基礎からきっちり覚える機械語入門

2019年4月22日

マイナビ出版

はじめに

プロローグ A君の悲劇

01 コンピューターとはなにか
1-1 電卓とコンピューターの違い
ちょっと青春の気分に
逃げられなかった場合
ソフトウェアがなければ…
コンピューターがワープロになれるわけ
果てしなき野望
1-2 ハードウェアの一番基本的な話
もっとも手抜きで描いたコンピューターの構成
CPUとは
メモリとは
外部入出力装置とは
1-3 コンピューターは数しか分からない
基本中の基本
10進法とか2進法とか
なんで2進法などを使うのか？
実際に扱える数の制限
数字が長すぎてうっとうしい
［まとめ］一番基本的なところ
補足ビットとバイト
補足 10進2進16進法対応表

02 みんな数字で表してみる
2-1 様々な数を表す
大きな整数
負の数の表し方
実数の表し方
コンピューターの数は正確ではない…こともある
2-2 文字を表す
文字コード
一番基本のコード体系：アスキーコード
制御記号
たくさんあるコード体系
こんなに種類があると困らないか？
2-3 画像その1：ビットマップ
ビットマップの概念
色を表すには？
画像サイズの問題
解像度を減らす
色の数を減らす
カラーパレット
データを圧縮する
画像データの種類
動画を表す
2-4 画像その2：メタファイル
メタファイルとは？
この方式の特長
この方式の欠点
どこに応用されているか？
2-5 画像その3：3次元コンピューターグラフィックス
物体のデータ化
3DCGの「描き方」
2-6 音を表す
音をそのままデータにする：PCM
サンプリングレートと音質
MP3とは？
音の鳴らし方をデータにする：MML
音の鳴らし方をデータにする：MIDI
GM規格
［まとめ］数値化できないものは？
補足データ圧縮について
　データ圧縮とは
　データ圧縮方法1：ランレングス
　単純なランレングスだとうまくいかない例
　データ圧縮方法2：ハフマン符号化
　圧縮したデータをさらに圧縮したら？
　データ圧縮方法3：不可逆圧縮（JPEG）

03 アルゴリズム
3-1 プログラムとアルゴリズム
プログラムとは？
アルゴリズムとは？
3-2 迷宮からの脱出
迷路に閉じこめられた場合
出口に確実に行く方法
左手の法則
3-3 もっと詳しく説明しろだと？
迷宮に入った気分で
左手の法則完成！
のはずが…
3-4 大馬鹿者に噛んで含めて説明する
コンピューターに分かる説明
(1)迷路とは？
(2)道なりとは？
(3)方向とは？正面とは？
(4)来た方向とは？
(5)進むとは？
(6)分かれ道・行き止まりとは？
(7)道の数の数え方は？
(8)左とは？
(9)引き返すとは？
(10)道なりに進むとは？
やっとできあがったが…
［まとめ］なんだか疲れた気がする…
補足全然疲れていない人へ
　左手の法則が効かない場合
　あてどなき彷徨
　印を付ける
　これではだめだった
　だめな例1の解決
　だめな例2の解決
　確実な迷宮脱出アルゴリズム
　アルゴリズムのシェイプアップ

