超マシン復活 #2 DEC TOPS-20 プログラム言語その世界

超マシン復活＃２

TOPS-20 プログラミング言語の解説書

2020年3月、Amazonから『超マシン復活 #2 DEC TOPS-20 プログラム言語その世界』という本を出版しました。

|d|i|g|i|t|a|l|　DECSYSTEM 20
技術を極める知的冒険の旅へようこそ

本書は、レトロなOS TOPS-20で動作する11種類のプログラミング言語とその世界について記載したもので、超マシンシリーズの第2作となります。

プログラミング言語

表1: プログラミング言語の一覧
項番	言語	開発時期	対話型	一言説明
1	FORTRAN	1954年	No	科学技術計算向け言語
2	COBOL	1959年	No	基幹システムを支える言語
3	ALGOL	1958年	No	アルゴリズム記述言語
4	Simula	1967年	No	初のオブジェクト指向言語
5	PASCAL	1970年	No	計算機科学の教育用言語
6	C	1972年	No	システム記述の標準言語
7	SNOBOL	1962年	No	強力なテキスト処理言語
8	BASIC	1964年	Yes	思考を助ける対話型言語
9	LISP	1958年	Yes	関数型リスト処理言語
10	LOGO	1966年	Yes	思考方法を学ぶ教育用言語
11	FORTH	1971年	Yes	パワフルなスタック型言語

TOPS-20は、DECのPDP-10マシンで動作するOSで、1970年代から1980年代にかけてUNIXと共に人気のあったOSです。従って、TOPS-20で動作する言語処理系は半世紀以上前に生まれた言語であり、21世紀の現在では使われていない言語もあります。

本書で紹介するプログラム言語は、いろんな時代背景で生まれそのユーザーと共に進化してきました。例えば、FORTRAN言語は科学の強力な道具となり、COBOL言語はデータ処理ユーザーに支えられ、C言語はUNIXと共に普及し、LISP言語は人工知能（AI）研究と共に進歩してきました。

本書では、11種類のプログラミング言語を取り上げています。その言語が注目された昭和の時代には日本語で解説した書籍がありましたが、現在は入手が困難です。そういう意味でも、本書は貴重な資料となります。

その言語を理解するには実際に使うことが早道です。例題によるサンプルコードでは、3つの共通例題について11種類のプログラミング言語で記述しています。従って、あるプログラミング言語を知らなくてもどのように記述すれば良いかが比較的簡単に理解できます。また、例題プログラムは本書を見ながらタイプしなくても、QRコードにより簡単に入手可能です。

プログラミング言語の世界の魅力は、本書だけでは語り尽くせません。TOPS-20ワールドは、ワクワクでいっぱいです。この本を出発点として、探究心と好奇心の扉を開いて技術を極める知的冒険の旅へ出発してください。

ソフトウェアの宝庫

偉大な先人が開発したTOPS-20は、歴史的に貴重なソフトウェアの宝庫です。

筆者は1976年から1977年の2年間に大学のDECSYSTEM-2040でTOPS-20を使いました。タイムシェアリング（TSS）方式でターミナルに向かってひとりで独占して使っているかのごとく対話方式で使えました。TOPS-20では、いろいろな言語処理系が動作していました。プログラミング言語の講義の他に、自分でマニュアルを読んでBASICやSNOBOLを使って遊びました。

本書のサンプル

本書の内容を紹介します。

第1章　超マシン復活

第1章　超マシン TOPS-20

超マシンTOPS-20の復活について記述します。TOPS-20は、DECがPDP-10マシン向けに開発した基本ソフト（OS）で、Linuxで動作するKN10エミュレーターにより復活します。

