close
プログラミング クラウド Microsoft Azure 情報処理資格 基本情報技術者 IT基礎 応用情報技術者 開発・設計方法 オブジェクト指向 内定者・新人研修 プログラミング基礎 アルゴリズム コンピュータ数学 内定者研修 新人研修 ヒューマンスキル プロジェクトマネジメント プレゼンテーション リーダーシップ 組織マネジメント ネゴシエーション ロジカルシンキング Java UI/UX HTTP JavaScript基礎 情報処理資格 ネットワークスペシャリスト ネットワーク インターネットルーティング応用 IPアドレス データベース応用 SQL応用 パフォーマンスチューニング データベース設計 ER図 概念設計(データベース) 論理設計(データベース) IT資格 Linux基礎 OS・システム基盤 セキュリティ TCP/IP OSI参照モデル データベースセキュリティ ファイアウォール 標的型攻撃 SQLインジェクション ネットワーク基本設計 CCNA Cisco プロジェクトマネジメント資格 情報処理資格プロジェクトマネージャ 情報処理安全確保支援士 人事給与 財務会計 管理会計 簿記 生産管理 在庫管理 ERP バランススコアカード 情報処理資格 ITアーキテクト 情報処理資格 ITストラテジスト 情報処理資格 ITサービスマネジメント 情報処理資格 システム監査 PMBOK® PMP® プロジェクト計画 WBS リスクコントロール ITIL ITサービスマネジメント 要求定義 要件定義 見積手法 ビジネスインダストリ 業種・業界知識 業務知識 提案力 ソフトウェアテスト基礎 情報処理資格 データベーススペシャリスト ハードウェア基礎 外部設計(基本設計) 内部設計(詳細設計) データベース基礎 SQL基礎 RDBMS 物理設計(データベース) C++ Ruby MVC基礎 Webアプリケーション開発 JavaEE Javaプログラミング応用 フレームワーク MVC応用 Spring フレームワーク ソフトウェアテスト応用 テスト手法 Junit スマートフォンアプリ開発 Androidアプリ開発 C# 基礎 C# 応用 負荷テスト Javaプログラミング基礎 ソフトウェアテスト コーチング メンタリング HTML/CSS サーバー構築 仮想化技術 KVS (NoSQL) アジャイル スクラム ファシリテーション C言語 ITパスポート JSTQB データサイエンス 単体テスト ユニットテスト キャリアアップ インターネットルーティング基礎 パケット解析 LAN構築 データベース データサイエンティスト トレンド 障害対応 インフラ監視 HTTP/2.0 コンピュータサイエンス VPN ネットワーク物理設計 データベース障害 JavaScript モダンJS (Modern JavaScript) 応用 MVS応用 バックアップ/リカバリ 分散処理 Hadoop Hive Python AI 深層学習(DeepLearning) CentOS Linux応用 Zabbix シェルスクリプト Infrastructure as Code Windowsサーバー基礎 内部設計 Docker DevOps Windowsサーバー応用 NginX chef Ainsible ロジカルライティング R テスト自動化 Jenkins Git 継続的インテグレーション (CI) バージョン管理 Vagrant 要求分析 Redmine 継続的インテグレーション(CI) 継続的デリバリー (CD) ヒューマンリソース管理 Web API マイクロサービス コミュニケーション 業務知識/業界知識 マーケティング 語学 AWS 法務 IoT ビジネスマナー OJT 業務効率化 表計算ソフト オフィスソフト コンプライアンス フロントエンド Subversion PHP 関数型プログラミング Laravel モダンJS (Modern JavaScript) 基礎 Android Studio 機械学習 iOSアプリ開発 ぷプログラミング React 次世代高度IT人材 共創 IPA Raspberry Pi Xamarin スクリプト言語 GoF CUI VBA 資格 ビジネス文書 jQuery 研修参加レポート マネジメント OSPF テーブル設計 アンガーマネジメント クリティカル・シンキング PDU 経営改善 Pマーク 問題解決技法 サイバー攻撃 エンジニア 参加してみた エンゲージメントマネジメント 労働関連法 新人育成 ネットワーク構築 情報セキュリティマネジメント デザインパターン リファクタリング マルチスレッドプログラミング ベンダーコントロール Modern JavaScript 冗長化 VLAN インフラエンジニア チームビルディング テストケース リーダブルコード セキュリティ入門 ネットワーク入門 Node.js npm gulp ビルドツール Python入門 冗長化入門 インフラ実機演習 プロジェクト管理 Active Directory ネットワーク管理 コンテナ 正規化理論 Haskell 品質管理 OpenStack シンギュラリティ DBA中級 プロトコル UX 基本設計 FinTech トラブルシューティング 並列処理 見える化 PMO ロジカルコミュニケーション Deep Learning 実機演習 インデックス設計 超上流工程 BGP Excel C-CENT Selenide プライベートクラウド アセンブラ コンピュータ基礎 工数見積 CCENT 法律知識 失敗から学ぶ プロジェクト失敗事例 PDCA プログラミング入門 非エンジニア向け 4Biz DNS セルフマネジメント 片付け術 サーバーダウン サーバー タイムマネジメント GO言語 プロダクトマネジメント プロダクトマネージャ LVS ロードバランサー 負荷分散 仮想通過 犯罪心理学 情報漏えい SEカレッジ導入事例 IT研修を聞いてみた 会社規模 (100~300名) IT研修制度を聞いてみた CentOS7 開発環境構築 数学力 数字力 財務 IT人材 UI Machine Learning Go言語 (golang) データマイニング 統計学 新人教育 やり直し数学 RDB つながる工場 モチベーション WebSocket WebWorker HTML5 CSS3 Bootstrap 微分・積分 システム設計 決断力 LAMP環境 トレ担 教育研修担当者向け ルーティング

