Was ist eine Low-Level-Sprache?

Eine Low-Level-Sprache, auch bekannt als die Muttersprache des Computers oder Assemblersprache, ist eine Programmiersprache, die näher an der Hardware und ihren Komponenten ist. Im Gegensatz zu High-Level-Sprachen wie Java oder Python, die für die Softwareentwicklung verwendet werden, bieten Low-Level-Codes nur minimale Abstraktionen von Maschinenbefehlen. Abgesehen davon sind Low-Level-Programmiersprachen unglaublich schnell und speichereffizient. Programmierer:innen bevorzugen diese Sprachen, um optimierte Codes für die Entwicklung von Systemen zu schreiben.

Low-Level- vs. High-Level-Sprache?

Es muss zuerst klargestellt werden, dass Sie beide Arten von Sprachen brauchen, um gut funktionierende Software zu entwickeln. Eine einfache Möglichkeit, zwischen beiden zu unterscheiden, besteht darin, die Anzahl der Handlungen festzustellen, die durch einen Befehl in einer bestimmten Sprache ausgelöst werden. So bezieht sich beispielsweise ein Befehl in einer Low-Level-Sprache in der Regel auf eine einzige Anweisung für den Computer.

Umgekehrt kann ein in einer High-Level-Sprache geschriebener Befehl mehrere Aktionen und Interaktionen für den Computer auslösen. Auch wenn dies eine grobe Vereinfachung ist, kann man das Niveau einer Sprache anhand der Anzahl der Anweisungen pro Befehl klassifizieren: Je mehr Anweisungen eine Sprache geben kann, desto höher ist ihr Niveau.

Außerdem sind Low-Level-Sprachen für Computer leichter zu verstehen, aber für Menschen schwieriger zu lesen. Umgekehrt sind High-Level-Sprachen für den Menschen leichter zu lesen, aber für den Computer schwerer zu verstehen. Das ist der Grund, warum Low-Level-Sprachen viel schneller und effizienter arbeiten – Ihr Computer begreift besser, was Sie ihm sagen wollen.

Arten von Low-Level-Sprachen

Maschinensprache

Die Maschinensprache besteht aus binären Bits, also den Ihnen vertrauten Nullen und Einsen. Sie ist die Sprache, die der Hardware am nächsten liegt, da jede Anweisung eine spezifische sekundäre Aufgabe erfüllt. In den Anfängen der Programmierung verwendeten die Ingenieure Maschinensprache, um die Architektur einer bestimmten Software zu erstellen.

Ihr offensichtlicher Nachteil ist ihre Mühsamkeit. Die Entwicklung eines Programms in Maschinensprache erfordert besondere Sorgfalt bei der Befolgung einer Sequenz – eine falsche Null-Eins-Kombination kann zu einem erheblichen Fehler oder einer Störung führen.

Assemblersprache

Die Assemblersprache verwendet Mnemonik, Symbole oder Codes anstelle von binären Sequenzen. Es interagiert immer noch direkt mit der Hardware, macht es aber für Programmierer:innen einfacher, sich an bestimmte Befehle zu erinnern. Diese symbolischen Darstellungen von Befehlen werden als ‘opcodes’ bezeichnet. Zum Beispiel könnte ADD A, B, SUB, MUL usw. eine binäre Folge darstellen, wie 10001011. Die Assemblersprache wird zur Entwicklung von Betriebssystemen und anderen Programmen verwendet, die einen direkten Zugriff auf die Hardware erfordern.

Es ist erwähnenswert, dass jeder Computer seine eigene Assemblersprache haben kann, sodass Programmierer:innen immer noch ein spezielles Programm namens ‘Assembler’ verwenden müssen, um diese Codes in Maschinensprache zu übersetzen.

Obwohl Assemblersprache für Menschen viel leichter zu verstehen ist als Maschinensprache, setzt sie dennoch umfangreiche Kenntnisse der Computerarchitektur und der Programmierung voraus.

Beispiele für Low-Level-Sprachen

• Assemblersprache (x86). Dies ist die am häufigsten verwendete Low-Level-Sprache für Intel-basierte oder Intel-kompatible Architekturen. Mit x86 können Sie direkt auf Ihre Hardwarekomponenten zugreifen und diese verarbeiten.
• Hardwarebeschreibungssprache (HDL). HDL wird vor allem für den Entwurf von Prozessoren, CPUs und anderen Arten von digitalen Schaltungen verwendet. Diese Sprache hilft Ihnen, das Verhalten von elektrischen Schaltkreisen zu beschreiben.
• MIPS-Assemblersprache. MIPS (Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages) wird im Wesentlichen dazu verwendet, Programme zu schreiben, die auf MIPS-Prozessoren ausgeführt werden müssen. Es ist eine beliebte Sprache in akademischen Umgebungen, die oft von Universitäten gebraucht wird, um Studierende in Programmiersprachen im Allgemeinen einzuführen. GitHub hat sogar einen MIPS-Assemblersprache-Guide für Programmierer:innen für Programmierstudierende und -enthusiasten veröffentlicht.
• ARM-Assembly. Diese Sprache wird für eingebettete Systeme, mobile Geräte, IoT-Anwendungen und Linux-basierte Systeme immer beliebter. Bei seiner Architektur handelt es sich um einen Computer mit reduziertem Befehlssatz (RISC), der den Programmierer:innen hilft, verschiedene Computerbefehle schneller auszuführen.

Vorteile von Low-Level-Sprachen

• Low-Level-Sprachen sind in der Regel viel effizienter und verbrauchen weniger Systemressourcen für die Ausführung von Befehlen.
• Programmierer:innen haben mehr Kontrolle über ihre Geräte, Peripheriegeräte und Systemressourcen.
• Da es ihnen an Abstraktionen mangelt, gibt es bei Low-Level-Sprachen weniger Ebenen zwischen Programmierer:innen und Hardware, wodurch das Risiko einer Fehlkommunikation oder Fehlübersetzung verringert wird.
• Diese Sprachen können zur Implementierung von Sicherheitsfunktionen auf einer sehr niedrigen Ebene verwendet werden.
• Sie können Computerregister und Speicher direkt manipulieren.

Nachteile von Low-Level-Sprachen

• Das Beherrschen und Schreiben ihrer Syntax ist im Vergleich zu High-Level-Sprachen viel komplexer.
• Low-Level-Sprachen sind maschinenabhängig und nicht portabel.
• Das Risiko menschlichen Versagens ist wesentlich höher.
• Aufgrund ihrer Komplexität werden Low-Level-Sprachen oft mit geringer Programmierproduktivität in Verbindung gebracht.
• Low-Level-Codes sind in der Regel eng mit einer bestimmten Hardware-Architektur verbunden, sodass Programmierer:innen die Low-Level-Sprache mehrerer Maschinen kennen müssen, wenn sie in einem IT-Unternehmen mit mehreren Computern arbeiten.

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