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ユースフル (Youseful株式会社)

■講師プロフィール鳥羽 眞嘉 -Toba Masahiro-

ユースフル株式会社 Power Automate(クラウドフロー)・PAD(Power Automate for Desktop)・Excel VBA・ExcelPro VBAコース・Java・C++コース開発責任者。青山学院大学経済学部を卒業後、エンジニアとして大手通信会社のシステム開発に従事。プログラミング言語のみならず、ネットワークやOS、 Webアプリなど多岐にわたるIT技術に精通。後にユースフルへ参画。UdemyのPower Automate for Desktop講座は現在ベストセラー講師に認定されている。

コンピュータの中身を知らないままプログラムを書いてませんか?

この講座は、コンピュータの仕組みをゼロから理解するためのコースです。

コンピュータ誕生までの歴史、数学と論理学の概念、論理演算、半加算器、全加算器の仕組みCPUの処理の仕組み、メモリとレジスタへの保存方法、OSの歴史と具体的な役割、などを学ぶことができます。

【なぜこのコースを作ったか?】・「なんとなく」コードを書いているだけで、プログラミングを楽しめなかった・訳もわからずプログラムを動かしていた・自分が書いたコードがどう動くのか分からなかった

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■講師プロフィール鳥羽 眞嘉 -Toba Masahiro-

ユースフル株式会社 Power Automate(クラウドフロー)・PAD(Power Automate for Desktop)・Excel VBA・ExcelPro VBAコース・Java・C++コース開発責任者。青山学院大学経済学部を卒業後、エンジニアとして大手通信会社のシステム開発に従事。プログラミング言語のみならず、ネットワークやOS、 Webアプリなど多岐にわたるIT技術に精通。後にユースフルへ参画。UdemyのPower Automate for Desktop講座は現在ベストセラー講師に認定されている。

コンピュータの中身を知らないままプログラムを書いてませんか?

この講座は、コンピュータの仕組みをゼロから理解するためのコースです。

コンピュータ誕生までの歴史、数学と論理学の概念、論理演算、半加算器、全加算器の仕組みCPUの処理の仕組み、メモリとレジスタへの保存方法、OSの歴史と具体的な役割、などを学ぶことができます。

【なぜこのコースを作ったか?】・「なんとなく」コードを書いているだけで、プログラミングを楽しめなかった・訳もわからずプログラムを動かしていた・自分が書いたコードがどう動くのか分からなかった

↑にある私自身の経験から、誰もが自信を持ってコンピュータを操作できる講義を目指しました。

プログラミングの歴史に途中から参加する私たちは、コンピュータの内部構造を知らないままでいます。これまでの過程を全てすっ飛ばして、いきなり難しいことに挑戦しているのと同じです。一方、往年の40、50歳のエンジニアはみな、プログラミングの基礎を学んでいます。そこで若手のエンジニアを対象に、日々の現場では学べない、プログラミングの土台となる知識を学べるコースを作りました。

『なぜ生まれたのか? なぜ必要なのか?』という理由や背景を1つ1つ押さえながら、コンピュータが動く仕組みを学んでいきます。

【このコースの目標】・アイコンをダブルクリックすれば動く。。?・CPUはコンピュータの頭脳に当たる装置である。。?・OSはコンピュータの土台となるソフトである。。?などのような、モヤモヤとしたイメージを具体的にすることです。

「メモリーにロードされたマシーン語のプログラムがCPUによって解釈、実行され、システム全体の制御やデータの演算が行われる」という、内部の動きを自信を持って説明できるようになることが目標です。

自信を持ってコンピュータを操作して、応用力を身につける土台を身につけて頂きたいと願っています。

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What's inside

Learning objectives

  • プログラミングを学ぶ上でのベースとなる知識
  • Cpu、メモリ、レジスタの処理の流れ
  • 論理回路、半加算器、icの構造
  • Osの歴史と具体的な役割
  • コンパイラの処理の流れ
  • 数学、論理学、工学の理論
  • 現代のコンピュータができるまでの歴史

Syllabus

なぜコンピュータの仕組みを学ぶのかを考えます。 プログラミングができるようになるには、言語の知識だけでは足りません。 プログラムが動く土台となるハードやソフトへの理解が欠かせません。 ハードやソフトの土台の上に、言語やフレームワークなど難しい技術は成り立っています。 コンピュータの内部構造やその成り立ちを知ることで応用力が身に付き、優れた開発者になれることでしょう。
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なぜコンピュータの仕組みを学ぶかについて考えます。プログラミングができるようになるには、コードを書ければ良いわけではありません。コンピュータの内部の仕組みを知ることが、一歩進んだ応用力を身に付ける上で最も大切なことなのです。

