Week 1: コンピュータ基礎 プロジェクト・ミーミル

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1. Week 1: コンピュータ基礎 プロジェクト・ミーミル Phase 1 / 全15回 プロジェクト・ミーミル | Week 1 1
2. 今日のアジェンダ 時間 パート 0:00 オリエンテーション（5分） 0:05 講義①: ビットとデータ表現（15分） 0:20 講義②: 処理の流れ（15分） 0:35 プチテスト 8問（10分） 0:45〜 質疑・まとめ（バッファ） プロジェクト・ミーミル | Week 1 2
3. オリエンテーション プログラム全体: 4ヶ月・全15回（週1回） 学習方針: 暗記ではなく理解。Why を自分の言葉で説明できるのがゴール 最終ゴール: 7/22 最終テスト合格 → 技術面接官認定 事前に講義資料に目を通しておくこと プロジェクト・ミーミル | Week 1 3
4. 今日のゴール この回が終わったら、以下ができる状態: 1. CPU・レジスタ・メモリ・IOの役割を自分の言葉で説明できる 2. 2進数変換とビット操作を手で計算できる — 頭で分かっているだけじゃなくて、 手が動くこと 3. 「なぜそうなっているか」のストーリーを持てている — 2の補数がなぜ便利か、 浮動小数点がなぜ誤差を生むか プロジェクト・ミーミル | Week 1 4
5. この講義がどこで生きるか 領域 実務との接点 面接 「CPUが命令を実行するプロセスを説明してください」 「0.1 + 0.2 が 0.3 にならないのはなぜですか」→ 今日の内容がそのまま出る フロントエン ド call stack size exceeded エラー（Next.js / React Native）→ スタ ックの話と直結 バックエンド （Go） goroutine → コンテキストスイッチの話と繋がる。メモリリーク → ヒ ープとGCの理解 プロジェクト・ミーミル | Week 1 5
6. 対応するスキルDB評価基準 項目 確認ポイント 処理の流れ CPU・レジスタ・メモリ・IOと処理の流れを説明できる ビットとデータ表 現 データのビット表現を理解し、ビット操作・2進数変換ができ る プロジェクト・ミーミル | Week 1 6
7. セクション1 ビットとデータ表現 プロジェクト・ミーミル | Week 1 7
8. 2進数とは 各桁が ON（1）か OFF（0） しかない。ON なら重みを足す、OFF なら足さない 桁 指数 重み 覚え方 1桁目 2⁰ 1 前の数を倍にしていくだけ 2桁目 2¹ 2 3桁目 2² 4 4桁目 2³ 8 5桁目 2⁴ 16 6桁目 2⁵ 32 7桁目 2⁶ 64 8桁目 2⁷ 128 プロジェクト・ミーミル | Week 1 8
9. 2進数の読み方 例: 101010 を10進数に変換 32 16 8 4 2 1 101010 1 0 1 0 1 0 → 1が立ってる桁だけ足す: 32 + 8 + 2 = 42 プロジェクト・ミーミル | Week 1 9
10. 10進数 → 2進数の変換 2で割り続けて、余りを下から読む 13 ÷ 2 = 6 ... 余り 1 ← 1 桁目（重み1 ） 6 ÷ 2 = 3 ... 余り 0 ← 2 桁目（重み2 ） 3 ÷ 2 = 1 ... 余り 1 ← 3 桁目（重み4 ） 1 ÷ 2 = 0 ... 余り 1 ← 4 桁目（重み8 ） → 下から読む: 1101(2) 8 4 2 1 1 1 0 1 検算: 8 + 4 + 0 + 1 = 13 プロジェクト・ミーミル | Week 1 10
11. 答え合わせ: 25 → 2進数 25 ÷ 2 = 12 ... 余り 1 ← 1 桁目（重み1 ） 12 ÷ 2 = 6 ... 余り 0 ← 2 桁目（重み2 ） 6 ÷ 2 = 3 ... 余り 0 ← 3 桁目（重み4 ） 3 ÷ 2 = 1 ... 余り 1 ← 4 桁目（重み8 ） 1 ÷ 2 = 0 ... 余り 1 ← 5 桁目（重み16 ） → 下から読む: 11001(2) 16 8 4 2 1 1 1 0 0 1 検算: 16 + 8 + 0 + 0 + 1 = 25 プロジェクト・ミーミル | Week 1 11
12. 2の補数 コンピュータが 負の数 を表現する標準的な方法 求め方: 全ビット反転 + 1 +5 = 0000 0101 ↓ 全ビット反転 1111 1010 ↓ +1 -5 = 1111 1011 プロジェクト・ミーミル | Week 1 12
13. 2の補数: なぜ便利か 加算回路だけで減算もできる！ 5 + (-3) を2 進数で計算: 0000 0101 (+5) + 1111 1101 (-3: 0000 0011 を反転+1) ----------- 0000 0010 = 2 （桁あふれは無視） → ALUに足し算の仕組みさえあれば、引き算もできる → ハードウェアがシンプルにな る プロジェクト・ミーミル | Week 1 13
14. 浮動小数点: なぜ誤差が出るか 0.1 を2進数に変換してみると… 0.1 × 2 = 0.2 → 0 0.2 × 2 = 0.4 → 0 0.4 × 2 = 0.8 → 0 0.8 × 2 = 1.6 → 1 0.6 × 2 = 1.2 → 1 0.2 × 2 = 0.4 → 0 ← ここからループ 整数 → 2進数: ÷2 / 小数 → 2進数: ×2 → 無限循環小数 → 有限ビットで打ち切る → 誤差の正体 プロジェクト・ミーミル | Week 1 14
