PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ / From Scripts to Silicon: A Journey Through the Layers of Computing Hiroshima 2025 Edition

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長谷川智希 𝕏 @tomzoh 2025/10/11 PHPカンファレンス広島2025 From Scripts to Silicon: A Journey Through the Layers of Computing PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ 4 PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ From Scripts to Silicon: A Journey Through the Layers of Computing

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ今日のテーマ 5

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ今日のテーマテーマ1 そもそもプログラムを実行するとは何か 5

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ今日のテーマテーマ1 そもそもプログラムを実行するとは何かテーマ2 レイヤ化された近代のコンピュータアーキテクチャ 5

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ 👉 プログラムの実行レイヤ化 6

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 • プログラムを実行するというのは具体的に何をしているか 7

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 • プログラムを実行するというのは具体的に何をしているか • みなさんはふだん何を実行していますか？ 7

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 • プログラムを実行するというのは具体的に何をしているか • みなさんはふだん何を実行していますか？ • PHPのプログラム 7

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 • プログラムを実行するというのは具体的に何をしているか • みなさんはふだん何を実行していますか？ • PHPのプログラム • Docker 7

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 • プログラムを実行するというのは具体的に何をしているか • みなさんはふだん何を実行していますか？ • PHPのプログラム • Docker • JavaScript （ブラウザ, Node.js） 7

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 • プログラムを実行するというのは具体的に何をしているか • みなさんはふだん何を実行していますか？ • PHPのプログラム • Docker • JavaScript （ブラウザ, Node.js） • Safari, Chrome, … 7

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 • プログラムを実行するというのは具体的に何をしているか • みなさんはふだん何を実行していますか？ • PHPのプログラム • Docker • JavaScript （ブラウザ, Node.js） • Safari, Chrome, … • PhpStorm 7

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ • プログラムの実行方法は2種類ある 2つの実行 8

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ • プログラムの実行方法は2種類ある • CPUでの実行（電気回路による実行） 2つの実行 8

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ • プログラムの実行方法は2種類ある • CPUでの実行（電気回路による実行） • プログラムでの実行 2つの実行 8

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ • プログラムの実行方法は2種類ある • CPUでの実行（電気回路による実行） • プログラムでの実行 2つの実行 8 • マシン語（機械語） • アセンブラ • コンパイラ

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ • プログラムの実行方法は2種類ある • CPUでの実行（電気回路による実行） • プログラムでの実行 2つの実行 8 • マシン語（機械語） • アセンブラ • コンパイラ • インタープリタ • VM

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式1: CPUでの実行 9

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式1: CPUでの実行 • CPUが実行できるのはマシン語（機械語・アセンブラ・アセンブリ言語）のみ 9

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式1: CPUでの実行 • CPUが実行できるのはマシン語（機械語・アセンブラ・アセンブリ言語）のみ • 単純な命令のセット / Instruction Set: IS 9

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式1: CPUでの実行 • CPUが実行できるのはマシン語（機械語・アセンブラ・アセンブリ言語）のみ • 単純な命令のセット / Instruction Set: IS • メインの機能は: データをメモリ/レジスタ（変数）の間でコピーする, 演算する, （条件付きで）ジャンプするぐらい • レジスタは決まった名前/サイズで決まった個数あるだけ • Apple Siliconなら、64bit汎用レジスタ 31本（X0〜X30）と、128bit SIMD/浮動小数点レジスタ 32本（V0〜V31）、いくつかの特定用途レジスタだけ 9

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャマシン語 10

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャマシン語 • 見た目は生のバイナリ 10

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャマシン語 • 見た目は生のバイナリ • C3 11 11 の3バイトでアドレス 1111 にジャンプするとかそんな感じ 10

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャマシン語 • 見た目は生のバイナリ • C3 11 11 の3バイトでアドレス 1111 にジャンプするとかそんな感じ • スパルタすぎる… 10

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャマシン語 • 見た目は生のバイナリ • C3 11 11 の3バイトでアドレス 1111 にジャンプするとかそんな感じ • スパルタすぎる… • C3 = JP みたいに人間にとってわかりやすい名前が付いてたりする 10