このコースの概要についてお話しさせて頂きます。ハードの仕組みからスタートして、最後にはOSなどソフトの機能を学ぶ流れとなっています。コンピュータの最もベースとなる、数学や論理学の学問から学び始めるのが本コースの特徴です。一見、周りくどく思えるかもしれませんが、前提知識を1つ1つ積み上げながら仕組みを学んでいきます。まずはこのレクチャーで全体概要を掴みましょう。

このレクチャーでは、セクション2で学ぶことの全体概要をお話しします。

コンピュータの基礎となる理論である数学、論理学、工学の3つを学びます。コンピュータには様々な学問や技術が使われていますが、中でもベースとなる理論は3つだけです。アラビア数字がブール代数と出会い、それをシャノンが電気によって情報を表したことでコンピュータは誕生しました。決して1人の人間が考え、発明したものではありません。総合芸術であるコンピュータの大切な仕組みを、歴史を追いながら学んでいきましょう。

コンピュータとは本来、計算を行うための機械です。それでは、アラビア数字が生まれる以前、人はどのように計算していたのでしょうか。石ころや粘土、棒切れなど古来から人は様々な方法を使って計算をしてきました。しかし、効率的に数を数える仕組みがなければ、コンピュータは生まれません。ここではアラビア数字以前の不便な時代の「数字」について見ていきましょう。

アラビア数字が登場したことによって、人は大量の計算を素早く行えるようになりました。そこにはどのような仕組みがあり、それまで使われていた数字とは何が違うのでしょうか。「位取り数記法」と「ゼロの概念」の2つに注目して、アラビア数字の革新性について学んでいきましょう。

論理学を発展させ、そこに数学を融合させたのがジョージブールでした。ブール代数は、人間の思考や論理を数式に置き換えることを考えます。ブールはコンピュータのために研究をしたわけではありませんでしたが、彼の理論はコンピュータの発展に大きく貢献します。複雑なブール代数を例え話を交えながら、わかりやすく学んでいきましょう。

電子式計算が誕生する以前の歴史を学びます。「機械に計算をさせる」というアイディアは古くからあったのですが、その実現は困難でした。機械式の計算機は壊れやすく、また10進法を使った計算は複雑になりすぎるため、他の方法を模索していました。そこには①電気回路でどう設計したら良いか分からない、②2進法でどう計算したら良いか分からない、という2つの壁がありました。シャノンが登場するまでの計算機の歴史を学びましょう。

シャノンはブールの論理演算を電気回路によって実現します。これは人間の思考や論理を電気のON OFFで表せることと同じでした。このレクチャーでは実際に電気回路を作りながら、AND、OR、NOTの論理演算の回路を作ります。これらの論理回路を作ることができれば、四則演算も可能になります。論理学と工学をミックスさせたシャノンのアイディアは画期的なモノでした。

半加算器による足し算を学びます。コンピュータ内部の処理は、加算器による計算が中心となっています。半加算器がわかれば、全加算器も引き算も掛け算も割り算も、全てわかったも同然です。論理回路をいかに組み合わせるかによって、加算器を実現するかを学びましょう。

加算回路を使って、引き算、掛け算、割り算を実現させる方法を学びましょう。コンピュータ内部の仕組みをできるだけシンプルにするために、これら3つは全て足し算の回路によって作られています。その中でも、引き算は「補数」という少し特殊な方法で計算がされています。加算回路を応用させながら、他の演算方法について理解を深めましょう。

コンピュータはただの計算機なのに、文字や画像、音声などを扱えるのはなぜでしょうか。それはクロードシャノンが「全ての情報は0と1で表せること」に気付いたからです。彼は数学と論理学の知識を、工学によって形にする偉大な発見をした人物でした。シャノンの情報理論を学びながら、ただの計算機がいかにコンピュータになったのかを学びましょう。

0と1の電気のON OFFが情報の最小単位であることを学びました。とはいえ、ビットを単位に情報を扱うことはありません。バイトという単位を基本単位で扱っており、1バイト=8ビットと定められています。ではなぜ1バイトは8ビットなのでしょうか。1バイト=8ビットに定まるまでの歴史的経緯を追いながら、バイトについて理解を深めていきます。

コンピュータで扱うことが多い16進数について理解を深めます。なぜ16進数は2進数と相性が良いと言われるのでしょうか。実際に表で2つを比較しながら、進数や進法への理解を深めていきましょう。

コンピュータでなぜ2進数が使われるのかを一緒に考えます。私たちは10進数で計算をしているのだから、0〜9の数字を使った方がわかりやすいと思いませんか?CPは0と1で計算をするのには、電気回路で計算を行う特性上のメリットがあります。全てをON OFFに還元する方がCPにとってはわかりやすいのです。2進数について理解を深めていきましょう。

