👨💻 自己紹介：文系人間がコンピュータの内部に潜入してみた
こんにちは、BB-KING777というハンドル名の潜入レポーターです！
今日から、コンピュータの内部という謎めいた世界への潜入記録をお届けします。まずは、諜報員として私の身分証明書をご確認ください：
📋 諜報員プロファイル
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コードネーム： BB-KING777
現在の潜伏先： 学生
年齢層： 20代
性別： 男性
得意フィールド： 文系科目全般
弱点： 理系科目、特にプログラミング
「待った！コンピュータアーキテクチャなんて超理系の記事を、理系科目が苦手な人が書くの！？」
はい、その通りです。私は高校時代、数学の先生から「君は絶対に文系に行きなさい」と、まるで人生の警告のように言われた人間です。方程式を見ると目が回り、プログラミングと聞くと冷や汗が出る体質でした。
でも、そんな私でも理解できたコンピュータアーキテクチャ。これを読んでいるあなたなら、きっと「余裕じゃん！」と思える内容にします。約束します！
🤔 なぜ文系人間がコンピュータの内部構造を学ぶのか？
想像してみてください。ある日突然、ゾンビが街にあふれる世界になったとします（よくある話ですよね）。
あなたは必死で逃げ回り、ついに無人の駐車場を見つけました。そこには一台の車が！しかし...
⚠️ 緊急事態：ゾンビ発生！使用可能な車両はMT軽トラのみ ⚠️
もしあなたがAT限定免許しか持っていないとしたら...？そう、ゾンビの餌食です。「クラッチって何？」と考えている間に、あなたの脳みそはゾンビのディナーになってしまいます。
一方、MTの運転方法を知っている私なら（たとえ下手でも）、エンジンをふかして逃げ出せるチャンスがあります。
コンピュータアーキテクチャを学ぶことは、デジタル世界のMT免許を取るようなものです。普段はほとんど出番がないかもしれません。でも、いざという時に「あ、これってこういう仕組みだったんだ！」と理解できることが、デジタル世界での生存率を高めるのです。
さあ、これから私たち文系人間が、コンピュータという謎めいた機械の内部に潜入していきます。ついてくる準備はできていますか？ 🕵️♂️💻
🤖 機械語を見る：コンピュータの「本当の言葉」
C言語で1と2を足して出力するプログラム、書けますよね？こんな感じです👇
int main() {
int a,b,result;
a=1;
b=2;
result = a + b;
printf("result:%d",result);
return 0;
}
はにゃー、簡単ですわ。プログラミング初心者でも「なるほど、1と2を足して表示するんだな」と理解できますね。
でも待ってください...
🔍 コンピュータが「本当に」理解している言葉
機械語、見たことありますか？
これが同じプログラムの機械語バージョンです👇
0000000000001149 <main>:
1149: f3 0f 1e fa endbr64 // 関数開始の境界保護（セキュリティ機能）
114d: 55 push %rbp // スタックフレーム設定開始
114e: 48 89 e5 mov %rsp,%rbp // スタックフレームの設定
1151: 48 83 ec 10 sub $0x10,%rsp // ローカル変数用のスタック領域確保
1155: c7 45 f4 01 00 00 00 movl $0x1,-0xc(%rbp) // a = 1
115c: c7 45 f8 02 00 00 00 movl $0x2,-0x8(%rbp) // b = 2
1163: 8b 55 f4 mov -0xc(%rbp),%edx // edx = a
1166: 8b 45 f8 mov -0x8(%rbp),%eax // eax = b
1169: 01 d0 add %edx,%eax // eax = eax + edx (result = a + b)
116b: 89 45 fc mov %eax,-0x4(%rbp) // result = eax
116e: 8b 45 fc mov -0x4(%rbp),%eax // eax = result (printf用の引数準備)
1171: 89 c6 mov %eax,%esi // esi = eax (printf用の引数)
1173: 48 8d 05 8a 0e 00 00 lea 0xe8a(%rip),%rax // "result:%d"文字列のアドレスをraxに格納
117a: 48 89 c7 mov %rax,%rdi // rdi = rax (printf用の第1引数：文字列)
117d: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax // 浮動小数点引数の数を0に設定
1182: e8 c9 fe ff ff call 1050 <printf@plt> // printf関数呼び出し
1187: b8 00 00 00 00 mov $0x0,%eax // 戻り値を0に設定
118c: c9 leave // スタックフレームの解放
118d: c3 ret // 関数からの復帰
😱 たった6行のC言語コードが、この魔術的な呪文のような機械語に変身しています！
これが「コンピュータが実際に理解している言語」です。画面に表示されているのは16進数ですが、コンピュータの内部では全て2進数（0と1の羅列）として処理されています。
💡 なぜこんなに複雑なの？
C言語の a = 1 という簡単な命令が、機械語では c7 45 f4 01 00 00 00 という謎の呪文に変わっています。これは、まるで...