なぜプログラムは動くのか 研修コースに参加してみた

今回参加した研修コースは なぜプログラムは動くのか です。

私はこのコンピュータとプログラムのつながりのお話が苦手で、特に論理演算が何を言っているのか、わからない人間でした。

それが今回、ようやく分かってきました!! 論理演算で加算の仕方がわかったこと、これが私にとって最大の成果です!

という、個人的な感想はそれとして、アセンブラというとっつきにくい言語を、とにかく順を追って丁寧に解説いただいたので、プログラムがどのようにコンピュータに命令して処理していたのか、わかりました。

では、どのような内容だったのか、レポートします!

 

想定している受講者

特に前提知識なし

 

受講目標

  • ハードウェアとソフトウェアの関係がわかる。
  • エンジニアが2進数で考える場面がわかる。
  • アセンブラの表現とハードウェアの動作を結び付けられる。
  • 高水準言語の表現とハードウェアの動作を結び付けられる。

 

講師紹介

登壇されたのは プログラムはなぜ動くのか(日経BP社刊行) の著者、 矢沢 久雄さん です。この参加してみたレポートでは久々ですね。

矢沢 久雄

 

また、執筆時の秘話を教えてもらえました。

  • 日経ソフトウエアから「基礎の特集を書いて欲しい」というザックリした要望からスタート
  • 「今どきの若者は基礎がわかってないねぇ」 と言う人の「基礎」を聞いてみた
  • 基礎とは?
    • ハードウェア
    • アセンブラ

 

このコースで「基礎」がわかるようになります! ということでスタートしました。

 

ハードウェアとソフトウェア

  • 演算装置:CPU, 記憶装置:メモリ, 入力装置:キーボードなど, 出力装置:ディスプレイなど

と、よく新人研修で紹介されますが、これを知って何がうれしいのでしょうか。

 

  • 何の役に立つのか?
    • ユーザー視点からエンジニア視点に変わる
      • コンピュータが入力 演算 出力 記憶 制御 しか出来ない装置として見える
    • ハードウェアとソフトウェアの関係がわかる
      • プログラムがわかる
  • ソフトウェアで示された命令に従ったハードウェアが動く
    • 命令とは「~せよ」
    • 命令は大きく5つ
      • 「    せよ」を意味する命令
      • 「    せよ」を意味する命令
      • 「    せよ」を意味する命令
      • 「    せよ」を意味する命令
      • 「ジャンプせよ」を意味する命令

 

プログラムは入力、演算、出力、記憶という命令文になります。

この5つでネットショッピングやチケット予約などを実現しているので、プログラムを一杯書かなくてはなりません。(途方もない気がします)  なので「ラクしたい」から高水準言語でカンタンに書けるようになっているそうです。

とにかく「ラクしたい」というのは技術進化に繋がっているとのことでした。確かにそうですね! 面倒だなと思うことはアイデアの母かも知れません。

ちなみに、その一方で、同じ処理を書くにはラクできるようになったものの、それ以上に複雑な問題を解決できようになって、さらにプログラムは複雑になってる感もあります。うーむ。

 

なぜ2進数を使うのか?