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャマシン語 • 見た目は生のバイナリ • C3 11 11 の3バイトでアドレス 1111 にジャンプするとかそんな感じ • スパルタすぎる… • C3 = JP みたいに人間にとってわかりやすい名前が付いてたりする • JP 1111 って書くと少しマシ 10

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャマシン語 • 見た目は生のバイナリ • C3 11 11 の3バイトでアドレス 1111 にジャンプするとかそんな感じ • スパルタすぎる… • C3 = JP みたいに人間にとってわかりやすい名前が付いてたりする • JP 1111 って書くと少しマシ • ニーモニックという • ニーモニックで書かれたプログラム（テキストファイル）をマシン語のバイナリに変換するプログラムをアセンブラと呼ぶ 10

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式2: プログラムでの実行 11

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式2: プログラムでの実行 • プログラムがプログラムを読み込んで解釈して実行する 11

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式2: プログラムでの実行 • プログラムがプログラムを読み込んで解釈して実行する • 例: PHPコマンド（プログラム）がPHPのソースコード（テキスト）を読み込んで解釈して実行する 11

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式2: プログラムでの実行 • プログラムがプログラムを読み込んで解釈して実行する • 例: PHPコマンド（プログラム）がPHPのソースコード（テキスト）を読み込んで解釈して実行する • 解釈 = パース 11

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ実行方式2: プログラムでの実行 • プログラムがプログラムを読み込んで解釈して実行する • 例: PHPコマンド（プログラム）がPHPのソースコード（テキスト）を読み込んで解釈して実行する • 解釈 = パース • 読み込む対象はソースコード（テキスト）でないこともある • Java: ソースコード（テキスト / HelloWorld.java） → バイトコード（バイナリ / HelloWorld.class） → java HelloWorld 11

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPでの実行 12

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPでの実行 $ php test.php 12

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPでの実行 $ php test.php • PHPが $a=100; という文字列を見たら… 12

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPでの実行 $ php test.php • PHPが $a=100; という文字列を見たら… • 「$があるのでここから変数名で=は変数名に使えない文字なので変数名は$aで確定。次の = は後ろに = が無いので代入確定で、 100 は数字。次に ; があるからここまで実行しよう」と解釈する • $a が既に存在しているかを調べる • 存在していなければメモリ上に $a の中身を保存する領域を確保する 12

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャインタープリタとコンパイラ • プログラムを順次実行していく実行形式をインタープリタと呼ぶ 13

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャインタープリタとコンパイラ • プログラムを順次実行していく実行形式をインタープリタと呼ぶ • プログラムを他の形式に変換するプログラムをコンパイラと呼ぶ 13

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャインタープリタとコンパイラ • プログラムを順次実行していく実行形式をインタープリタと呼ぶ • プログラムを他の形式に変換するプログラムをコンパイラと呼ぶ • 変換動作はコンパイル何から何に変換してもコンパイル 13

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャインタープリタとコンパイラ • プログラムを順次実行していく実行形式をインタープリタと呼ぶ • プログラムを他の形式に変換するプログラムをコンパイラと呼ぶ • 変換動作はコンパイル何から何に変換してもコンパイル • Cコンパイラ C言語のソースコード（テキストファイル）をアセンブリ（テキストファイル）に変換する • Javaコンパイラ Javaのソースコード（テキストファイル）をバイトコード（バイナリファイル）に変換する 13

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ ✅ プログラムの実行 👉 レイヤ化 14

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャレイヤ化されたコンピュータ 15

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャレイヤ化されたコンピュータ • 現代のコンピュータはソフトウェア/ハードウェアともにレイヤ化・抽象化されている 15

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャレイヤ化されたコンピュータ • 現代のコンピュータはソフトウェア/ハードウェアともにレイヤ化・抽象化されている • 各レイヤは下のレイヤのことは気にしなくて良い 15

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャレイヤ化されたコンピュータ • 現代のコンピュータはソフトウェア/ハードウェアともにレイヤ化・抽象化されている • 各レイヤは下のレイヤのことは気にしなくて良い • PHPプログラム（hello-world.php)から見たら下のレイヤは… 15