「デジタル」という言葉を聞くと、どこか無機質で冷たいイメージはないでしょうか。しかし、デジタルの仕組みは私たちの体(DNA)にも使われている素晴らしい仕組みです。このレクチャーでは、なぜコンピュータはデジタルで情報を扱うのかについて考えます。デジタルで情報を扱うことは、データをシンプルに処理する上で大きなメリットがあります。併せて、近年のデジタル化やDX化についても考えます。

2進数を使ったデータの表現方法として、文字、画像、音声について学びます。デジタルで情報を表すと、どこかで情報を切らなければなりません。そのため、現実の情報を全てリアルに再現することができません。しかし、近年の技術は人間の感覚が追いつけないほど進化しています。3つのデジタル化の方法を学びながら、コンピュータがどのように情報を表すか学びましょう。

コンピュータの五大装置を学ぶことで、CPU、メモリ、I/Oの位置付けを学びます。CPUはコンピュータの演算部に位置しており、計算を行う大切な部分です。またメモリはそのまま記憶装置に位置し、メモリを対象にデータを格納しています。それぞれが位置する場所にも特徴がありますので、改めてその位置付けを学んでいきましょう。

コンピュータを構成する最も大切な部品である、CPU、メモリ、I/Oについて学びます。これら3つはコンピュータのどこにあって、どのような働きをしているのでしょうか。このレクチャーでは全体概要を掴んで、後のレクチャーで個別に理解を深めていきましょう。

コンピュータを構成する最も小さな部品であるICについて学びます。CPUやメモリもICから出来ており、エンジニアはICに格納されたデータを扱っています。このレクチャーでは、黒いムカデのような形を物理的にイメージできるようになることが目標です。ピンの1本1本が電気のON OFF、0と1に対応していることを覚えましょう。

CPUの4つの機能について理解を深めます。具体的には演算装置、制御装置、レジスタ、クロックを学びます。この中でエンジニアが特に意識しなければならないのは、レジスタです。なぜなら「プログラムを動かす」ということは、「レジスタに入っているデータや命令を動かす」のと同じだからです。「CPUコンピュータの頭脳となる装置である。。」という漠然としたイメージを脱して、4つの機能の働きを具体的にイメージできるようになりましょう。実際のデータの処理方法についてはセクション5でお話しさせて頂きます。

クロックの具体的な役割を学びます。CPUの中で全ての部品が協力して動くにはなくてはならない存在です。クロックが何から出来ていて、どのような仕組みで動いているかを学びましょう。最近話題になっているデュアルコアやクアッドコアについても触れています。

一口にメモリといっても、様々な種類があります。データを記憶するのにも色々なやり方があるからです。まずは大きな区分としてROMとRAMについて学びます。読み込み専用か?読み書きできるか?という違いがあるのですが、実際に使われている具体例などを見ながら理解を深めていきましょう。

ICの中でも特にメモリに使われるメモリICについて学びます。エンジニアはメモリICに入っているデータや命令を扱うので、この仕組みを理解することはとても大切です。メモリICは黒いピンが出たムカデのような形も同じですが、そこには4つの機能があります。電源、制御信号、アドレス信号、データ信号の具体的な役割を学びましょう。

メモリICへの具体的なデータの書き込み方法を学びます。ピンの役割と電気のON OFFを1つ1つ対応させていきます。複雑なピンの仕組みも、1つ1つ役割を抑えていけば簡単に理解できます。データの書き込みが物理レベルではどのように行われるか、しっかりとイメージできるようになりましょう。

CPUとメモリでデータを連携させるに当たって、前回のセクションを復習します。ICピンの4つの機能をわかっていないと、バスの仕組みは理解できません。電源、アドレス信号、データ信号、制御信号のそれぞれの役割を復習しましょう。

CPUとメモリはどのようにデータをやり取りするのでしょうか。実際に回路図を見ながら、2つの連携方法を学びます。2つはバスという電線によって結ばれており、データバスやアドレスバスによってデータのやり取りをしています。2つの仕組みについてより具体的なイメージができるようにしていきましょう。

レジスタの処理の流れを学びます。「レジスタとメモリの間でどのようにデータをやり取りしているか具体的にイメージできるようになること」が目標です。演算装置はレジスタに置いてあるデータしか処理できない特性上、メモリとの間ではいつもデータや命令をやり取りしています。みなさんが動かすプログラムは全て、レジスタにロードされ、演算装置によって実行されています。レジスタと処理の流れをしっかりとイメージできるようになりましょう。

1口にレジスタと言っても、その役割によって様々な種類があります。それはメモリに様々な種類があるのと同じです。汎用レジスタ、命令レジスタ、プログラムカウンタなど代表的なレジスタの役割を学びます。「どこで、何のデータを処理する?」かがイメージできるようになれば、内部でプログラムを処理する仕組みがより具体的に理解が深ままるはずです。

