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コンピュータの中身はどうなってるの?
コンピュータは2進数で動いていると言われても、どういうことか想像できない。。
という状態で読みましたが、すごく分かりやすく解説されていて、今までキーワードとして聞いたことがあった言葉が、やっと理解できました。
コンピュータって便利だけど、なぜいろいろなことができるのか分からないという人に、本当におすすめです。
○コンピュータはデジタル機器
○コンピュータは数字で表された情報を扱う機械
アラビア数字は位取り記数法。コンピュータの内部ではこの二進法が使われている。
→電源のオンオフで表現できる2が、コンピュータにとって扱いやすいため。
コンピュータで扱われる文字や色は、それらに割り当てられた二進法の識別番号。
→このように文字や色も二進法の数字に置き換えればコンピュータで扱える。
ex.
ASCIIコード・・英語のキーボードの文字を7桁の二進法の数字と対応させている
Unicode・・1つのコード体系で世界中のすべての文字を置き換えようとするもの
フルカラー画像は、3バイト、つまり24桁の数字を使って1677万7216色を区別できる。
(nが1以上の整数の場合、n桁の二進法の数字は2のn乗個ある)
音は、音波を一定時間ごとに縦に輪切りにする。(標本化)その後、横に輪切り(量子化)して、数に置き換える。
量子化・・中途半端な値を、近くてキリのいい値に置き換えること。
デジタルとアナログの違い
アナログとは、連続的な量を、別の連続的な量を使って表すこと。
デジタルとは、連続的な量を、連続的でないとひとびの値(近似値)で表すこと。
○電気で計算を表す
算術演算
1桁の足し算は半加算器(AND回路とXOR回路)で表せる。
2桁以上の足し算は全加算器(半加算器2つとOR回路)で表せる。
論理演算
推論のパターンから個別の推論を導き出す論理学と数学をうまく結びつけたのがブール。
→and,or,notを使った計算のしくみであるブール代数によって、人間の推論の過程を表すことができる。
論理学と工学→論理回路
シャノンにより、リレーという電磁石を利用して自動的にスイッチをオンオフにする装置を利用すれば、ブールが考えた計算が表現できるという論文が出される。
→やがてリレーは、真空管という電気を使って電気の流れそのものをコントロールする装置に代わる。
→やがて真空管は、トランジスタという3つの電極がついていて、電流を増幅することができる半導体に代わる。
○プログラムでコンピュータに命令する
プログラム
計算の手順を順番に書いたものをプログラムという。コンピュータに命令するときは、人間が扱いやすいプログラミング言語を、機械か理解できる機械語に翻訳(コンパイル)して実行されている。
CPU
制御装置・・命令を送ってもらう役
演算装置・・計算する役
クロック・・時計を見て、一定の間隔です作業をさせる役
レジスタ・・計算に使うデータや、計算の途中結果や最終結果、命令を置いておく場所。作業の状態を表示する掲示板。
CPUの外
メインメモリ・・電源を切ると記憶した中身が消える。(記憶されるものはすべて電気信号)その代わり、記憶されている情報はすでに電気信号なので、情報の読み出しや書き込みが速い。
→ノイマンが、メインメモリにプログラムとデータの両方を入れてから実行するというアイディアを発表した。
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PCのこと、数学のこと全くわかってない自分にもわかりやすく、読みやすかった。
回路とは??と、途中投げ出そうかと思ったけど、あんまり細かくわかってなくても全体の意味は取れて、最後まで読めました。
二進法ってすごいな〜って、
思いました。 笑
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サブタイトルに「はじめて学ぶ、コンピュータの歴史としくみ」とありますが、まさにその通りの本でした。
コンピュータに必要な数学、論理学、工学について、丁寧な説明があり、中学レベルの数学、理科が理解できていれば、十分に読みこなせる内容になっています。
とくに、数学と論理学の部分についての説明は、歴史的な経緯も踏まえつつ進められており、秀逸だと思います。
著者には、他にも著書があるようなので、そちらも是非、読んでみたいと思います。
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コンピューターというより、プログラムがどう動いているのかについて初期的ながら非常にわかりやすくまとめてくれている本作。
コンピューターの誕生には以下の3点が大きく貢献している。
①我々が使用する十進法の概念を、電気のオンオフで表現できる二進法に変換したこと
②数字だけでなく論理式(A=B、B=C→A=C)を数式に変換したこと
③電気のオンオフを電子回路→真空管→半導体という技術進化でより低コストで高速に実行できるようになった
コンピューターの開発者はノイマンと言われているが、彼がコンピューターを開発するまでに、数多くの偉人たちの苦闘があったことも、本書では触れられている。
この感想はとても固い内容になったが、実際の内容はとても分かりやすいので、導入としては最高の一冊。
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素晴らしい本!コンピュータに関わる仕事をしている人はもちろん、そうでない人も、ぜひ一度読んで欲しいそんな本。
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真=1
偽=0
…って、そういうこと!?
