1. 計算機理論入門２
2012 年度後期
垂水共之
tarumi@ems.okayama-u.ac.jp
20121003

2. 計算機から情報処理装置へ
• 日本語ワープロやゲームマシン（ PS3, Wii ）のように計
算（を主な仕事と）しない計算機が増えてきており、最
近は「計算機」と呼ぶより、「情報処理装置」と呼ばれ
ることが多くなってきた。
– iPod は MP3 音楽ファイルの再生機。
– Kobo など「電子書籍端末」はテキストファイルの再生機。
– デジタルフォトフレームは jpeg 画像ファイルの再生機。

3. アルゴリズムとプログラム
• 人間は、「平均値を求めよ」と言われただけで「２つの
値の和をとり、それを２で割る」という手順を理解し、
それに従って実行する。
• 計算機は自分で手順を考える能力が無い。このため、人
間が手順を考え、それを計算機に覚えこませて実行させ
る。
• この手順のことを「アルゴリズム」という。
• それをある決められた規則（文法）に従って書いたもの
が
「プログラム」である。

4. フローチャート（流れ図）
• アルゴリズム（処理手順）を図式に書き表したもの
– （１）問題を設定し、解析し、プログラムを書く手順を決める
段階で、論理的手順をはっきりさせる。
– （２）細かい部分を正確に把握すると同時に、全体を把握する
。
– （３）プログラムの処理手順をはっきりと表現する。
• 次の計算を考えてみよう。
「 a, b, c, a’, b’, c’ を入力して、次の連立方程式の解を求
める。
ax + by =c
a’x+ b’y =c’ 」

5. 流れ図の例（連立方程
始まり
式）
a,b,c,a’,b’,c’
• 上から下へ 入力
D = a b’ － a’ b
• 始まり
• 入力 ≠
D= 0
＝
• 処理
• 判断 x = ( c b’ － c’ b) / D
y = ( a c’ － a’ c) / D a’ c = a c’
No
• 出力 Yes
• 終わり 不 定 不 能
結果の出力
終わり

6. フローチャートに使われる主な記号

7. プログラミングとは
• 処理したいことを、
計算機が実行（計算）できるように
計算機の言葉で、論理的に述べること
• 次のフェーズからなる
– 問題の提起
– 解決方法の考案
– フローチャートの作成
– プログラムの作成
– デバッギング
– 記 録

8. （電子）計算機 (Computer) と電卓 (Calculator)
• プログラム内蔵（記憶）方式 Stored Program System
• 電卓と計算機の違い
– プログラム自身を計算機 ( メモリ ) に記憶すること
– 処理の高速化
• von Neumann が提唱
• 高級な「プログラマブル電卓」は電子計算機の範疇に入
る

9. プログラミング言語
• 機械語 (machine language マシン語 )
• アセンブラ言語 (Assembler language)
• 高級言語
• ４ GL 第 4 世代言語
• スクリプト言語

10. 機械語
• 計算機は高速に演算を処理するが，一時点をとれば一つ
の操作しかしていない。
• 計算機の理解できる基本的な操作を「命令」 (operation)
とか、「機械語」とか言う。
• 「機械語」は計算機の機種（正確にはＣＰＵ）ごとに異
なっており，どのような操作ができるかは個々の機種に
ついて調査しなければならない。
• プログラムはこの基本的な命令の一連の並びで作られ，
• 計算機は記憶している命令を上から順に実行していく
（逐次制御 automatic sequential control ）だけである。

11. 機械語の例
• Ａ＋Ｂ を求め結果を Ｃ に格納する．
– ［１］ １１００ | ０１ | ００ | ０００００００１
– ［２］ １０１０ | ０１ | ００ | ００００００１０
い
– ［３］ １１０１ |く | ００ | ００００００１１
に ０１
え 覚
読み にくい 直し！
ら覚え
– 頭の４ビット 命令を区別する
わった
U ) が変
次の 2 ビット 4 本の算盤（レジスタ）のうち、どの算盤を使
械 (CP
–
うか 機
– [1] レジスタ register に後の方で指定された場所の値をもって
くる。
– [2] 現在そろばんに置かれている値に後の方で指定された場所
の値をもってきて加える。（Ａ＋Ｂの値が求まる。）
– [3] そろばんに置かれている値（Ａ＋Ｂの値）を後の方で指定
された場所に格納する。

12. アセンブラ言語 (Assembler language)
• ０，１の組合せの暗号の機械語を人間が憶えることは至
難の業である。このため，人間が憶えやすい言葉で書く
ための言語として「アセンブラ言語」がある。アセンブ
ラ言語は命令のパタ－ンを憶えやすい記号（ニモニック
mnemonic ）で表現できる。
• アセンブラ言語の例
• Ａ＋Ｂ を求め結果を Ｃ に格納する．
– ＬＤ １，Ａ
– ＡＤＤ １，Ｂ
– ＳＴ １，Ｃ