コンパイラはハードとソフトの橋渡しを行う最も重要なインターフェースです。私たちの書いたコードは、コンパイラというソフトがなければ動かすことはできません。にもかかわらず、多くの解説書では「プログラムを機械語に変換する」程度の説明で終わっています。そこで、このセクションではコンパイラの具体的な処理の流れを学びます。コンパイラは何段階にも分かれた複雑な作業です。1つ1つ内容を抑えながら、全体の仕組みを理解しましょう。

コンパイラが生まれるまでの『機械語、アセンブラの歴史』を学びます。コンパイラが生まれるまで、とても不便な状況が続きました。0と1の機械語を直接入力して、CPを動かさなければならないからです。機械語に名前をつけたアセンブラも生まれましたが、機械寄りでプログラムを書かなければいけない状況は続きました。コンパイラが生まれるまでの歴史を学びながら、いかにコンパイラが素晴らしい仕組みなのかを体感して頂こうと思います。

高水準言語はコンパイラがなければ何も動きません。高水準言語とコンパイラは2つで1セットなのです。このレクチャーでは高水準言語の概要を学びながら、コンパイラへの理解を深めます。①CPUに依存せずコードを書ける、②一度書いたらどこでも動かせる、という特徴がありますが、これらはコンパイラという強力なソフトがあるおかげです。機械寄りの不便なコーディングから、いかに人間よりの便利なプログラミング言語が生まれたかを学びましょう。

アセンブラのプログラムについて理解を深めます。また、アセンブラにまつわる似た意味の言葉への理解も深めます。3つはどのような意味で、どのようなタイミングで使われる言葉なのでしょうか。それぞれの意味をしっかりとイメージできるようになりましょう。

コンパイラとインタプリタの違いを学びます。2つは「高水準言語を翻訳する」という目的は同じですが、それを実現する方法は異なります。一括翻訳か逐次翻訳という違いを、具体例や実際の事例を見ながら理解を深めていきましょう。

「プログラムを0と1に翻訳する。。」というコンパイラの流れをより具体的に学びます。コンパイラは実際、いくつもの段階に分かれた複雑な作業です。字句解析や構文解析など具体的な役割を深めていきましょう。

『OSはなぜこんなにもモヤモヤしているのか?』について考えてみます。

CPUやメモリと違って、OSは『何か1つこの機能!』と具体的に指し示すことが難しいです。それはOSの発展の歴史と大きく関係があります。

OSはその誕生からCPの効率を追い求めるために生まれました。効率化という目的から、OSはあらゆる役割を担ってきたのです。そのため、効率化のための機能がごちゃ混ぜになっています。そんな時は歴史を学ぶのが1番です。OSが発展してきた歴史を負いながら、その機能を理屈で覚えてしまいましょう。

OSのコンピュータ全体での位置付けを学びます。OSがコンピュータ全体でどの場所にあるかを知ると、その機能の具体的な役割が見えてきます。OSはハードとソフトの間に入って、2つを仲介する働きをしています。「どの場所にあるか?」という位置にも特徴があり、ハードとソフトの橋渡しをする様子をイメージできるようになりましょう。

OSの中でもハードや周辺装置を制御するBIOSについて学びます。BIOSがなかったらどうなるでしょうか。エンジニアは自分で周辺装置の回路図を全て調べて、プログラムを手作りしなければなりません。ハードを制御する裏方であるBIOSについて理解を深めましょう。

コンピュータが起動するまでの流れを学ぶことで、BIOSとOSへの理解を深めます。2つはその起動する順番にも特徴があります。そもそもソフトやアプリは誰が起動してくれるのでしょうか。BIOSはとても小さなプログラムですが、OSは巨大なため自分1人では起動することができません。BIOSやOS、ブートストラップローダの保存場所に注意をしながら、コンピュータが起動するまでの流れを学びましょう。

OSの歴史を学びながら、いかに機能が増えてきたかを学びます。OSは元々、ハードや入出力を管理するために生まれました。面倒なハードの制御部分を担当することでエンジニアが本来の仕事に集中できるようにすることが目的だったのです。しかし機能が増えるに連れて、「コンピュータを効率的に動かす」という役割を担うようになりました。。歴史を追いながら、「なぜOSは巨大化したのか?なぜOSにはそのような機能があるのか?」理解を深めていきましょう。

OSの代表的な機能をお話します。OSはコンピュータを支える土台となるシステムですが、その具体的な役割を知る方は少ないのではないでしょうか。入出力管理、メモリ管理、ファイル管理、マルチタスク、プロセス管理の5つを学びます。まずは概要を抑えてから、後のレクチャーで個々の役割を学んでいきましょう。

