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

PHPカンファレンス広島 2025 の資料です

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1. 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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4. 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
5. 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
6. 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
7. 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
8. 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
9. 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
10. 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
11. 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
12. 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
13. 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
14. 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
15. 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
16. 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 • macOS 7
17. 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
18. 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
19. 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
20. 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
21. 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
22. 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
23. 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
24. 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
25. 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 9
26. 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 9
27. 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
28. 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 • 命令は単体で完結し、文法はない 9
29. 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 • 命令は単体で完結し、文法はない • プログラム言語とは言えないぐらい原始的 9
30. 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 • 命令は単体で完結し、文法はない • プログラム言語とは言えないぐらい原始的 • CPU = 「どこかにあるデータとデータを演算してどこかに格納する」装置 9
31. 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 • 命令は単体で完結し、文法はない • プログラム言語とは言えないぐらい原始的 • CPU = 「どこかにあるデータとデータを演算してどこかに格納する」装置 • 電気回路として実装されている 9
32. 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
33. 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
34. 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
35. 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
36. 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
37. 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
38. 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 10
39. 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
40. 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 • 転じてニーモニックで書かれたプログラムをアセンブラとかアセンブリ言語と言ったり 10
41. 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
42. 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
43. 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
44. 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
45. 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 11
46. 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
47. 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 • 読み込むものがテキストでもバイナリでも 実行 = 命令を読み込んでその通りに動作する ということ 11
48. 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 <?php $a=100; test.php
49. 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 <?php $a=100; test.php
50. 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 <?php $a=100; test.php
51. 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 12 <?php $a=100; test.php
52. 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 12 <?php $a=100; test.php
53. 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 <?php $a=100; test.php
54. 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 • メモリ上の $a の領域に 100 (0x64) を書く 12 <?php $a=100; test.php
55. 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 • メモリ上の $a の領域に 100 (0x64) を書く • プログラマからは$aという変数に100が代入された様に見える 12 <?php $a=100; test.php
56. 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
57. 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
58. 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
59. 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 13
60. 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
61. 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 • インタープリタとコンパイラは言語の特徴として対比して使われる 13
62. 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 • インタープリタとコンパイラは言語の特徴として対比して使われる • が昨今はインタープリタ言語でも内部でコンパイルしてたりして単純ではない 13
63. 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
64. 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
65. 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
66. 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
67. 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
68. 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 15
69. 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
70. 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, … • Mac, PC, Raspberry Pi, … 15
71. 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, … • Mac, PC, Raspberry Pi, … • Intel x86, Apple Silicon, ARM, SPARC, … 15
72. 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, … • Mac, PC, Raspberry Pi, … • Intel x86, Apple Silicon, ARM, SPARC, … • PHPプログラムはPHPコマンドで実行されることだけ意識すれば良い （だいたいは） 15
73. 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
74. 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
75. 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
76. 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
77. 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
78. 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
79. 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
80. 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
81. 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
82. 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
83. 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
84. 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
85. 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
86. 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
87. 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
88. 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
89. 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
90. 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
91. 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
92. 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
93. 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
94. 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
95. 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
96. 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
97. 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
98. 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
99. 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
100. 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
101. 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 • 自分を実行してくれれば何でも良い 25
102. 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
103. 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
104. 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） javaコマンドより下は 気にしていない 26
105. 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
106. 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 なら好きにしてみよう 26
107. 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
108. 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
109. 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
110. 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
111. 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
112. 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
113. 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
114. 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
115. 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
116. 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
117. 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
118. 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
119. 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 ここは何でもいい
120. 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
121. 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 話は聞かせて もらった！！
122. 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 話は聞かせて もらった！！ 好きにさせて もらおう！
123. 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
124. 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
125. 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
126. 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
127. 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
128. 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
129. 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
130. 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
131. 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
132. 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
133. 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
134. 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
135. 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
136. 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 ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません
137. 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 $8D $00 $20 $8004 STA abs ※ php-terminal-nes-emulatorのコードではありません
138. 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
139. 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 0x8004
140. 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 0x8004 0x8005 0x8006 16bitの値 上位8bit 下位8bit
141. 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 めちゃ単純 0x8004 0x8005 0x8006 16bitの値 上位8bit 下位8bit
142. 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
143. 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
144. 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
145. 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
146. 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 while (true) { $this->cpu->run(); $this->ppu->run(); }
147. 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 • PPUのターンではV-RAM （とキャラクタパターン）の内容を絵にするだけ while (true) { $this->cpu->run(); $this->ppu->run(); }
148. 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
149. 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
150. 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
151. 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
152. 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
153. 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 • Docker • Mac上でLinux用プログラムを動作させる 36
154. 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 • Docker • Mac上でLinux用プログラムを動作させる • 仮想マシン • 物理PC上で仮想PCを動作させる • EC2とかさくらのVPSとか 36
155. 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
156. 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
157. 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
158. 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
159. 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
160. 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
161. 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
162. 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
163. 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/
164. 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/
165. 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…
166. 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…！
167. 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
168. 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
169. 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
170. 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
171. 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
172. 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 <?php echo 'Hello, world.' hello-world.php
173. 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
174. 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
175. 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 |.....<init>...()| 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
176. 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 <stdio.h> 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
177. 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
178. 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 <?php echo 'Hello, world.' hello-world.php $ php -dopcache.enable_cli=1 -dopcache.opt_debug_level=0x10000 hello-world.php $_main: ; (lines=2, args=0, vars=0, tmps=0) ; (before optimizer) ; /home/tom/tmp/php/hello-world.php:1-3 L0 (2): ECHO string("Hello, world.") L1 (3): RETURN int(1)
179. 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
180. 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
181. 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
182. 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
183. 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
184. 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*