エクセル関数でただなんとなく入力していたので
ほぇ〜。となりました。
高級プログラミング言語で書かれたプログラムを
機械がわかるように1と0からなるプログラムに翻訳されることを「コンパイル」という
へぇぇ〜。みたいな
とにかくまっさらな状態で読むと
普段何気なく耳する言葉の意味がわかる。
とても興味深い。
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2021/8/10
コンピュータが二進法で成り立っているのは知ってたとしても、どのような仕組みでそうなってるのか少し踏み込んで解説してくれる。あー、こんなことも二進法で表されてるのか、とか。プログラムも二進法を言語化して分かりやすくしたというのも案外盲点だった。
参考図書に挙げられてる山本貴光先生の本に進んでみよっと。
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アナログとデジタルの違い、論理演算、回路などをわかりやすく学ばせていただきました。真空管、チューリングマシンなど言葉だけは知っているようなものもきちんと説明されています。よく理解できおもしろかった!
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ある日突然、人間の元にコンピュータをどうやって作ったか教えてほしいと妖精が現れた。
コンピュータに詳しい人間と妖精の会話形式でやさしくしくみを教えてくれます。
第1部では、数字と数の違いから二進法の説明を図で分かりやすく。
nが1以上の整数の場合、n桁の二進法の数字は、2のn乗個ある。
二進法の数字は0と1しか使わないけど、桁が長くなればいくらでも大きい数を表せる。
二進法の数字が2の7乗個、128個あれば、英語のキーボードで打てる数字を全部区別できる。ASCIIコードではAは1000001。
「ビット」は、二進法の1桁、1か0で表せる情報の単位。
「バイト」は、二進法の8桁で表せる情報の単位。
日本語をコード化するには1バイト(8ビット)では足りない。Shift_JISでは、かなや漢字やその他の全角文字に、2バイトのコードを割り当てている。
「ピクセル」は色のついた四角い点の集まり。
色も二進法で表せる。
1ビットだったら、1を黒、0を白に置き換えれば白黒画像になる。
1バイト(8ビット)使えるなら、256色を区別することができる。
3バイト、24桁の数字を使ってフルカラー画像もできる。(2の24乗個の色。1677万7216色)
音も二進法で表せる。
第2部では、電気で計算を表す説明。
こちらも図でやさしく説明してくれていますが、、、。
コンピュータの足し算引き算まではなんとか。
ですが、AND回路やXOR回路、OR回路など、複雑でちんぷんかんぷんでした。笑
論理学と数学と工学がであい、コンピュータが生まれたらしいです。
なので論理学が不可欠。
リレーは電磁石を使って電気のスイッチをコントロールする装置。
これらのスイッチがどんどん速く小さくなっていき、半導体へ。
第3部では、プログラミングについて。
英語や数字表記のプログラムは、「高級プログラミング言語」と言うらしい。
知らなかった。
本来のプログラミングは1と0表記の為、人間には分かりにくい。
1と0に翻訳する作業のことを「コンパイル」という。
CPUのしくみは、わかりやすかった。
「演算装置」は計算を行う。
「制御装置」は命令やデータのやりとり、演算装置への指示。
「クロック」は一定の間隔で信号を出して作業のタイミングを合わせる。
「命令レジスタ」は実行中の命令を表示する場所。
「フラグ・レジスタ」は作業の状態を表示する。
「プログラム・カウンタ」は次に実行する命令の場所を表示。
そして、それらの命令の送り元は、「メインメモリ」(記憶装置)
USBメモリやハードディスクとはちがう。
メインメモリは、電源を切ると記憶した中身がなくなる。
CPUと直接命令やデータのやりとりをするのはメインメモリ。
ざっくりとなんとなく知ってはいたが、きちんと学んだことがなかったので、とても勉強になりました。(第2部は私の頭では理解不能でしたが笑)
最初にコンピュータを作ったと言われているフォン・ノイマン天才。
そういえば「三体」の1にもフォン・ノイマン出てきました。三体ゲームの中のキャラクターで。人間を使って動かしてCPUを作ってた気が、、、今思うとなるほどですね。
最初から知ってたらもっと小説を楽しめたな。
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コンピュータの仕組みを3つの視点から答える本。その3つとは、
1.数字(特に0と1)を用いて言葉や、音、色などの情報を表すことができる。
2.電気回路で論理演算を表現する
3.アルゴリズムを実装する
である。以下メモ
1.