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャレイヤ化されたコンピュータ • 現代のコンピュータはソフトウェア/ハードウェアともにレイヤ化・抽象化されている • 各レイヤは下のレイヤのことは気にしなくて良い • PHPプログラム（hello-world.php)から見たら下のレイヤは… • PHPコマンド • macOS, Linux, FreeBSD, Windows, Raspberry Pi OS, Solaris, … 15

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ我々がPHPプログラムを実行すると… $ php hello-world.php 16

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ我々がPHPプログラムを実行すると… $ php hello-world.php 16 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ我々がPHPプログラムを実行すると… $ php hello-world.php • CPUはphpコマンドを実行する 16 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ我々がPHPプログラムを実行すると… $ php hello-world.php • CPUはphpコマンドを実行する • Cで書かれたプログラム 16 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ我々がPHPプログラムを実行すると… $ php hello-world.php • CPUはphpコマンドを実行する • Cで書かれたプログラム • = 機械語の実行ファイル 16 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 機械語

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ我々がPHPプログラムを実行すると… $ php hello-world.php • CPUはphpコマンドを実行する • Cで書かれたプログラム • = 機械語の実行ファイル • CPUでそのまま実行できる 16 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 機械語

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ我々がPHPプログラムを実行すると… $ php hello-world.php • CPUはphpコマンドを実行する • Cで書かれたプログラム • = 機械語の実行ファイル • CPUでそのまま実行できる • phpコマンドはPHPプログラムを読み込み、解釈し、実行する 16 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 機械語

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Goだと…？ $ go build hello-world.go; ./hello-world 17

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Goだと…？ $ go build hello-world.go; ./hello-world 17 macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro hello-worldコマンド

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Goだと…？ $ go build hello-world.go; ./hello-world • CPUはhello-worldコマンドを実行する 17 macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro hello-worldコマンド

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Goだと…？ $ go build hello-world.go; ./hello-world • CPUはhello-worldコマンドを実行する • Goで書かれたプログラムがコンパイルされ機械語の実行ファイルになっている 17 macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro hello-worldコマンド機械語

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Goだと…？ $ go build hello-world.go; ./hello-world • CPUはhello-worldコマンドを実行する • Goで書かれたプログラムがコンパイルされ機械語の実行ファイルになっている • CPUでそのまま実行できる 17 macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro hello-worldコマンド機械語

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPとGoの違い PHPもGoも CPUで動いているのはマシン語のプログラム 18

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPとGoの違い PHPもGoも CPUで動いているのはマシン語のプログラム PHP phpコマンドが PHPプログラムを都度解釈して実行する → コンパイル不要 18 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 機械語

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPとGoの違い PHPもGoも CPUで動いているのはマシン語のプログラム PHP phpコマンドが PHPプログラムを都度解釈して実行する → コンパイル不要 Go 事前にコンパイルしてCPUが直接実行可能なファイルを作る → ハイパフォーマンス 18 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro hello-worldコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 機械語機械語

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャもっと下のレイヤ 19 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド Linux CPU PC

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャもっと下のレイヤ下のレイヤを気にしないのはもっと下のレイヤでも同じ 19 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド Linux CPU PC

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャもっと下のレイヤ下のレイヤを気にしないのはもっと下のレイヤでも同じ Linuxは自分を実行しているのが実CPUなのか仮想CPUなのかは気にしない 19 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド Linux CPU PC

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャもっと下のレイヤ下のレイヤを気にしないのはもっと下のレイヤでも同じ Linuxは自分を実行しているのが実CPUなのか仮想CPUなのかは気にしない 19 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド Linux CPU PC Mac hello-world.php PHPプログラム phpコマンド Linux VM （仮想ハードウェア） macOS CPU

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャもっと下のレイヤ下のレイヤを気にしないのはもっと下のレイヤでも同じ Linuxは自分を実行しているのが実CPUなのか仮想CPUなのかは気にしない VM = CPUとハードウェアのフリをするソフトウェア 19 hello-world.php PHPプログラム phpコマンド Linux CPU PC Mac hello-world.php PHPプログラム phpコマンド Linux VM （仮想ハードウェア） macOS CPU