OSはハードを制御するとお話しさせて頂きました。そう考えた時に、OSが呼び出す機能は全てシステムコールと呼ぶことができます。メモリ管理もプロセス管理もマルチタスクも、全てハードを制御することでできることだからです。『OSのお陰でハードの機能を利用できる』という仕組みを意識できるようになりましょう。

OSの最も基本となる入出力制御についてお話しさせて頂きます。OSは元々、面倒なハードや周辺装置の手間を省くために生まれました。現代では高速なCPUに処理に対して、動作の遅い周辺装置の制御が1番の課題となりました。バッファやキャッシュなど周辺装置を効率化するための、入出力制御を学びましょう。

メモリ管理の歴史は、効率化を追求する歴史です。限られたメモリをいかに効率よく使うかが永遠のテーマでした。このレクチャーでは、仮想記憶が登場するまでのメモリ管理方法について学びます。メモリ管理の効率化を追求するため、どのような手法が誕生し、そこにはどのような問題点があったのでしょうか。パーティション、動的分割、オーバーレイなど、効率的なメモリ管理を追求してきた歴史を学びましょう。

CPUは1度に1つの処理をすることしかできません。しかし、なぜ複数のプログラムを同時に実行できるのでしょうか。それはOSが高速でプログラムを切り替えてくれているからです。プログラムの切り替えはどのような手順で行われているのでしょうか。複雑なマルチタスクの仕組みを学んでいきましょう。

Traffic lights

Read about what's good
what should give you pause
and possible dealbreakers
Explores the history of computing, which provides context and a deeper understanding of modern programming practices and the evolution of technology
Covers the fundamentals of computer architecture, including CPU, memory, and I/O, which are essential for understanding how software interacts with hardware
Explains the role of compilers and operating systems, which are critical components in the software development process and in bridging the gap between code and machine execution
Examines the mathematical and logical foundations of computing, including Boolean algebra and Shannon's information theory, which are fundamental to digital systems
Requires learners to understand the basics of mathematics, logic, and engineering, which may pose a challenge for those without a technical background
Teaches concepts using historical context, which may not be directly applicable to modern software development practices and tools

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Reviews summary

コンピュータの仕組み 基礎から理解

受講生によると、このコースはコンピュータの仕組みをゼロから、ハードとソフトの繋がりを含めて理解するのに非常に役立つとのことです。特にプログラミング経験があるものの、その裏側にある基礎知識が曖昧だった人にとって、点が線で結ばれるような深い理解が得られると高く評価されています。論理回路やCPU、メモリ、OSといった難解に思える概念も、歴史的背景具体的な例えを交えながらステップバイステップで解説されるため、スムーズに学べるという声が多く聞かれます。講師の説明は丁寧で分かりやすいと好評です。一方で、内容は理論的な部分が多く、より実践的な知識を求める場合や、完全にコンピュータに触れたことのない超初心者にとっては少し難しいと感じる箇所もあるかもしれないという意見も見られます。しかし、全体的にはプログラミング学習やIT理解の土台を築くための質の高い講座として強く推奨されています。
なぜ現在の仕組みなのか、歴史を追って腑に落ちます。
"歴史から入るアプローチがユニークで、なぜ今のコンピュータの仕組みになったのかが理解できました。"
"コンピュータの歴史から入るので、なぜそういう仕組みなのかが腑に落ちます。"
"単に機能や構造を説明するだけでなく、歴史的な流れや背景を丁寧に解説してくれる点が素晴らしいです。"
"理論的な基礎を重視しており、付け焼き刃でない確かな理解が得られます。"
難しい内容もかみ砕いて教えてくれます。
"講師の説明が丁寧で、難しい概念も噛み砕いて教えてくれます。"
"講師はとても丁寧で、聴き取りやすい話し方です。"
"専門用語を避け、平易な言葉で解説しようという工夫が感じられました。"
"質問への回答も迅速かつ丁寧でした。"
プログラマが知るべきハードとソフトの繋がりを理解できます。
"プログラミングは書いてたけど、コンピュータの仕組みが全く分かっていませんでした。このコースは点が線になりました。"
"アセンブラやコンパイラの役割も明確になり、プログラミングの理解が深まりました。"
"コードを書く上で避けて通れない、コンピュータの内部での動きがイメージできるようになり、自身のコードへの自信に繋がりました。"
"プログラマにとって、ハードとソフトの橋渡しとなる基本的な知識が網羅されています。"
難解なコンピュータの仕組みが順序立てて理解できます。
"プログラミングの基礎が、このコースで完全に解消されました。コンピュータの仕組みを歴史から、論理回路、OSまで順序立てて学べる..."
"CPやメモリ、OSといった普段漠然としか理解していなかった部分が、物理的なイメージを伴って理解できるようになりました。"
"コンピュータサイエンスの入門として最高のコースです。専門書では挫折した内容が、講師の比喩や例え話でスッと頭に入ってきました。"
"コンピュータの仕組みが、まるで物語を追うように分かりやすく解説されていて、非常に面白かったです。"
一部でペースについていけない人も。
"内容は良いと思いますが、速度が少し速く感じて、何度も見返しました。"
"特に論理回路あたりは難しかったです。"
"完全にコンピュータに触れたことのない超初心者には、少し情報量が多いと感じるかもしれません。"
"集中して聴かないと置いていかれそうになります。"
実践的な内容は少なめです。
"期待していたよりも理論に偏っていた印象です。もっと具体的なハードウェアや、現代のOSの仕組みについて深く知りたかった。"
"内容はかなり理論的で、正直難しいと感じる部分もありましたが..."
"もう少し実践的な部分や、現代のハードウェアに触れる時間が欲しかったですが..."
"座学が中心なので、手を動かして学びたい人には物足りないかもしれません。"