「メモリのこの場所に、この数値を置いてください」
...というCPUへの超具体的な指示書なのです。
たった1つの足し算（result = a + b）を実行するために、コンピュータは：
- まずメモリから値aを取り出して一時保管場所（レジスタ）に入れ ←
8b 55 f4 - 次にメモリから値bを別の一時保管場所に入れ ←
8b 45 f8 - 2つの値を足し算して ←
01 d0 - 結果をメモリに戻す ←
89 45 fc
という複雑な手順を踏んでいるのです！
🧠 なぜこれを知る必要があるの？
これがコンピュータの「本当の姿」です。我々が普段書いているプログラムは、この複雑な機械語を書かなくて済むように作られた「人間向けの便利ツール」なのです。
これが、CPUの中を駆け巡って実行されるわけです。
では、どうやって駆け巡るのか、それがコンピュータアーキテクチャの話です。それは次の旅で明らかにしていきましょう...
🧩 どこにプログラムがあるの？コンピュータの記憶の謎
ある日、私は先ほどのコードを渡されて、こう言われました。
「お前、これコンパイルして実行した結果を教えて」
了解です。さっそくターミナルで：
gcc program.c -o program.o
./program.o
result:3
はい、できました！上司は「じゃあ、実行ファイルをメールで送っといて」と言うので、.oファイルを送信しました。
🤔 クイズタイム！
さて問題です。どこにプログラムの実行ファイルはあるでしょうか。以下から選んでください。
- RAMの中
- ROMの中
- どこにもない
- 私の頭の中
🎯 正解は... 2. ROMの中 です！
先ほど見た機械語はROMの中に格納されています。CPUはこのROMから命令を読み取って実行しているのです。
🖥️ シンプルなコンピュータの旅
ここで、シンプルなコンピュータの仕組みを見てみましょう。ROMとCPUとRAMだけのシンプルなモデルです（OSなどの複雑な要素は無視します）。
このシンプルなコンピュータでは：
-
CPUは常に時間を刻んでいます。これを「クロック」と呼びます。
- クロックはコンピュータの心臓の鼓動のようなもの
- 「ティック、トック、ティック、トック...」
-
クロックが「ティック」と上がった瞬間に、CPUはROMから一行目の機械語を「フェッチ」（取り出し）します。
- まるで本を読むように、ROMから次の命令を読み取ります
-
CPUは「プログラムカウンタ」という特別な記憶場所を持っています。
- これは「今、何行目を読んでいるか」を記録する栞のようなもの
- 命令を読み終えたら、自動的に次の行を指すよう更新されます
-
フェッチされた命令は「デコーダ」という部品に送られます。
- デコーダは暗号解読者のように機械語を解読して
- 「これは足し算だ」「これはメモリからデータを取り出せという命令だ」と理解します
これが、コンピュータが命令を実行する最初のステップです。フェッチして、デコードして...そして次は？
次は実際に命令を実行する段階です。この流れを「フェッチ・デコード・実行サイクル」と呼びます。コンピュータは常にこのサイクルを繰り返しているのです。
次回：デコードされた命令がどのように実行されるのか、CPUの中で何が起きているのかを探検しましょう！