コンピュータでプログラムが動く仕組み（ざっくり理解）

プログラムはメモリ上で命令の列として書かれている
メモリ上にある命令をCPUが順番に読み出し、演算を行い結果をメモリに出力する

少し詳しい説明と補足

コンピュータの概要

コンピュータとは、与えられた手順に沿って計算を行う機械のこと。コンピュータは5つの装置から構成される。5つの装置とその実例は次の通り。

制御装置：CPU（中央処理装置）
演算装置：CPU（中央処理装置）
記憶装置：メモリ（主記憶装置）、ハードディスクやSSDなど（補助記憶装置）
入力装置：キーボードやマウスなど
出力装置：モニタなど

プログラムの概要

プログラムとは、コンピュータに対する命令を記述したもの。簡単な計算を行うもの、Webアプリケーション、機械学習を行うもの、オペレーティングシステム、BIOSなど様々なものがあるが、これらはすべてプログラムといえる。

例プログラミング言語のGOで2つの数を足して標準出力に表示するプログラムのソースコード

package main

import "fmt"

func main() {
    a := 2
    b := 3
    fmt.Println(a + b)
}

実行結果（Windows上で実行しています）

$ go build .\hello.go
$ ./hello.exe
5
$

プログラムは実行されると*1、メモリ上に命令の列として展開されて、CPUによりその命令に沿って演算が行われる。

ソースコードとネイティブコード

「プログラムの概要」で挙げたプログラムは人間が読み書きしやすい形式になっている。このような形式で書かれているプログラムをソースコードと呼ぶ。しかし、メモリ上に展開されている命令列はソースコードそのままの形ではなく、コンピュータが読むことができる数字の列になっている。この数字の列をネイティブコード（または機械語）と呼ぶ*2。

ネイティブコードは CPUの種類ごとに固有の形式である*3。CPUごとに使える命令が決まっており（使える命令の一式を命令セットと呼ぶ）、そのCPUで使える命令で表現したものがネイティブコードのため、必然的にネイティブコードはCPUの種類ごとになる。言い換えると、同じソースコードから返還されたネイティブコードでもCPUが違えば異なる命令列となる。

ソースコードをネイティブコードに変換する手段は、ソースコードを記述するプログラミング言語に依存する*4。C言語やGO言語などの場合はコンパイラというソフトウェアがソースコードからネイティブコードへの変換を行う。

まとめ

プログラムは人間の読み書きできる形式のソースコードからコンパイラ等により、コンピュータが読める命令の列（＝ネイティブコード）に変換される。プログラムが実行されるとメモリ上にネイティブコードが展開され、CPUは順番に命令の列を読み込み演算を行い、結果をメモリに格納する。これによって、コンピュータでプログラムが実行できる。

参考にしたもの

プログラムが動く仕組みについて

第1話プログラムが動く仕組み - ６さいからのプログラミング

CPUについて

【PC基礎】CPU基礎 8vivid.net xtech.nikkei.com

コンピュータそのものについて

コンピュータの構成 | ITの基礎知識｜ITパスポート・基本情報 e-words.jp

メモリについて

e-words.jp

tanke25616429のアウトプット

IT技術の基本を勉強したことをアウトプットします。Linux、Kubernetes、クラウド中心です。百番煎じくらいだけど誰かの役に立てばそれはそれでうれしい。

コンピュータでプログラムが動く仕組み