  • 10進数を表すのに電圧を変えて使いたかった
    • 試しに人を押す力を10段階で分けてやってみる
    • 押された人にどの段階かを聞いてみる
    • 当たり前だけど、上手く行かない
    • 電圧もこれと同じこと
  • ON/OFFならわかりやすかった -> 2進数
    • 更に言うと電圧が低ければ電源消費が抑えやすい
    • ONは5vぐらいの微弱電気
  • この2進数を伝える単位がビット
    • いまは64ビットまでいける
  • 8ビットを1バイトという単位で呼ぶ
    • 半角英数字がバイトだと表現できる

 

量子コンピュータでは、0 と 1 だけでなくその間の値も扱えるようになります。根底から変わりますね。。

 

2進数で数えてみよう

では、その2進数に慣れるためにちょっとした演習をしてみます。

0
1
10
11
110
:
1111

という書き方ではなく、バイト単位で書くようにしましょう。

00000000
00000001
00000010
00000011
:
00001111

 

マイコン回路図

ここで実際にマイコンの回路図を使って、I/OからどのようにCPU、メモリと電気が流れているのか、解説いただきました。 (基本情報技術者試験で扱う架空のハードウェア COMMET Ⅱ を使います)

  • 回路図

 

 

論理演算と四則演算

10進数の代わりにコンピュータでは2進数を使っていることは理解できました。では、どのように四則演算をコンピュータで実現しているのでしょう。

ジョージ・ブールが 真と偽の論理演算の世界を確立し、クロード・シャノンが論理演算は電子回路できることを論文で発表し、2進数の演算をコンピュータで実現できるようになりました。

と言っても、何のことか分かりません。。もう少しその論理演算と実現する装置を詳しく解説いただきました。

 

論理演算

 

上の表のうち、加算はどのような条件のときに出来ているのでしょうか。

  • X=1 Y=1 のとき加算が出来ている (桁上り)
  • X または Y のどちらかだけが 1 のとき加算が出来ている

ということは AND演算 (回路) と XOR演算 (回路) を使えば、加算が出来るのでした。(おおー!)

 

ちなみに、加算ができれば、減算、乗算、除算は下のように実現できます。

  • 減算
    • 補数を使う
    • (10進数) 7 – 2 の場合
    • 2 の補数は8
    • 7 + 8 = 15 の桁上りを消すと 5 になる
  • 乗算
    • 5 × 15
    • 5 から 5 ずつ15回加算することを繰り返す
  • 除算
    • 75 ÷ 5
    • 75 から 5 ずつ減算することを繰り返す

 

アセンブラのプログラム

コンピュータの中でどのように2進数を使って演算しているのかわかったところで、いよいよプログラムがどのように動くのか、アセンブラをやってみます。

 

構文

ワクワクしていると、矢沢さんから衝撃のお話が。

「アセンブラの場合、言語構文は1つしかありません。

“~せよ” ”~を”

おしまい。」

 

(えっ!?)

なので、本にならないそうです。。

 

命令の種類

言語構文は1つですが、もちろん命令がたくさんあります。

これをもとにカンタンなプログラムを考えてみます。

 

シンプルな加算プログラム

 

ラベル オペコード オペランド コメント
KASAN START プログラムの先頭
LD GR0, DATA1 GR0にDATA1の値をコピーする
ADDA GR0, DATA2 GR0にDATA2の値を加算する
ST GR0, ANS GR0の値をANDにコピーする
RET プログラムを終了する(OSへ戻る)
DATA1 DC 12 12というデータを格納しておく
DATA2 DC 34 34というデータを格納しておく
ANS DS 1 加算結果を格納する入れ物を用意しておく
END プログラムの末尾

 

  • LD: LoaD (ロードせよ)
  • ADDA: ADD Arithmetic (加算せよ 算術)
  • ST: STore (格納せよ)
  • RET: RETurn
  • DC: Define Constant (定義せよ 定数を)
  • DS: Define Sotrage (定義せよ 記憶領域を)

 

先程のコンピュータの中身の通り、CPUで演算し、メモリに値を格納しています。なるほど、なるほど読めますね !!

ただ、一つ一つは難しくありませんが、直感的に見えず、冗長に見えます。(私の感覚でしょうか?)
なお、同じプログラムをC言語で書いたときのサンプルも矢沢さんから見せていただきました。皆さんはどう感じられますか?


その他、もう少し複雑な配列を扱うプログラムを、実際に動かせるシミュレーターを使ってデモしたところで、このコースは修了しました。

 

まとめ

このコースでは、なぜハードウェアがいまのような仕組みになったのか、2進数、論理演算を紐解きながら、そのハードウェアの仕組みを、アセンブラというプログラミング言語を通じて、どのように活用しているのか、解説いただきました。

CやJava、はたまたPython, Ruby などのスクリプト言語などプログラミング言語が、なぜ「ラク」に書けるように進化しているのか、原点のアセンブラのコードを見て感じられたように思います。

プログラムは書けるけど、レイヤが低い話は苦手だなぁ、私のように論理演算が苦手だなぁ、もしくは「今どきの若者は基礎がわかってないねぇ」と言われた方には、とてもオススメのコースです!!

