Pythonはどんな仕組みで動くのか、まずはハードウエアを深く知ろう - ITpro

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プログラミング言語「Python」の処理系は、様々な仕組みを利用して動いている。この特集では、Pythonがプログラムを実行する仕組みを解き明かしていく。

　皆さんが日々使っているPythonが、どのような仕組みで動いているのか、興味はありませんか？　この特集では、Pythonがプログラムを実行する仕組みを解説します。具体的には、次のような概念や仕組みを説明します。

機械語
アセンブリ言語
コンパイラ
インタプリタ
字句解析
構文解析
AST（抽象構文木）
バイトコード
仮想マシン
スタックマシン

　これらを理解するために、まずはコンピュータがプログラムを動かす仕組みの解説から始めます。

コンピュータがプログラムを動かす仕組み

　パソコンやスマートフォン、ゲーム機といったコンピュータは、いろいろなハードウエアで構成されています。その中で、プログラムの実行に特に関係が深いのは、CPU、メモリー、ストレージの3つです。

CPU：プログラムを実行

　CPU（Central Processing Unit、中央演算処理装置）は、プログラムの実行やデータに対する演算、周辺機器の制御などを行うハードウエアです。パソコンで使われているCPUには、米インテルの「Core」や米AMDの「Ryzen」、米アップルの「M」といったシリーズがあります。

メモリー：プログラムやデータを一時的に格納

　メモリーはプログラムやデータを一時的に格納するためのハードウエアです。プログラムを格納するメモリーは、メインメモリーや主記憶装置、RAMなどとも呼ばれます。コンピュータはメインメモリー以外のメモリー、例えばグラフィックス用のビデオメモリーなども備えていますが、単にメモリーと言えばメインメモリーを指すことが多いです。

　一般にパソコンで使われているメモリーは、電源を切ると記憶内容が消えてしまいます。長期間に渡って保存したいプログラムやデータは、ストレージに格納します。

ストレージ：プログラムやデータを永続的に格納

　ストレージはプログラムやデータを永続的に格納するためのハードウエアです。メモリーとは異なり、電源を切っても記憶内容が消えません。

　ストレージは補助記憶装置や外部記憶装置などとも呼ばれます。現在、ストレージと言えばSSD（ソリッドステートドライブ）やHDD（ハードディスクドライブ）、USBメモリー、SDカードなどを指すことが多いです。

　プログラムやデータは、ファイルとしてストレージに保存されています。しかし、プログラムの実行やデータの処理を行うCPUは、ストレージに対して高速な読み書きが行えません。そのためプログラムやデータは、CPUが高速に読み書きできるメモリーにコピーしてから、実行したり処理したりするのが一般的です（図1）。