Activities

Be better prepared before your course. Deepen your understanding during and after it. Supplement your coursework and achieve mastery of the topics covered in ゼロから分かるコンピュータの仕組み【ハードとソフトの動きをイメージできるようになろう!】 with these activities:
C言語のポインタを復習する
C言語のポインタを復習することで、メモリ管理の基礎を理解し、より効率的なプログラミングが可能になります。
Show steps
  • C言語のポインタに関する資料を見直す
  • ポインタを使った簡単なプログラムを作成する
  • プログラムをコンパイルし、実行する
コンピュータシステムの理論と実装を読む
コンピュータシステムの理論と実装を読むことで、コースで学んだ内容をより実践的に理解できます。
Show steps
  • 書籍の該当する章を読む
  • 章末の演習問題を解く
  • 学んだ内容をノートにまとめる
2進数、10進数、16進数の変換練習
様々な進数間の変換を練習することで、コンピュータ内部での数値表現に対する理解を深めます。
Show steps
  • オンラインの進数変換ツールを使用する
  • 様々な数値をランダムに生成し、変換する
  • 変換結果を検証する
Three other activities
Expand to see all activities and additional details
Show all six activities
半加算器と全加算器の動作を説明する動画を作成する
半加算器と全加算器の動作を説明する動画を作成することで、論理回路の理解を深め、人に説明する能力を高めます。
Show steps
  • 半加算器と全加算器の回路図を作成する
  • 各ゲートの動作を説明するスクリプトを作成する
  • 動画を撮影し、編集する
  • 動画を共有する
オペレーティングシステム概念を読む
オペレーティングシステム概念を読むことで、コースで学んだOSの概念をより詳細に理解できます。
Show steps
  • 書籍の該当する章を読む
  • 章末の演習問題を解く
  • 学んだ内容をノートにまとめる
簡単なOSのシミュレータを作成する
簡単なOSのシミュレータを作成することで、OSの動作原理を実践的に理解し、プログラミングスキルを向上させます。
Show steps
  • タスクスケジューラを実装する
  • メモリ管理機能を実装する
  • 簡単なファイルシステムを実装する
  • シミュレータをテストし、デバッグする

