Cos’è un linguaggio a basso livello?

Un linguaggio a basso livello, noto anche come linguaggio nativo del computer o linguaggio assembly, è un linguaggio di programmazione più vicino all’hardware e ai suoi componenti. A differenza di un linguaggio ad alto livello, come Java o Python, utilizzato per lo sviluppo di software, i codici scritti con un linguaggio a basso livello offrono astrazioni minime dalle istruzioni della macchina. Detto questo, i linguaggi di programmazione a basso livello sono incredibilmente veloci ed efficienti in termini di memoria. I programmatori preferiscono utilizzare questi linguaggi per scrivere codici ottimizzati per la progettazione di sistemi.

Linguaggio a basso livello o linguaggio ad alto livello?

Per chiarire, sono necessari entrambi i tipi di linguaggio per sviluppare un software ben funzionante. Un modo semplice per distinguere i due tipi di linguaggio è quello di determinare il numero di azioni richieste da un’istruzione in una lingua specifica. Per esempio, un’istruzione in un linguaggio a basso livello si riferisce in genere a una singola istruzione per il computer.

Al contrario, un’istruzione scritta in un linguaggio ad alto livello può richiedere al computer molteplici azioni e interazioni. Anche se si tratta di una semplificazione eccessiva, è possibile classificare il livello di un linguaggio in base al numero di istruzioni per ogni istruzione di programmazione: Più istruzioni è in grado di fornire il linguaggio, più alto è il suo livello.

Inoltre, i linguaggi a basso livello sono più facili da capire per i computer, ma più difficili da leggere per le persone. Al contrario, i linguaggi ad alto livello sono più facili da leggere per le persone, ma più difficili da capire per il computer. Ecco perché i linguaggi a basso livello funzionano in modo molto più veloce ed efficiente: il computer ha una migliore comprensione di ciò che gli stai chiedendo di fare.

Tipi di linguaggio a basso livello

Linguaggio macchina

Il linguaggio macchina è composto da bit binari, ovvero gli “0” e gli “1” che probabilmente già conosci. È il linguaggio più vicino all’hardware, con ogni istruzione che svolge un compito particolare e secondario. Agli albori della programmazione, gli ingegneri usavano il linguaggio macchina per costruire l’architettura di un software specifico.

Lo svantaggio evidente è il fatto che sia piuttosto fastidioso da scrivere. Lo sviluppo di un programma in linguaggio macchina richiede una particolare attenzione nel seguire una sequenza: una combinazione sbagliata di “0” o “1” potrebbe portare a un bug o a un’anomalia significativa.

Linguaggio Assembly

Il linguaggio assembly utilizza mnemonici, simboli o codici invece di sequenze binarie grezze. Interagisce ancora direttamente con l’hardware, ma rende più facile per i programmatori ricordare istruzioni specifiche. Queste rappresentazioni simboliche delle istruzioni sono chiamate “codici operativi”. Per esempio, ADD A, B, SUB, MUL, ecc. possono rappresentare una sequenza binaria come 10001011. Il linguaggio assembly viene utilizzato per sviluppare sistemi operativi e altri programmi che richiedono l’accesso diretto all’hardware.

Vale la pena notare che ogni computer può avere un proprio linguaggio assembly, quindi i programmatori devono comunque utilizzare un programma speciale chiamato “assembler” per tradurre questi codici in linguaggio macchina.

Sebbene il linguaggio assembly sia molto più facile da capire per l’uomo rispetto al linguaggio macchina, richiede comunque una conoscenza approfondita dell’architettura del computer e della programmazione.

Esempi di linguaggio a basso livello

• Linguaggio assembly (x86). È il linguaggio di basso livello più comunemente utilizzato per le architetture basate su Intel o compatibili con Intel. x86 consente di accedere e manipolare direttamente i componenti hardware.
• Linguaggio di descrizione dei circuiti (HDL). L’HDL viene utilizzato principalmente per progettare processori, CPU e altri tipi di circuiti digitali. Questo linguaggio aiuta a descrivere il comportamento dei circuiti elettrici.
• Linguaggio assembly MIPS. MIPS (microprocessore senza fasi di interlocked pipeline) è essenzialmente utilizzato per scrivere programmi che devono essere eseguiti su processori MIPS. È un linguaggio molto diffuso in ambito accademico, spesso utilizzato dalle università per introdurre gli studenti ai linguaggi di programmazione in generale. GitHub ha persino pubblicato la Guida per il programmatore in linguaggio assembly MIPS per gli studenti e gli appassionati di programmazione.
• ARM assembly. Questo linguaggio è diventato sempre più popolare per i sistemi embedded, i dispositivi mobili, le applicazioni IoT e i sistemi basati su Linux. La sua architettura è un computer a set di istruzioni ridotto (RISC) che aiuta i programmatori a eseguire più velocemente diverse istruzioni del computer.

Vantaggi dei linguaggi a basso livello

• I linguaggi a basso livello sono in genere molto più efficienti e utilizzano meno risorse di sistema per eseguire le istruzioni.
• I programmatori hanno un maggiore controllo sui dispositivi, sulle periferiche e sulle risorse di sistema.
• Mancando di astrazioni, i linguaggi di basso livello hanno meno livelli tra il programmatore e l’hardware, riducendo quindi il rischio di errori di comunicazione o di traduzione.
• Questi linguaggi possono essere utilizzati per implementare funzioni di sicurezza a un livello molto basso.
• È possibile manipolare direttamente i registri e la memoria del computer.

Svantaggi dei linguaggi a basso livello

• Padroneggiare e scrivere la loro sintassi è molto più complesso rispetto a quanto succede con i linguaggi ad alto livello.
• I linguaggi a basso livello dipendono dalla macchina e non sono portabili.
• Il rischio di errore umano è molto più elevato.
• A causa della loro complessità, i linguaggi a basso livello sono spesso correlati a una scarsa produttività della programmazione.
• I codici a basso livello sono di solito strettamente legati a una specifica architettura hardware, il che richiede ai programmatori di conoscere il linguaggio a basso livello di più macchine se lavorano in un’azienda IT con più computer.

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