ゲームでコンピューターの仕組みを学ぶ ～Human Resource Machine～

CPUやメモリの仕組みに興味を持つエンジニアは多いと思います。
しかし、それらを効果的に学ぶのは、とても大変です。

例えば、環境構築の問題。
例えば、学習環境（知識を得る方法等）の問題。
例えば、機能が多すぎて扱いきれない問題。

でも、それをお手軽にゲームで学ぶことができるんです。
そう、「Human Resource Machine」ならね！

実際のゲーム画面を交えつつ、5つのポイントから、このゲームがCPUやメモリの仕組みの学習にどう役立つのかを解説していきます。

----

このスライド資料は「ミライトデザイン社」がYoutubeで公開している動画
「現役エンジニアが最近話題のプログラミングのゲームやってみた」シリーズに影響を受けて作成しました。

Miraito Design, Inc. の Youtube https://www.youtube.com/c/MiraitoDesignInc/
#1 https://www.youtube.com/watch?v=_zZ0GzY2Hv0
#2 https://www.youtube.com/watch?v=5qye8GyFkWo

----

このスライドを利用して、以下のイベントでLTを行いました。
2021年7月21日 エンジニアの勉強法ハックLT- vol.5 #studyhacklt
https://rakus.connpass.com/event/216412/

Transcript

1. ゲームで コンピューターの仕組みを学ぶ ～ Human Resource Machine ～ 白栁隆司
2. 自己紹介 エンジニアカウンセラー　白栁 隆司 Youtubeに平日ほぼ毎日動画投稿中！ #ほぼ日ITエンジニアニュース @IT 自分戦略研究所 エンジニアライフにて「コレがワタシの生きる様」連載中（木曜日） ４つのことを、ITエンジニアに勧めてます 1. 傾聴によるコミュニケーション 2. メンタルヘルス（セルフケア） 3. セルフマネジメント 4. 日々の生活の中からエンジニアリングを学ぶ
3. はじめに この動画はMiraitoDesign社がYoutubeチャンネルで公開 している「現役エンジニアが最近話題のプログラミングの ゲームやってみた」シリーズの動画にインスパイアを受け て作成しました。 https://www.youtube.com/c/MiraitoDesignInc
4. 知りたい、でもハードルが高い！ CPUの仕組みやメモリの動きを知りたい人は多い これらを机上で教えるのは大変！！（経験談） • 「メモリ空間」のイメージが難しい • 「アセンブラ」？よくわからん！ • レジスタ？アーム？メモリと違うの？？ etc...
5. 実践で覚えればいいじゃない アセンブラ（CASLⅡ）Webシュミレーター https://www.chiba-fjb.ac.jp/fjb_labo/casl/index.html
6. 実践で覚えればいいじゃない Paiza（C言語） ※C言語ならオンラインコーディング環境は沢山ある。 https://paiza.jp/
7. 実践で覚えればいいじゃない アセンブラやC言語をやればいいけれど... やっぱりハードルが高い • フルスペックなので機能が多い（全部入り） • メモリ破壊ですぐ動かなくなる • 低級言語過ぎて人間はわからん etc...
8. ゲームで覚えればいいじゃない Human Resource Machine ©Tomorrow Corporation ・STEAM ・WiiU ・iOS ・Android ・Nintendo Switch ※Swith版は解説付き
9. 何故 Human Resoce Machine なのか？ 1. 基本的なCPUとメモリの仕組みを再現 2. 限定された機能 3. 【一人称】の的確さ 4. いろんなハードで手軽に遊べる 5. 最終的にはアルゴリズムゲームになる
10. 1. 基本的なCPUとメモリの仕組みを再現 • 画面のそれぞれが、CPUやメモリに相当（次画面） • 命令の少なさもCUP準拠（泣） ◦ バリバリの低級言語仕様 • メモリ領域やコードにラベルを書ける辺りが ちょっと高級言語！
11. 1. 基本的なCPUとメモリの仕組みを再現 レジスタ 【標準入力】 【メモリー（アドレス）】 （外部・主記憶装置） 【演算装置（プロセッサー）】＋【レジスター】 ※レジスタは内部の一時記憶領域 【標準出力】
12. 【標準入力】 【標準出力】 【メモリー（アドレス）】 （外部・主記憶装置） 【使用可能命令】 （低級言語）
13. 【実行メモリー（アドレス） 】 【メモリー（アドレス）】 （外部・主記憶装置） 【演算装置（プロセッサー）】 ※人が持ってる部分が【レジスター】 （アキュムレーターのみ）
14. 2. 限定された機能 • シンプル of シンプル ◦ 必要なものは揃ってる • 実行に必要なものが沢山 ◦ 実行、ステップ実行、コード領域（３面） ラベル、アンドゥ、コピー＆ペースト etc...
15. 3. 【一人称】の的確さ • 【人】が中心 ◦ inbox ： 人に入力 ◦ outbox : 人から出力 ◦ copyfrom : 人に指定メモリの情報を複写 ◦ copyto : 人から指定メモリへ情報を複写
16. 3. 【一人称】の的確さ • 【CPU】が中心 ◦ inbox ： CPUに入力 ◦ outbox : CPUから出力 ◦ copyfrom : CPUに指定メモリの情報を複写 ◦ copyto : CPUから指定メモリへ情報を複写
17. 4. いろんなハードで遊べる • PlayStation系、Xbox系以外のハードなら遊べる？ 　　　　　　　　　　　　　　（Wikipedia調べ） • オススメはNintendoSwitch版 ◦ 各問題の解説ペーパーが付いてくるらしい • Steam版＋ネットの攻略記事でいいかも？
18. 5. 最終的にはアルゴリズムゲームになる • 「アルゴリズムゲーム」だと感じられたら、 CPUとメモリの仕組みが理解できてると思っていい • 加減乗除に総和、素因数分解等、基本的なアルゴリズ ムは課題として用意されている • 最小ステップ、最短ステップというゲーム性
19. おまけ. 足りないと感じたところ • 比較処理の中に同値比較がない ◦ ゼロ比較、マイナス比較は現実的な実装 • ビット演算系の実装がない ◦ ビット演算やシフト演算がない ◦ それを利用して解く課題がない為だろう
20. おまけ2. ゼロ比較とマイナス比較の仕組み ビット演算で、とてもシンプルに実装できる 前提：2進数での数字表現の仕組み 　　2の乗数の組み合わせと符号での管理 　　
21. おまけ2. ゼロ比較とマイナス比較の仕組み ◇ ゼロ比較の仕組み 　　この演算結果が「ゼロ」なら【真】とする
22. おまけ2. ゼロ比較とマイナス比較の仕組み ◇ マイナス比較の仕組み 　 符号だけを取りだして「0/1」の判断ができる
23. まとめ • Human Resource Machine は良いゲーム ◦ CPUとメモリの機能を程よく再現している ◦ 理解の目安も立てやすい • 続編？の7 Bilion Machine は機械操作的要素多 ◦ マルチスレッドの考え方とも言えるか？
24. ご視聴ありがとうございました エンジニアカウンセラー 白栁隆司 CPUとメモリの仕組みは面白い！