ها بر روی جزئیات و عملکرد CPU نیست که باعث می‌شود برنامه نویسان در مورد همه چیز اطلاعات دقیق نداشته باشند. به همین دلیل، زبان برنامه نویسی سطح میانی به وجود آمد که از یک سو قابل فهم برای انسان‌ها باشد و از سوی دیگر، اگر نیاز باشد، قادر به کنترل جزئیات عملکرد CPU باشد.

این ایده باعث ایجاد زبان برنامه نویسی C شد که امروزه به عنوان زبان اصلی برنامه نویسی شناخته می‌شود. برای ترجمه این زبان به زبان ماشین، از یک کامپایلر استفاده می‌شود تا کامپیوتر بتواند آن را درک کند. این زبان سرعت کمی نسبت به زبان‌های سطح پایین دارد، اما نسبت به زبان‌های سطح بالا مانند PHP، C#، Java، JavaScript، Python، Ruby، Go و… سرعت بیشتری دارد.

ویژگی زبان‌های برنامه نویسی سطح میانی

در بخش قبلی، مفهوم زبان برنامه‌نویسی سطح میانی را بررسی کردیم. حالا به ویژگی‌های جذاب این نوع زبان‌ها می‌پردازیم.

از جمله ویژگی‌های زبان‌های سطح میانی، قابلیت تجرید یا انتزاع است. این زبان‌ها برای کامپیوتر قابل فهم نیستند و باید به زبان ماشین ترجمه شوند. اما برای انسان‌ها قابل درک هستند و به زبان انگلیسی نزدیک هستند.

همچنین، زبان‌های سطح میانی می‌توانند به مدیریت حافظه بپردازند و در صورت نیاز می‌توانند به مدیریت حافظه کاری نکنند. این زبان‌ها سرعت بالایی دارند نسبت به زبان‌های سطح بالا، اما نسبت به زبان‌های سطح پایین، سرعت کمتری دارند.

چه زبان‌هایی سطح میانی هستند؟

پس از ارزیابی ویژگی‌های زبان‌های میانی، به دو نمونه مشهور از این زبان‌ها اشاره می‌کنیم:

1. زبان سی (C)
2. زبان سی پلاس پلاس (++C)

این زبان‌ها، به عنوان زبان‌های برنامه‌نویسی پیچیده، اغلب به عنوان زبان‌هایی با سطح پیچیدگی بالا شناخته نمی‌شوند. این زبان‌ها ممکن است در زمینه‌های خاصی مانند توسعه سیستم‌های عامل به کار گرفته شوند، اما این نشاندهنده این نیست که به طور معمول سطح پایینی دارند. این زبان‌ها بسیاری از وظایفی که فقط در زبان‌های پیچیده‌تر قابل انجام است را ساده سازی کرده و یک لایه انتزاعی برای برنامه‌نویسان فراهم کرده‌اند. با این حال، این زبان‌ها گاهی دستورات پیچیده‌تر یا امکانات پایه‌ای‌تری نیز دارند که برنامه‌نویسان باید با آن‌ها کار کنند. از طرف دیگر، این زبان‌ها از نظر سرعت اجرا معمولاً بهتر عمل می‌کنند. در حالی که بعضی افراد زبان C را زبان میانی می‌دانند، برخی دیگر آن را به عنوان یک زبان با سطح بالای پیچیدگی معرفی کرده‌اند. اما برنامه‌نویسان بیشتر، زبان ++C را به عنوان یک زبان با سطح بالای پیچیدگی در نظر می‌گیرند.

مقایسه سرعت زبان های برنامه نویسی سطح بالا، سطح پایین و سطح میانی

پس از درک تفاوت بین زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا و سطح پایین، به سوال اصلی می‌پردازیم: کدام زبان بهتر است؟ به واقعیتی که در اینجا هست، پاسخ قطعی نیست و بستگی به هدف شما دارد.

اگر قصد دارید کرنل یا سیستم‌عاملی بنویسید و سرعت اجرای نرم‌افزار برایتان حیاتی است، زبان سطح پایین به دلیل سرعت بالا و عدم نیاز به ترجمه توسط کامپایلر، گزینه مناسبی است. اما بهتر است از زبان‌های مانند زبان ماشین و اسمبلی خودداری کنید.

بله، این زبان‌ها سرعت بالایی دارند، اما به دلیل پیچیدگی آن‌ها، سرعت توسعه و نوشتن کد با آن‌ها کاهش می‌یابد. بنابراین بهتر است از زبان‌های C و C++ که سرعت آن‌ها نسبت به زبان‌های سطح بالا بالاتر است، استفاده نمایید.

اگر قصد دارید در زمینه برنامه‌نویسی موبایل، دسکتاپ یا وب فعالیت کنید، زبان‌های سطح بالا بهترین گزینه برای شما هستند. این زبان‌ها آسان‌تر هستند و سرعت توسعه و نوشتن کد در آن‌ها بیشتر است.

سخن پایانی

در این مقاله به پرسش‌هایی از جمله: «زبان برنامه‌نویسی سطح بالا چیست؟» «زبان برنامه‌نویسی سطح پایین چیست؟» و «زبان برنامه‌نویسی سطح میانی چیست؟» پاسخ دادیم و متوجه شدیم که تفاوت بین زبان‌های برنامه‌نویسی سطح بالا و پایین چیست. همچنین ویژگی‌های این زبان‌ها را بررسی کردیم. به طور کلی، زبان‌های سطح پایین به دلیل نزدیکی به زبان ماشین، سرعت بالاتری دارند. اما متوجه شدیم که درک و نوشتن کد در این زبان‌ها بسیار دشوار است.

زبان‌های سطح بالا نیز به دلیل نیاز به ترجمه به زبان ماشین، سرعت کمتری دارند. اما به دلیل سادگی و قابلیت درک برای انسان، گزینه مناسبی برای یادگیری و توسعه نرم‌افزار هستند.
اگر سوال یا ابهامی در مورد تفاوت بین زبان‌های سطح بالا و پایین دارید، خوشحال می‌شویم که در بخش نظرات آن را مطرح کنید تا بتوانیم به شما کمک کنیم.

در دنیای برنامه نویسی، زبان های برنامه نویسی به سه دسته تقسیم می‌شوند. زبان های برنامه نویسی سطح پایین به زبان سخت افزار نزدیک هستند. اسمبلی یکی از معروفترین زبان های برنامه نویسی سطح پایین است که توسط اسمبلر به زبان ماشین تبدیل می‌شود. اما زبان های برنامه نویسی سطح بالا از لایه انتزاعی بالایی برخوردارند و شما نیازی به مدیریت جزئیات فنی مانند حافظه و ثبات ندارید. این زبان ها توسط کامپایلر به کد ماشین تبدیل می‌شوند و برای توسعه نرم افزار های پیشرفته بسیار مناسب هستند.