低水準言語と高水準言語

「水準」は優劣ではなく、機械からの距離を表しています。低水準だから劣っているわけではありません。

③ 機械語（マシン語）命令

CPUは0と1で記述された命令を理解しますが、それ以外は理解できません。

つまり、いかなるプログラムであっても最終的には0と1の命令群にする必要があります。このような0と1の命令群を機械語（マシン語）命令といいます。

機械語は、たとえば、「10011101」のようにビット列で表されます。

④ 第1章とのつながり

第1章で学んだ内容が、ここで効いてきます。

⑤ 機械語で書くことの限界

プログラマが命令のビット列を覚えておけば、機械語で直接プログラムを作成することも可能です。

しかし、人力でビット列の命令を覚えるのには限界があり、効率が悪いものです。

⑥ アセンブラ

そこで、英語の意味を考慮した文字列で機械語の命令を置き換えたアセンブラが開発されました。

アセンブラはたとえば、英語の加算を意味するaddからとったADD（加算命令）、減算を意味するsubtractからとったSUB（減算命令）などの命令をもちます。

アセンブラの登場により、機械語よりは扱いやすくなりましたが、プログラムの作成は一部の専門的な技術者に限られていました。

⑦ 低水準言語の定義

このように機械語に近く、人間が理解しにくいプログラミング言語を低水準言語といいます。

ADDのほうが読みやすいとはいえ、1つの命令が1つの機械語命令に対応している点は変わりません。後で学ぶ表にも「命令が機械語と1対1になっている言語」とあります。

⑧ アセンブラが使われる場面

なお、アセンブラは、CPUが行う入力・演算・出力をそのまま記述するため、CPUの機能を直接利用する場合（家電に組み込まれているマイコンを制御するプログラムなど）に適したプログラミング言語です。

第13章で学ぶIoTの機器には、小さなマイコンが組み込まれています。こうした機器では、いまでもアセンブラや、次節で学ぶC言語が使われます。

⑨ アセンブラという言葉の2つの意味

アセンブラ言語で記述されたプログラムを機械語に翻訳するソフトウェアをアセンブラとよぶこともあります。

第5節で学ぶ言語プロセッサの1つが、この翻訳ソフトとしてのアセンブラです。同じ名前で2つのものを指すので、文脈で読み分ける必要があります。

アセンブラと機械語は1対1

ここが重要な点です。アセンブラは機械語に名前を付けただけなので、命令の数は変わりません。「C = A + B」という1行を書くために、アセンブラでは3行必要でした。

高水準言語は1行が複数の命令になる

高水準言語の1行は、機械語に翻訳すると複数の命令になります。人間が書く量が減るわけです。

なぜ低水準言語が残っているのか

家電のマイコン制御では、これらが決定的に重要です。炊飯器やエアコンに搭載されたマイコンは、パソコンのCPUよりはるかに小さなメモリしか持ちません。

第1章とつなげて考える

低水準言語は、ハードウェアの知識がないと書けません。逆にいえば、ハードウェアを深く理解している人にとっては、細かく制御できる道具です。

確認してみましょう

> 次の記述の正誤を判定せよ。

> a　一連の処理手順をアルゴリズムといい、プログラムの記述様式を定めたものをプログラミング言語という。

> b　アセンブラは、英語の意味を考慮した文字列で機械語の命令を置き換えた言語である。

> c　低水準言語とは、人間が理解しやすいプログラミング言語のことである。

解答　a：○　b：○　c：×

• c：×……低水準言語は、機械語に近く、人間が理解しにくいプログラミング言語です。人間が理解しやすいのは高水準言語です。

③ 翻訳が必要になる

なお、CPUは高水準言語で記述されたプログラムをそのままでは理解できません。

そこで、高水準言語で記述されたプログラムを機械語プログラムに翻訳する必要が生じます。

この翻訳を行うソフトウェアが、第5節で学ぶ言語プロセッサです。

④ 高水準言語が生まれた理由

4つ目がとくに大きい

機械語やアセンブラは、CPUの種類ごとに命令が違います。別のCPUに移すには、書き直しが必要です。

高水準言語なら、そのCPU用の翻訳ソフトがあれば、同じプログラムが動きます。第1章で学んだ「CPUソケットはメーカごとに規格が異なる」という話と対比すると、ソフトウェアの世界では翻訳によって違いを吸収していることが分かります。

⑤ 手続き型言語と非手続き型言語

高水準言語は、さらに2つに分かれます。

⑥ 2つの違い

⑦ 非手続き型の代表がオブジェクト指向型言語

非手続き型言語の代表として、オブジェクト指向型言語が挙げられています。次節で詳しく学びますが、

という違いがあります。

⑧ 低水準と高水準の対比をまとめる

② 用途で覚える

名前の由来から用途が導けるものが多くあります。FORTRANの「Formula（数式）」、COBOLの「Business（業務）」——それぞれの目的がそのまま名前になっています。

③ C言語の系譜

C言語から派生した言語が並んでいます。

C言語が現代のプログラミング言語の土台になっていることが分かります。第2章で学んだUNIXがC言語で記述されている、という点も押さえておきましょう。

④ Java

Javaは主にインターネット環境で利用されるオブジェクト指向型言語であり、C言語にオブジェクト指向の概念を取り入れた言語です。

電子商取引サイトやWebサービスなどのシステム構築に広く用いられます。

⑤ Javaの最大のメリット——汎用性

Javaの最大のメリットは汎用性の高さにあり、それを実現するのはJavaで記述されたプログラムの動作環境、JVM（Java Virtual Machine：Java仮想マシン）です。

通常、プログラムはハードウェア（CPU）やOS、ミドルウェアなどの動作環境を選びます。これに対してJVMはコンピュータ上の環境の違いを吸収するため、Javaで記述されたプログラムは特定のハードウェアやOSに依存することなく、どんな環境でも動作させることができます。

⑥ JVMの働き

JVMが「違いを吸収する層」として間に入る——これが仕組みです。

⑦ この構造はどこかで見たことがある

第2章で学んだデバイスドライバと、まったく同じ発想です。

「間に1枚挟んで、違いを吸収する」——情報システムで繰り返し使われる手法です。

⑧ C言語との互換性はない

令和元年度の本試験で、次の記述が出されました。

> Javaは、C言語にオブジェクト指向の概念を取り入れた言語であり、C言語に対して上位互換性を持つ。

解答：×（C言語とは直接的な互換性はない）

「オブジェクト指向の概念を取り入れた」ことと「互換性がある」ことは別です。考え方を参考にしただけで、C言語のプログラムがそのままJavaで動くわけではありません。

⑨ 名前が似ているが別物

次節で学ぶとおり、JavaScriptは「Java言語の文法を参考にしているが、互換性はまったくない」とされています。名前が似ているだけの別物です。

この2つの取り違えも、試験で狙われる論点です。