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ ✅ プログラムの実行 ✅ レイヤ化 20

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャさて… 21

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャこれで普通(?)の話は終わりです 22

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムが下のレイヤを気にしないなら 23

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ下は下で好きにやりましょう 24

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 下のレイヤが好きにやる 25

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 下のレイヤが好きにやる • PHPで書かれたプログラム（hello-world.php）は自分より下を気にしていない 25

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ hello-world.php PHPプログラム phpコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro ここは何でもいい下のレイヤが好きにやる • PHPで書かれたプログラム（hello-world.php）は自分より下を気にしていない 25

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ HelloWorld.class Javaバイトコード javaコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 下のレイヤが好きにやる 26

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ HelloWorld.class Javaバイトコード javaコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro 下のレイヤが好きにやる Javaで書かれ、 Javaバイトコードに変換されたプログラム（HelloWorld.class） 26

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ HelloWorld.class Javaバイトコード javaコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro ここは何でもいい下のレイヤが好きにやる Javaで書かれ、 Javaバイトコードに変換されたプログラム（HelloWorld.class） javaコマンドより下は気にしていない 26

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ HelloWorld.class Javaバイトコード javaコマンド macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro PHPJava PHPプログラム phpコマンド HelloWorld.class Javaバイトコード macOS Apple Silicon CPU Mac Book Pro ここは何でもいい下のレイヤが好きにやる Javaで書かれ、 Javaバイトコードに変換されたプログラム（HelloWorld.class） javaコマンドより下は気にしていないなら好きにしてみよう 26

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたJVM PHPJava 27 https://fortee.jp/phperkaigi-2019/proposal/6f792375-335a-432e-b1b4-7b649a5152e4 https://github.com/php-java/php-java

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたJVM PHPJava • @m3m0r7 さん 27 https://fortee.jp/phperkaigi-2019/proposal/6f792375-335a-432e-b1b4-7b649a5152e4 https://github.com/php-java/php-java

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたJVM PHPJava • @m3m0r7 さん • Javaバイトコードを解釈し実行する 27 https://fortee.jp/phperkaigi-2019/proposal/6f792375-335a-432e-b1b4-7b649a5152e4 https://github.com/php-java/php-java

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたJVM PHPJava • @m3m0r7 さん • Javaバイトコードを解釈し実行する • PHPerKaigi 2019 にトークあります 27 https://fortee.jp/phperkaigi-2019/proposal/6f792375-335a-432e-b1b4-7b649a5152e4 https://github.com/php-java/php-java

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャほかにも… 28

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャみんな大好きファミコン 29

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャみんな大好きファミコン 29 CPU 6502 PPU RAM V-RAM APU カートリッジ

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャみんな大好きファミコン • カートリッジ左半分には6502*1用のマシン語プログラムが格納されている 29 CPU 6502 PPU RAM V-RAM APU カートリッジマシン語プログラム *1 実際は6502ベースのカスタムIC RP2A03

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャみんな大好きファミコン • カートリッジ左半分には6502*1用のマシン語プログラムが格納されている • カートリッジ右半分にはキャラクタのパターンが格納されている 29 CPU 6502 PPU RAM V-RAM APU カートリッジマシン語プログラムキャラクタパターン *1 実際は6502ベースのカスタムIC RP2A03

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャみんな大好きファミコン • カートリッジ左半分には6502*1用のマシン語プログラムが格納されている • カートリッジ右半分にはキャラクタのパターンが格納されている • このマシン語プログラムも当然下のレイヤは気にしない 29 CPU 6502 PPU RAM V-RAM APU カートリッジマシン語プログラムキャラクタパターン *1 実際は6502ベースのカスタムIC RP2A03

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたファミコンエミュレータ 30

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたファミコンエミュレータ 30

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたファミコンエミュレータ • php-terminal-nes-emulator *1 30 *1 https://github.com/hasegawa-tomoki/php-terminal-nes-emulator

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたファミコンエミュレータ • php-terminal-nes-emulator *1 • 長谷川が書いた 30 *1 https://github.com/hasegawa-tomoki/php-terminal-nes-emulator