Career center

Learners who complete ゼロから分かるコンピュータの仕組み【ハードとソフトの動きをイメージできるようになろう!】 will develop knowledge and skills that may be useful to these careers:
組み込みシステムエンジニア
組み込みシステムエンジニアは、家電製品、自動車、産業機器などのハードウェアに組み込まれるソフトウェアを開発します。このコースは、コンピュータの仕組みをゼロから理解することを目的としており、組み込みシステムエンジニアにとって非常に有益です。CPU、メモリ、レジスタの処理の流れ、論理回路、半加算器、ICの構造など、ハードウェアの基礎知識を習得することで、より効率的かつ効果的なソフトウェア開発が可能になります。特に、組み込みシステムはハードウェアとの密接な連携が求められるため、本コースで得られる知識は、問題解決やパフォーマンス向上に直接貢献します。OSの歴史と具体的な役割についても学べるため、組み込みOSの理解にもつながります。
オペレーティングシステム開発者
オペレーティングシステム開発者は、コンピュータの基本的な動作を制御するOSを設計、開発、保守します。このコースは、OS開発者にとって非常に役立ちます。コースでは、OSの歴史、役割、メモリ管理、プロセス管理など、OS開発に必要な基礎知識を網羅的に学ぶことができます。特に、OSがハードウェアとソフトウェアの橋渡しをする仕組みを理解することで、より効率的で安定したOS開発が可能になります。また、コンパイラの処理の流れについても学べるため、OSとアプリケーションの連携に関する知識も深めることができます。OS開発者は、まさにコンピュータシステムの土台を築く重要な役割を担っており、本コースで得られる知識は、その土台を強固にする上で欠かせません。
ローレベルプログラマ
ローレベルプログラマは、ハードウェアに近いレベルで動作するプログラムを開発します。デバイスドライバ、ファームウェア、組み込みシステムなどがその例です。このコースは、ローレベルプログラマにとって非常に重要です。コースでは、CPU、メモリ、レジスタの処理の流れ、論理回路、半加算器、ICの構造など、ハードウェアの基礎知識を詳細に学ぶことができます。これらの知識は、ハードウェアの特性を最大限に活かした効率的なプログラム開発に不可欠です。また、コンパイラの処理の流れについても学べるため、高水準言語で記述されたコードがどのように機械語に変換され、実行されるかを理解することができます。ローレベルプログラマは、ハードウェアとソフトウェアの境界を理解し、両者を繋ぐ役割を担っており、本コースはその橋渡しを助けます。
システムプログラマ
システムプログラマは、オペレーティングシステム、コンパイラ、データベース管理システムなど、コンピュータシステムの基盤となるソフトウェアを開発します。このコースは、システムプログラマを目指す方にとって非常に役立ちます。コースでは、コンピュータの仕組みをゼロから学ぶことができ、CPU、メモリ、レジスタの処理の流れ、OSの歴史と具体的な役割、コンパイラの処理の流れなど、システムプログラミングに必要な知識を網羅的に習得できます。特に、システムプログラマは、ハードウェアとソフトウェアの両方を理解し、両者を最適化する役割を担うため、本コースで得られる知識は、システム全体のパフォーマンス向上に大きく貢献します。
ファームウェアエンジニア
ファームウェアエンジニアは、家電製品や産業機器などに組み込まれた、ハードウェアを制御するための専用ソフトウェアであるファームウェアを開発します。このコースは、ファームウェアエンジニアにとって非常に有益です。コースでは、CPU、メモリ、I/Oなどのハードウェア構成要素に関する深い理解を深めることができます。また、論理回路や半加算器などの基礎知識も習得できるため、ハードウェアの動作原理に基づいた効率的なファームウェア開発が可能になります。ファームウェアは、ハードウェアの性能を最大限に引き出すために、ハードウェアに特化した最適化が不可欠であり、本コースはその最適化を支援します。
ゲームプログラマ
ゲームプログラマは、コンピュータゲームのソフトウェアを開発します。このコースは、ゲームプログラマにとっても役立つ可能性があります。ゲーム開発では、ハードウェアの性能を最大限に引き出すことが重要であり、そのためには、CPU、メモリ、GPUなどのハードウェア構成要素に関する知識が不可欠です。このコースでは、これらのハードウェア構成要素の動作原理や処理の流れを学ぶことができるため、ゲームのパフォーマンス向上に役立ちます。特に、CPUとメモリ間のデータ転送に関する知識は、ゲームの描画処理や物理演算処理の最適化に貢献します。
コンピュータアーキテクト
コンピュータアーキテクトは、コンピュータシステムの全体的な設計を担当します。このコースは、コンピュータアーキテクトにとって知識の基礎となります。コースでは、CPU、メモリ、I/Oなどのハードウェア構成要素の動作原理や相互接続について詳しく学ぶことができます。これらの知識は、システムの性能、効率、信頼性を最適化するために不可欠です。また、OSの歴史と具体的な役割についても学べるため、ハードウェアとソフトウェアの連携を考慮したシステム設計が可能になります。特に、大規模なシステムを設計する場合は、コンピュータの内部構造に関する深い理解が不可欠であり、本コースはその基礎を築きます。
ネットワークエンジニア
ネットワークエンジニアは、コンピュータネットワークの設計、構築、運用、保守を行います。このコースは、ネットワークエンジニアにも役立つ可能性があります。コースでは、コンピュータの基本的な仕組みを学ぶことができ、ネットワークを構成するコンピュータの動作原理やデータ処理の流れを理解する上で役立ちます。特に、OSの役割やTCP/IPプロトコルに関する知識は、ネットワークの効率的な運用やトラブルシューティングに貢献します。ネットワークエンジニアは、ネットワークを介してデータをやり取りするコンピュータを理解することで、より効率的なネットワーク設計が可能になります。