04 機械のコトバその1：機械語
4-1 なぜ機械語なのか？
機械語の文法
どんな命令があるか
機械語の表記
偽機械語コンピューター登場
偽機械語コンピューターの仕様
偽機械語の基本文法
4-2 データ転送命令
データ転送命令
間接参照
4-3 算術演算命令
符号反転命令
加算命令・減算命令
フラグ
比較命令
4-4 論理演算命令
否定
論理演算はビット単位で計算する
論理和
論理積
排他的論理和
2進法の数値の桁を操作する
ビット比較
メモリの値を真偽判定に使うには
4-5 ジャンプ命令
無条件ジャンプ
条件付きジャンプ
ジャンプ命令の基本的な使い方
4-6 入出力命令
外部機器との入出力
4-7 その他の命令
データ退避・復帰命令
ビットシフト命令
サブルーチンコール
その他の命令
たったこれだけ？
こんなもんが分かるかぁぁ！
4-8 アセンブリ言語
アセンブリ言語の概要
よく使うアドレスを記号化する
アセンブラ
4-9 基本的な処理の例
条件分岐とループ
2つのメモリを入れ替える
とりあえずの掛け算プログラム
お馬鹿な割り算プログラム
マルチワード計算
4-10 機械語で迷宮から脱出
迷宮脱出プログラム：機械語版
［まとめ］とにかく本気で疲れた…
補足賢い掛け算と割り算プログラム
　高速な掛け算アルゴリズム
　割り算のアルゴリズム
補足偽機械語の最小セット
　偽機械語最小セット
　パラメータの種類
　ジャンプ命令
　論理演算命令
　ビットシフト命令
　その他の命令
　算術演算
　符号反転
　足し算

05 機械のコトバその2：高級言語
5-1 アセンブリ言語の改良
なぜアセンブリ言語が分かりにくいのか
数値に分かりやすい名前を付ける
アドレスを省く
プログラムを修正する
5-2 アセンブリ言語を超えて
高級言語
高級言語をコンピューターはどうやって理解するか
高級言語ってなにが高級？
5-3 数値やアドレスに名前を付ける
定数：数値に名前を付ける
変数：アドレスに名前を付ける
変数のアドレスは？
変数の型
数値以外の型
5-4 よくある処理を簡便に
式の記述
各種の演算子
5-5 プログラムの流れを分かりやすく
条件分岐
関係演算子と論理演算子
ブロック
一度にたくさんの条件分岐
ループ処理
goto文とラベル
それから？
5-6 複雑な構造に名前を付ける
広い範囲に名前を付ける：配列
複雑な構造に名前を付ける：レコード型
さらにいろいろ
5-7 サブルーチン
同じようなところがいっぱいある
プログラムのブロックに名前を付ける
関数とプロシージャ
関数の定義例
5-8 機械語でサブルーチン
サブルーチンの動作
データ退避・復帰命令
スタック
スタック経由でアドレスを渡す
サブルーチンコール・復帰命令
パラメータの引き渡し
スタックの調整
結果を返す
機械語でサブルーチン呼び出し
ややこしいぞ！
5-9 サブルーチンの別な利点
プログラムの部品化
とりあえず大枠だけ作ってしまえ
よりシンプルな構成要素に還元する
5-10 高級言語で迷宮から脱出
迷宮脱出プログラム：Pascal版
まだまだ長いような…
［まとめ］すばらしき高級言語
補足自分で自分を呼んでしまったら？
　スタックを使わない値の引き渡し
　再帰アルゴリズム
　再帰の例1：階乗
　再帰の例2：塗りつぶし
　再帰が行えるためには
　ローカルな変数
　変数の退避・復帰
　ローカル変数とスタックフレーム
　バッファオーバーフロー

06 機械のコトバその3：本当の機械語
6-1 本当の機械語について
なんで偽物などを？
本物の機械語と偽機械語はどう違う？
レジスタ
6-2 Z-80命令の簡単な解説
データ転送命令
算術演算命令
シフト・ローテート命令
論理演算命令
ビット演算命令
ジャンプ命令
入出力命令
退避・復帰命令
サブルーチンコール
割り込み処理
その他
というわけで
6-3 Pentiumだとどうなっている？
x86命令セット
x86命令で既存の命令はどうなった？
仮想メモリとマルチタスク用の命令の追加
もっと最新のCPUだと？
［まとめ］機械語はシンプルイズベスト
補足もう少し突っ込んだハードウェアの話
　もう少しまともに描いたコンピューターの構成
　バス
　CPU←→メモリ間のデータのやりとり
　キャッシュって？
　CPU←→外部入出力装置間のデータのやりとりの概要
　I/Oポートを利用するデータ入出力
　ダイレクトメモリアクセス
　共有メモリを利用するデータ入出力
　割り込み