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたファミコンエミュレータ • php-terminal-nes-emulator *1 • 長谷川が書いた • bokuweb/ fl ownes という既存の JavaScript実装の写経 30 *1 https://github.com/hasegawa-tomoki/php-terminal-nes-emulator

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHPで書かれたファミコンエミュレータ • php-terminal-nes-emulator *1 • 長谷川が書いた • bokuweb/ fl ownes という既存の JavaScript実装の写経 • PHPでファミコンのCPU/PPUのフリをする 30 *1 https://github.com/hasegawa-tomoki/php-terminal-nes-emulator

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 31

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - CPU 32 ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - CPU • CPUのエミュレーションは簡単 32 ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - CPU • CPUのエミュレーションは簡単 • マシン語を実行するだけだから 32 ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - CPU • CPUのエミュレーションは簡単 • マシン語を実行するだけだから • マシン語は構文解析なしに実行できる 32 ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - CPU • CPUのエミュレーションは簡単 • マシン語を実行するだけだから • マシン語は構文解析なしに実行できる • 前提事項: PCレジスタ = イマココ 32 ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - CPU • CPUのエミュレーションは簡単 • マシン語を実行するだけだから • マシン語は構文解析なしに実行できる • 前提事項: PCレジスタ = イマココ • STA abs $8D 32 ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - CPU • CPUのエミュレーションは簡単 • マシン語を実行するだけだから • マシン語は構文解析なしに実行できる • 前提事項: PCレジスタ = イマココ • STA abs $8D • 引数で指定されたメモリに Aレジスタのデータを保存する 32 class Cpu { : $instruction = $this->ram[$this->pc]; $this->pc++; : switch ($instruction){ : case 0x8d: $addr = $this->ram[$this->pc] * 16 + $this->ram[$this->pc + 1]; $this->ram[$addr] = $this->a; $this->pc += 2; break; : $8D $00 $20 $8004 STA abs ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - 画面 33 CPU 6502 PPU RAM V-RAM APU カートリッジマシン語プログラムキャラクタパターン

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - 画面 • CPUから特定のメモリアドレスを読み書きするとPPUにアクセスできる 33 CPU 6502 PPU RAM V-RAM APU カートリッジマシン語プログラムキャラクタパターン

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンエミュレータの実装 - 画面 • CPUから特定のメモリアドレスを読み書きするとPPUにアクセスできる • ということは↓の世界 33 CPU 6502 PPU RAM V-RAM APU カートリッジマシン語プログラムキャラクタパターン $this->ram[$addr] = $value • CPU命令実行したあとに PPUのターンを作る

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャエミュレータ、難しくはないでしょ？ 34

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャほかにも… 35

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャほかの下のレイヤが好きにやるパターン 36

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャほかの下のレイヤが好きにやるパターン • Rosetta 2 • Apple SiliconのMacでIntel CPU用のバイナリ（マシン語）を動作させる • Intel CPU用バイナリはIntel CPUの上で動いているつもりで動作してる 36

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャほかの下のレイヤが好きにやるパターン • Rosetta 2 • Apple SiliconのMacでIntel CPU用のバイナリ（マシン語）を動作させる • Intel CPU用バイナリはIntel CPUの上で動いているつもりで動作してる • Switch 2 • Switch （1）のソフトは（だいたい）そのまま動く • GPUまわり、JIT的に下のレイヤで変換してるっぽいですね 36

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャという訳で… 37

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ ✅ プログラムの実行 ✅ レイヤ化 ✅ 好きにやる 38

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ余談: 39

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャお昼にお好み焼き食べたんですけど… 40

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ 41

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ「お一人1枚食べますか？」 42

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャどうも注文前から焼き始めてるみたい 43

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ！！！ 44

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ 45 https://rafu.com/ja/2017/01/ソーテル日本人街に米国１号店：「食文化を世界/

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ下のレイヤーはメニューにかかわらず共通なのか…？ 45 https://rafu.com/ja/2017/01/ソーテル日本人街に米国１号店：「食文化を世界/