 

 


 

SEカレッジではこのコースを含め、 年間500講座をほぼ毎日開催中
これら500講座が 月額25000円~社員の方は受け放題 になります!!

無料見学、資料請求などSEカレッジへのお問い合わせはこちらから!!


SEカレッジについて

 

SEカレッジについて詳しく知りたいという方はこちらをご覧ください!!

SEカレッジ

特集・キャンペーン

よくある質問集

タグ一覧

研修参加レポート参加してみたセキュリティJava基本情報技術者Linux基礎プロジェクトマネジメントオブジェクト指向プログラミングPythonプログラミング基礎AISQL基礎コミュニケーション仮想化技術テーブル設計ネットワークJavaScriptソフトウェアテストファイアウォールネットワーク入門トレンドSQL応用マネジメントデータベースRDBMSDockerデータベース設計IoTコンテナ障害対応コーチングテスト自動化データサイエンスLinux応用要求定義資格マルチスレッドプログラミングヒューマンスキルビジネス文書ER図シェルスクリプトビジネスマナーCCNAインフラ実機演習情報処理資格jQueryパケット解析アルゴリズムC# 基礎PMBOK®Javaプログラミング応用OSPF単体テスト新人研修問題解決技法Javaプログラミング基礎アンガーマネジメントRaspberry PiエンジニアロジカルライティングプレゼンテーションLAN構築HTML/CSSロジカルシンキングデータサイエンティストクラウドSQLインジェクションインフラエンジニア物理設計(データベース)アジャイル非エンジニア向けLVSUI/UXTCP/IPネットワーク構築データベース基礎CentOS簿記JavaEEJavaScript基礎経営改善データベースセキュリティデザインパターンPマークVLAN工数見積リファクタリングZabbixDeep Learningプログラミング入門関数型プログラミング要件定義DBA中級新人育成WBS正規化理論法律知識ベンダーコントロールソフトウェアテスト基礎業務効率化スクラムデータベース応用CiscoテストケースWebアプリケーション開発見える化財務UXITIL品質管理ITパスポートマーケティングActive Directory機械学習冗長化パフォーマンスチューニングセキュリティ入門内定者研修次世代高度IT人材サーバー構築ロジカルコミュニケーションデータベース障害応用情報技術者PHPUI片付け術犯罪心理学インターネットルーティング応用Machine LearningCCENTインターネットルーティング基礎情報漏えいIPAIPアドレスインデックス設計サイバー攻撃MVC基礎プロトコルロードバランサープロジェクト管理OSI参照モデルModern JavaScriptJunit情報セキュリティマネジメントWindowsサーバー基礎表計算ソフトBGPPMOVPNプロジェクト失敗事例IT基礎IT人材ITサービスマネジメントCentOS7GoFExcelエンゲージメントマネジメントセルフマネジメントAWS仮想通過PDCAPython入門C# 応用FinTechOS・システム基盤決断力プロダクトマネジメントIT研修制度を聞いてみたシンギュラリティHTML5C-CENT労働関連法プロジェクト計画フレームワーク共創RDB継続的インテグレーション(CI)プロダクトマネージャ冗長化入門トラブルシューティングLAMP環境Windowsサーバー応用Microsoft Azure開発環境構築CSS3SelenideサーバーダウンNode.jsソフトウェアテスト応用つながる工場チームビルディングLaravelGo言語 (golang)並列処理教育研修担当者向けchefテスト手法数字力概念設計(データベース)BootstrapプライベートクラウドInfrastructure as CodeリスクコントロールサーバーnpmSEカレッジ導入事例Haskellモチベーション超上流工程4Biz業務知識/業界知識モダンJS (Modern JavaScript) 基礎HTTPデータマイニングクリティカル・シンキングインフラ監視失敗から学ぶIT資格微分・積分アセンブラタイムマネジメントgulp会社規模 (100~300名)スクリプト言語WebSocketDNSリーダブルコードコンピュータ数学負荷分散統計学フロントエンドネゴシエーション基本設計システム設計コンピュータ基礎内部設計GO言語ビルドツールOpenStackWebWorkerネットワーク管理やり直し数学継続的インテグレーション (CI)

過去の記事