・位取り記数法の導入によって数の大小比較が視覚的に有利になり、僅かな記号によってどんな数でも表現できるようになった。また、筆算がしやすくなり、代数学が発展した。
・2進数の数字を文字や色などに対応させる(コード化)ことで様々な表現方法を獲得した。
2.
・ブール代数によって推論を計算に落とし込むことができ、電気回路と対応させることでコンピュータが発展した。
3.
・計算の手順を順番に書いたものをプログラムと呼ぶ。
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何気なく使っているパソコンなどの電子機器だけど、一体中身はどうなっているんだろう?とふと思ったことがこの本を読むきっかけだった。これまで学校の授業で、二進法やプログラミングを使っているということは教えられていたが、じゃあなんで二進法を使うの?とかプログラミングってどういう場面で使うんだ?といった疑問に思っていたことも文系の私でも分かりやすいイラスト付きで説明されていた。漠然としたコンピュータの謎が解き明かされていって、読んでいる自分も楽しかった。
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プログラミングを学習しているうちに、大学で勉強しなかった情報科学について学びたいと思い、本書を初めの1冊をしようと思った。本書は少年と妖精による対話形式で書かれていて中学生でも興味があれば理解できる内容だと思う。
コンピュータを知る上で、基本は0と1のみで情報を処理しているという所から始まり、電気(電子)の力で0と1を操ることで計算をし、プログラムの仕組みを使って複雑な計算(命令)を行えるようにしているのがコンピュータであるという流れで説明されている。大雑把な仕組みの基礎を理解する上ではとてもわかりやすいと思う。
今後はこの前提を元にもっとCPUや周辺機器、プログラム実行の中身などにも注目しながら挫折しない程度に本のレベルを上げていこうと思う。
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想像していたよりしっかりプログラミングについて書かれていました。挿絵が可愛いので、ITの勉強をこれから始めたら、もう少し穏やかな気持ちで始められたかもしれません…笑
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かわいいイラスト・装丁で、内容もかみくだいた上でコンピュータのしくみが書かれている。これまでまったくイメージできなかったこともイメージしやすいことが多かった。
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コンピュータの仕組みを少なからずイメージだけでも勉強したいなーと思い、なんとPrime会員で手に取れましたので早速拝読。
天使と僕の会話形式でキャッチーではあるけど、内容は数の歴史から二進法と論理学、プログラミングの基礎的概念と誠実な構成になっており、見た目より歯ごたえのある内容です。電気信号の通電方法が真空管からリレー方式、半導体という経緯をたどっているとは初めての知識。
あとは、COUって演算だけかと思ったら制御も担当しているし、メインメモリは電気信号の形で情報を保存しているから、通信速度が速い代わりに電源落ちると消えるという地獄を味わうこともしばしば。メインメモリにデータとプログラミングと同居させることで反応速度を劇的に上げたのが今のコンピュータ、という程度の理解です。
参考文献も楽しそうなので、少しずつハード面から理解を深め、ゆくゆくはプログラミング言語などソフト面にも領域展開できればともくろんでいるのです。