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ下のレイヤーはメニューにかかわらず共通なのか…？ 45 https://rafu.com/ja/2017/01/ソーテル日本人街に米国１号店：「食文化を世界/ 下のレイヤーは上のことを気にしない…

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ下のレイヤーはメニューにかかわらず共通なのか…？ 45 https://rafu.com/ja/2017/01/ソーテル日本人街に米国１号店：「食文化を世界/ 下のレイヤーは上のことを気にしない… こんなところでもレイヤー構造の利点が…！

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャまとめ • そもそもプログラムを実行するとは何か • CPUでの実行（機械語 / 電気回路による実行） or プログラムでの実行 • PHP, Java, Go の実行モデルの違い • 近代のコンピュータはレイヤー化されている • 下のレイヤのことは気にしなくて良くなっている • 仮想サーバとかDockerとかエミュレータはその特性を活かしている • エミュレータは難しくない • 低レイヤを楽しもう 46 長谷川智希 @tomzoh 𝕏

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャおまけ 47

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ VM: Virtual Machine • バイナリのプログラムを実行するプログラムをVMと言ったりする • PC全体を仮想化したVMとは違う文脈 • PHP関連で言うと… • PHP VM, HHVM • PHP Opcodeを実行するプログラム • PHP Opcode = PHPのソースコードからコンパイルされたバイナリ • Java VM • Javaバイトコードを実行するプログラム • Javaバイトコード = Javaのソースコードからコンパイルされたバイナリ 48

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ電気回路として実装されたCPU 49 加算機演算データのセレクタ 1byteの上位4bit = 機械語命令何と何を演算に使うかを決定演算結果をどこに保存するかを決定 PCレジスタレジスタか I/Oのどれかと… Output 機械語の引数を… 演算してどこかに保存する 1byteの下位4bit = 機械語の引数汎用（演算用）レジスタ 2 × 4bit Input

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャプログラムの実行 50 実例いくつか

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHP インタープリタソースコードをphpコマンドで実行 51

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Python インタープリタソースコードをpython3コマンドで実行 52 print('Hello, world.') hello-world.py

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ JavaScript インタープリタソースコードを nodeコマンドで実行複数のエンジン実装 • Node.js • ブラウザ • Bun 複数の実装があるのは珍しくはない • RubyとかPythonも実装が複数ある • PHPもHackがあったり 53 console.log("Hello, world."); hello-world.js

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Java コンパイラ + インタープリタソースコード（テキストファイル） Javaコンパイラ → バイトコード（バイナリ） javaコマンドで実行 $ java HelloWorld 54 class HelloWorld { public static void main(String[] args){ System.out.println("Hello, world."); } } HelloWorld.java 00000000 ca fe ba be 00 00 00 37 00 1d 0a 00 06 00 0f 09 |.......7........| 00000010 00 10 00 11 08 00 12 0a 00 13 00 14 07 00 15 07 |................| 00000020 00 16 01 00 06 3c 69 6e 69 74 3e 01 00 03 28 29 |........()| 00000030 56 01 00 04 43 6f 64 65 01 00 0f 4c 69 6e 65 4e |V...Code...LineN| 00000040 75 6d 62 65 72 54 61 62 6c 65 01 00 04 6d 61 69 |umberTable...mai| : HelloWorld.class

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ C コンパイラソースコード（テキストファイル） Cコンパイラ → ニーモニック（テキストファイル）アセンブラ → マシン語（バイナリ） CPUで実行 $ ./hello-world 55 #include int main(void){ printf("Hello, world."); } hello-world.c .LC0: .string "Hello, world." : main: endbr64 pushq %rbp movq %rsp, %rbp leaq .LC0(%rip), %rdi movl $0, %eax call printf@PLT movl $0, %eax : hello-world.s 00000000 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |.ELF............| 00000010 03 00 3e 00 01 00 00 00 60 10 00 00 00 00 00 00 |..>.....`.......| 00000020 40 00 00 00 00 00 00 00 80 39 00 00 00 00 00 00 |@........9......| : hello-world