15. 浮動小数点: 実務での注意 0.1 + 0.2 // → 0.30000000000000004 var a float64 = 0.1 var b float64 = 0.2 fmt.Println(a + b) // → 0.30000000000000004 fmt.Println(a + b == 0.3) // → false Go Playground で試す 0.01 を 1000回足すと → 10 じゃなくて 9.99... になる 金額計算では浮動小数点を使わない！ → 整数で計算する 参考: メルペイの料率計算における小数の扱い プロジェクト・ミーミル | Week 1 15
16. ビット操作 操作 記号 説明 AND & 両方1のとき1 → マスク処理 OR | どちらか1のとき1 → フラグ設定 XOR ^ 異なるとき1 → スワップ NOT ~ ビット反転 左シフト << ×2 右シフト >> ÷2 プロジェクト・ミーミル | Week 1 16
17. ビット操作: Goでの実例 // Go: フラグ管理の例 const ( FlagRead = 1 << 0 // 001 = 1 FlagWrite = 1 << 1 // 010 = 2 FlagExec = 1 << 2 // 100 = 4 ) perm := FlagRead | FlagExec // 101 = 5 fmt.Println(perm&FlagWrite != 0) // false プロジェクト・ミーミル | Week 1 17
18. セクション1まとめ 評価基準 対応する内容 データがどの様にビットで表現されているか理解して いる 整数・浮動小数点の表現方 法 ビット操作が行える AND, OR, XOR, シフト演算 整数値を2進数で表現できる 10進数 2進数の変換 プロジェクト・ミーミル | Week 1 18
19. セクション2 処理の流れ プロジェクト・ミーミル | Week 1 19
20. CPU・レジスタ・メモリ・IO ┌─────────────────────────┐ │ CPU │ │ ┌─────┐ ┌──────────┐ │ │ │ ALU │ │ 制御装置 │ │ ┌─────────┐ │ └─────┘ └──────────┘ │ ←→ │ メモリ │ │ ┌──────────────────┐ │ │ (RAM) │ │ │ レジスタ群 │ │ └─────────┘ │ └──────────────────┘ │ └─────────────────────────┘ ┌─────────┐ │ IO │ バス（データの通り道） │ ( 入出力) │ └─────────┘ プロジェクト・ミーミル | Week 1 20
21. 各レジスタの役割 レジスタ 役割 プログラムカウンタ（PC） 次に実行する命令のアドレス アキュムレータ 演算結果を格納 スタックポインタ（SP） スタックの先頭アドレスを保持 命令レジスタ 現在実行中の命令を保持 プロジェクト・ミーミル | Week 1 21
22. 命令実行サイクル CPUは以下のサイクルを 超高速に繰り返す（3GHz = 秒間30億回） ① フェッチ（Fetch ） → PC （プログラムカウンタ）が示すアドレスから命令を読み出す ↓ ② デコード（Decode ） → 制御装置が命令を解読する ↓ ③ 実行（Execute ） → ALU が演算を実行する ↓ ④ ストア（Store ） → 結果をレジスタ/ メモリに書き戻す ↓ ⑤ PC をインクリメント → 次の命令へ プロジェクト・ミーミル | Week 1 22
23. スタックとヒープ スタック — LIFO（後入れ先出し） 関数の呼び出し情報（引数、戻りアドレス、ローカル変数） 関数呼び出しでフレームが積まれ、終了で取り除かれる サイズは比較的小さく固定的 ヒープ — 動的なメモリ領域 malloc （C） 、 new （Java/C++）で確保 プログラマ or GCが解放を管理 プロジェクト・ミーミル | Week 1 23
24. コンテキストスイッチ OSが 複数プロセスを並行実行 するための仕組み 1. 実行中プロセスの状態を 保存（レジスタ値、PC、SP） 2. 別のプロセスの状態を 復元 3. 超高速に切り替え → 人間には同時に見える コスト: 切り替え自体にオーバーヘッドがある プロジェクト・ミーミル | Week 1 24
25. セクション2まとめ: 評価基準との対応 評価基準 対応する内容 CPU、レジスタ、メモリ、IO と処理の流れを説明 できる 構成要素の役割と命令実行サイ クル 命令セットを理解している フェッチ→デコード→実行→ス トア コンテキストスイッチを理解している プロセス切り替えの概念 プロジェクト・ミーミル | Week 1 25
26. プチテスト プロジェクト・ミーミル | Week 1 26
27. プチテスト 問題数: 8問（選択式 + 記述式） 制限時間: 15分 合格基準: 70%以上 別紙 quiz.md を参照 プロジェクト・ミーミル | Week 1 27
28. まとめ・次回予告 今日学んだこと ビットとデータ表現（2進数、整数、浮動小数点、ビット操作） 処理の流れ（CPU構成、命令実行サイクル、スタック/ヒープ、コンテキストスイッ チ） 次回: Week 2「プログラミング基礎〜中級」 変数・条件分岐・繰り返しの基礎確認 構造化プログラミング、アルゴリズム、データ構造、計算量 プロジェクト・ミーミル | Week 1 28
29. 自習リソース リソース 内容 プログラムはなぜ動くのか 第3版 第1章〜第3章 第一回コンピュータ編（Notion） 今回の講義の元資料 応用情報 過去問 「コンピュータ構成要素」 「基礎理論」 プロジェクト・ミーミル | Week 1 29