データベースエンジニア
データベースエンジニアは、データベースシステムの設計、構築、運用、保守を行います。このコースは、データベースエンジニアにも役立つかもしれません。データベースは、大量のデータを効率的に保存、管理、検索するためのシステムであり、その内部では様々なコンピュータ技術が活用されています。このコースでは、コンピュータの基本的な仕組みを学ぶことができるため、データベースシステムの動作原理やデータ処理の流れを理解する上で役立ちます。特に、メモリ管理やファイル管理に関する知識は、データベースのパフォーマンス向上に貢献します。
セキュリティエンジニア
セキュリティエンジニアは、コンピュータシステムやネットワークをサイバー攻撃から保護するための対策を講じます。このコースは、セキュリティエンジニアにとって役立つかもしれません。コースでは、コンピュータの内部構造やOSの仕組みを学ぶことができるため、セキュリティ上の脆弱性を理解し、対策を講じる上で役立ちます。特に、CPUやメモリの動作原理に関する知識は、バッファオーバーフロー攻撃やコードインジェクション攻撃などの対策に貢献します。セキュリティエンジニアは、攻撃者の視点に立ってシステムを理解し、防御策を講じる必要があり、本コースはその理解を助けます。
クラウドエンジニア
クラウドエンジニアは、クラウドコンピューティング環境の設計、構築、運用、保守を行います。このコースは、クラウドエンジニアにも役立つ可能性があります。クラウド環境は、仮想化されたコンピュータ資源をネットワーク経由で利用する形態であり、その内部では様々なコンピュータ技術が活用されています。このコースでは、コンピュータの基本的な仕組みを学ぶことができるため、クラウド環境の動作原理やデータ処理の流れを理解する上で役立ちます。特に、OSの役割やネットワークに関する知識は、クラウド環境の効率的な運用やトラブルシューティングに貢献します。
ITコンサルタント
ITコンサルタントは、企業のIT戦略策定やシステム導入を支援します。このコースは、ITコンサルタントにも役立つかもしれません。ITコンサルタントは、企業の課題を解決するために、最適なITソリューションを提案する必要があります。そのためには、コンピュータシステムの基本的な仕組みを理解しておくことが重要です。このコースでは、コンピュータの内部構造やOSの役割を学ぶことができるため、ITソリューションの実現可能性や効果を評価する上で役立ちます。ITコンサルタントは、技術的な知識だけでなく、ビジネス的な視点も必要であり、本コースはその技術的な知識を補完します。
プロジェクトマネージャー
プロジェクトマネージャーは、ソフトウェア開発プロジェクトやシステム導入プロジェクトの計画、実行、管理を行います。このコースは、プロジェクトマネージャーにもわずかに役立つかもしれません。プロジェクトマネージャーは、プロジェクトを成功させるために、チームをまとめ、進捗を管理する必要があります。そのためには、プロジェクトに関わる技術的な知識をある程度理解しておくことが望ましいです。このコースでは、コンピュータの基本的な仕組みを学ぶことができるため、プロジェクトの実現可能性やリスクを評価する上で役立ちます。ただし、プロジェクトマネージャーは、技術的な知識だけでなく、コミュニケーション能力やリーダーシップも重要であり、本コースはその技術的な知識を補完するものとして捉えるべきです。
テクニカルライター
テクニカルライターは、コンピュータソフトウェア、ハードウェア、およびITシステムに関する技術ドキュメントを作成します。このコースは、テクニカルライターにとって役立つかもしれません。コースでは、コンピュータの基本的な仕組みを学ぶことができるため、より正確で分かりやすいドキュメントを作成する上で役立ちます。特に、CPUやメモリの動作原理に関する知識は、プログラミングマニュアルやハードウェア仕様書などの作成に貢献します。テクニカルライターは、専門的な知識を分かりやすく伝える能力が必要であり、本コースはその知識を基礎として提供します。
品質保証エンジニア
品質保証エンジニアまたはテストエンジニアは、ソフトウェアまたはハードウェア製品が所定の品質基準を満たしていることを確認します。このコースは、品質保証エンジニアにとって役に立つ可能性があります。コースでは、コンピュータの基本的な仕組みを学ぶことができるため、ソフトウェアやハードウェアのテスト計画を立て、テストケースを作成する上で役立ちます。CPUやメモリの動作原理に関する知識は、ソフトウェアのバグやハードウェアの欠陥を発見し、原因を特定する上で貢献します。品質保証エンジニアは、製品の品質を向上させるために、様々なテスト手法を駆使する必要があり、本コースはその理解を助けます。

Reading list

We've selected two books that we think will supplement your learning. Use these to develop background knowledge, enrich your coursework, and gain a deeper understanding of the topics covered in ゼロから分かるコンピュータの仕組み【ハードとソフトの動きをイメージできるようになろう!】.
この本は、コンピュータシステムの構築を段階的に解説しています。ハードウェアからソフトウェアまで、コンピュータの仕組みを深く理解するのに役立ちます。特に、論理ゲートからOSまでを自作するプロジェクトを通じて、実践的な知識を習得できます。このコースで学んだ知識をさらに深め、応用力を高めるのに最適です。
この本は、オペレーティングシステムの基本概念を網羅的に解説しています。プロセス管理、メモリ管理、ファイルシステムなど、OSの主要な機能を深く理解するのに役立ちます。特に、理論的な背景と具体的な実装例を組み合わせることで、実践的な知識を習得できます。このコースで学んだOSの歴史と役割をさらに深掘りするのに最適です。

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