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ Go コンパイラソースコード（テキスト） go build コマンド → マシン語（バイナリ） CPUで実行 ./hello-world go run hello-world.go でも実行できる（内部的に go build してるんじゃないかな…） 56 package main import "fmt" func main() { fmt.Printf("Hello, world.") } hello-world.go 00000000 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 |.ELF............| 00000010 03 00 3e 00 01 00 00 00 60 10 00 00 00 00 00 00 |..>.....`.......| 00000020 40 00 00 00 00 00 00 00 80 39 00 00 00 00 00 00 |@........9......| : hello-world $ݴޠͱಉ͡ʹݟ͑Δ͚Ͳɺ&-'ϔομ͸ όΠτͱ͔͋ΔΒ͍͠ͷͰʜ

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ PHP インタープリタソースコードをphpコマンドで実行 $ php helllo-world.php 57

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ 6502のマシン語 • 基本的に1バイト = 1命令 • 命令に引数が付くこともある • $78（16進数の78） = SEI 命令 • $A9 = LDA 命令 • 引数の値をAレジスタに入れる 58 $78 $D8 $A9 $10 $8D $00 $20 $A2 $FF $9A $8000 $8001 $8002 $8004 $8007 $8009 SEI CLD LDA #imm STA abs LDX #imm TXS 78 D8 A9 10 8D 00 20 A2 FF 9A AD 02 20 10 FB AD 02 20 10 FB A0 FE A2 05 BD D7 07 C9 0A B0 0C CA $8000 $8010 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 0A 0B 0C 0D 0E 0F

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ余談: 本当に左右に分かれてるファミコンカートリッジ 59 プログラム CPUに接続キャラクタ PPUに接続

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンのメモリマップ 60 アドレス内容 $0000-$07FF WRAM メインメモリはここだけ 2048bytes $0800-$1FFF 未使用 $2000-$2007 I/Oポート (PPU) $2008-$3FFF 未使用 $4000-$401F I/Oポート (APU, etc) $4020-$5FFF 拡張RAM (特殊なマッパー使用時) $6000-$7FFF バッテリーバックアップRAM $8000-$BFFF プログラムROM LOW ここはカートリッジ直結（ROM） $C000-$FFFF プログラムROM HIGH https://tekepen.com/nes/adrmap.html

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャファミコンのPPUメモリマップ 61 アドレス内容備考 $0000-$0FFF パターンテーブル LOW ここはカートリッジ直結（ROM） $1000-$1FFF パターンテーブル HIGH $2000-$23BF 画面1 ネームテーブルここは V-RAM $23C0-$23FF 画面1 属性テーブル $2400-$27BF 画面2 ネームテーブル $27C0-$27FF 画面2 属性テーブル $2800-$2BBF 画面3 ネームテーブル $2BC0-$2BFF 画面3 属性テーブル $2C00-$2FBF 画面4 ネームテーブル $2FC0-$2FFF 画面4 属性テーブル $3000-$3EFF 未使用 $3F00-$3F0F BGパレットテーブル $3F10-$3F1F スプライトパレットテーブル $3F20-$3FFF 未使用 $4000-$FFFF 未使用 https://tekepen.com/nes/adrmap.html

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ余談: トランスパイル • トランスパイルという言葉もある • 何かから何かに変換するという意味ではコンパイルと同じ • プログラム言語からほかのプログラム言語への変換で使われる • TypeScript → JavaScript とか • JavaScriptのPoly fi llとか • 動作としてはコンパイルと同じ • C言語 → アセンブラの場合にはコンパイルと言う • 高水準言語 → 高水準言語の場合を明示的に示すために使われ始めた…？ 62

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長谷川智希 @tomzoh PHPからはじめるコンピュータアーキテクチャ余談: CとGoの違い • どちらも最終的にマシン語の実行ファイルができる • Cで作った hello-world と Go で作った hello-world • 動作は同じなのにサイズがだいぶ違う Cは17KB, Goは 2MB • 動的リンクと静的リンク • libc • 静的リンクすると852KB 63 $ ls -alFh 合計 60K -rwxrwxr-x 1 tom tom 17K Sep 12 04:16 hello-world* $ ls -alFh 合計 2.0M -rwxrwxr-x 1 tom tom 2.0M Sep 12 04:57 hello-world*