13. アセンブラーとアセンブリング
• アセンブラ言語で記述したプログラムは「アセンブラ」
と呼ばれる特別のプログラムが例１の機械語に変換して
くれる。
• この変換を「アセンブリング」という。
• アセンブラ言語のニモニックは機械語と１対１に対応し
ており，機種（正確にはアセンブラ）によって異なる点
は機械語と同じである。
• 同じ機種に複数のアセンブラ言語がある場合もある。
– あるアセンブラでは load をＬＤと書くし、
– 別のアセンブラではＬＯＡＤと書くものもある。
アセンブラ
LD 1,A 1100010000000001
Load, Store を区別
せずに
MV Move
アセンブリング で表すものもある。

14. 高級言語
• アセンブラ言語の機種依存性から脱却し，より日常用い
る言葉，数式に近い形でプログラムが記述できる言語と
して下記のような高級言語が開発されている。
• ＦＯＲＴＲＡＮ Formula Translation
• ＣＯＢＯＬ Common Business Oriented Language
• ＡＬＧＯＬ Algorithmic Language
• ＰＬ／Ｉ Programming Language One
• ＢＡＳＩＣ Beginner's All Purpose Symbolic
Instruction Code
• ＡＰＬ A Programming Language
• ＰＡＳＣＡＬ （フランスの科学者パスカルの名前
より命名）
• Ｃ ？ （ BCPL → B → C ）

15. コンパイラーとコンパイリング
• 高級言語で書かれたプログラムは、「コンパイ
ラー」 compiler と呼ばれる特別のプログラムが、機械語
に変換（翻訳、コンパイル）される。
• この変換、翻訳することを「コンパイリング」という。
1100010000000001
1010010000000010
コンパイラ
C=A+B 1101010000000011
コンパイリング
（翻訳）
「高級言語」 で書かれた 1 行の命令は、複数の機械語へ変換される。

16. レジスター
• スーパーやコンビニの「レジ係」とは「レジスタ＝金銭
登録機」を操作し、会計をする人のことであるのは衆知
の通りである。
• 計算機も「計算」はレジスタを使って行う。計算機では
「レジスタ＝算盤」と思えばよい。
• 人間が操作できる算盤や、電卓は１本に限られるが、現
在の計算機は電卓と異なり、レジスタ（算盤）を複数
（８本ないし１６本）持っているものが多い。
• このためＡ＋Ｂの計算をどのレジスタを使って行うか陽
に指示しなければならない。
• 計算機の世界では番号を０から付けることが多く、レジ
スタ０からレジスタｐまでの（ｐ＋１）本のレジスタが
ある。このレジスタ番号を表しているのが機械後の第２
フィールド、アセンブラ言語のオペランドの第１フィー
ルドである。

17. Load と Store
• レジスタが１６本あっても全
体の計算ではたかがしれてお
り、これだけで計算できるわ
けではなく、中間結果や計算
に用いる値をメモリに記憶す
る必要がある。
• メモリは５１２ＭＢ～８ＧＢ
程度を持っている。
• ＬＯＡＤ メモリの値をレジ
スタへ
• ＳＴＯＲＥ レジスタの値をメ
モリへ

18. 両手の指でいくつまで数えられる？（閑話休
題）
• 両手の１０本の指を使っていくつまで数えられるだろう
か？ １つずつ指を折っていき、１０までというのが普
通だが、「２」の時に親指、人差し指の両方を折る必要
もなかろう。人差し指だけ折っていれば十分である。で
は「３」の時は？
• 中指だけを折るか、それとも「１ 親指」と「２ 人差
し指」の２本を折るか？これが２進数である。左の親指
、人差し指、中指、薬指、小指を順に１（＝２０）、２
（＝２１）、４（＝２２）、８（＝２３）、１６（＝２４）
とし、折っている指の数を加えた値を表している。 ( Ｎ
ＨＫ パソコン実践セミナー ４月／５月 Ｐ２９，図４－４より )

19. コンパイラとインタプリタ
• コンパイラ compiler
– 高級言語等で書かれたプログラムは、まとめて機械語に翻訳し
、翻訳された機械語を一気に実行する。
• インタプリタ interpreter
– インタプリタ言語で書かれたプログラムを順次翻訳し、実行す
る。
– 例： BASIC
• スクリプト script
– 簡単な処理（テキスト処理が多い）を簡単に記述できるように
したスクリプト言語で書かれたプログラムを順次解釈して処理
する。
– インタプリタ言語と基本的な動きは同じであるが、簡単なもの
をいうことが多い。
– 例： perl, ruby, python, awk, sed

20. 練習問題
• ニモニックとは何か説明しなさい。
• 高級言語とアセンブラ言語の違いは何か。
• 高級言語を数個例示し、その特徴を述べよ。
• レジスタを説明しなさい。
• 両手の指でいくつまで数えられるか？