1.2 エミュレーターで復活

第2章　Let’sプログラミング

第2章　プログラム言語

『技術を極める知的冒険の旅』に出るために必要な予備知識を解説します。

また、本書で解説するプログラム例題について説明します。

例題A：時刻のAM/PM変換
例題B：斜方投射の軌道
例題C：階乗の計算

2.4 引数伝達方式

第3章　FORTRAN言語

史上初の高級言語であり科学技術計算を得意とするFORTRAN言語とその世界を紹介します。科学技術計算の世界では、重要な言語です。

3.1 科学技術計算向け言語

第4章　COBOL言語

ビジネスの分野で使われて事務処理が得意なCOBOL言語とその世界を紹介します。企業の基幹システム構築に利用されています。

4.1　基幹システムを支える言語

第5章　ALGOL言語

アルゴリズム（論理的な思考）の記述を得意とするALGOL言語とその世界を紹介します。アカデミックな世界で使われた先駆的な言語です。

5.1　アルゴリズム記述言語

第6章　SIMULA言語

オブジェクト指向という概念を生み出したSimula言語とその世界を紹介します。ALGOLに先進的な概念を組み込んだ革新的な言語です。

6.1　初のオブジェクト指向言語

第7章　PASCAL言語

豊富なデータ構造と構造化した制御構造を持つPASCAL言語とその世界を紹介します。プログラミングの教育を目的とした読みやすい言語です。

7.1　計算機科学の教育用言語

第8章　C言語

高水準から低水準までカバーした万能ツールであるC言語とその世界を紹介します。アプリ、システム記述、組み込みシステムなどで使われる汎用性が高い言語です。

8.1　システム記述の標準言語

第9章　SNOBOL言語

強力なパターンマッチと高度なテキスト処理によるSNOBOL言語とその世界を紹介します。パターンプログラミングという魔法の言語です。

9.1　強力なテキスト処理言語

第10章　BASIC言語

思考を助ける強力な道具であるBASIC言語とその世界を紹介します。対話的にプログラミングできるので初心者でも使える言語です。

10.1　思考を助ける対話型言語

第11章　LISP言語

関数型言語でリスト処理の得意なLISP言語とその世界を紹介します。数学的な記法を実行可能にした言語です。

11.1　関数型リスト処理言語

第12章　LOGO言語

体験と発見から思考方法を学ぶ教育用のLOGO言語とその世界を紹介します。使いやすくて非常に強力な言語で、思考を大きく増幅する道具です。

12.1　思考方法を学ぶ教育用言語

第13章　FORTH言語

仮想スタック･マシンで動作する一風変わったFORTH言語とその世界を紹介します。小さな核に拡張性を備えたパワフルな言語です。

13.1　パワフルなスタック型言語

付録F 例題プログラムのQRコード

本書のような電子書籍では、掲載したプログラムコードのコピペは困難です。
読者の皆さんが手軽に例題のプログラムを試せるように、プログラムコードをQRコードにしました。

付録F　例題プログラムのQRコード

付録F.10 LISP 例題C 階乗の計算 (BIGNUM)

超マシン復活 #2 コラム

本書は、プログラミング言語の説明だけではなく、所々にコラムをはさんでいます。コラムは、ちょっとした疑問、豆知識、こぼれ話などを書いていますので、読み物としても楽しめるでしょう。

【コラム】バロースとALGOL

バロースの大型機B5000は、スタックマシン型命令セットを採用して高級言語「ALGOL 60」向けに最適化しました。

バロースとALGOL

【コラム】BNF記法とは

バッカス・ナウア記法（BNF：Backus-Naur Form）とは、ジョン・バッカス（John Backus）とピーター・ナウア（Peter Naur）がALGOL60の文法定義のために考案したメタ言語です。

BNF記法とは

【コラム】1バイトは何ビットか

あまり考えたことが無いと思いますが、1バイトは何ビットでしょうか？そうです。バイトとは、1文字のビット数を表す単位です。

英数字（26+26+10文字）と記号を定義したASCIIコードで7ビット必要です。さらに、半角カナを追加したANKコードでは8ビット必要になります。

しかし、昔のコンピューターには、1バイトが6ビットや9ビットのマシンもありました。これらのマシンは、ワードサイズをいくつかに分割してバイトとしていました。本書で説明しているDECのPDP-10は、36ビットワードマシンなので、1ワードを6ビット×6文字や9ビット×4文字に分割して扱っていました。

1バイトは何ビットか

【コラム】構文グラフとは

PASCALは、構文グラフで文法を定義しています。『アルゴリズム＋データ構造＝プログラム』[19]という書籍の付録に記載があります。

構文グラフとは

【コラム】DECとLISP

DECはLISPと深い関わりがあります。
なんとLISPの創案者であるマッカーシーがPDP-6マシン開発プロジェクトに参画していたのです。

DECとLISP

【コラム】LISP S式とM式

現在のLISPプログラムは、S式（Symbolic-expression）という括弧が多く読みづらい表記法を使っています。しかし、ジョン・マッカーシーが最初にLISPを考案したときは、M式（Meta-expression）という表記法を使っており、S式はリスト構造を表現するデータ形式でした。

では、なぜLISPはS式で書くようになったのでしょうか。

LISP S式とM式

【コラム】IBM 704の特別な命令

LISPを初めて実装したIBM 704は、36ビットワードマシンでした。そして、LISPの2つのポインターをAddressフィールドとDecrementフィールドに格納するよう実装しました。

IBM 704の特別な命令

【コラム】BBNとLOGO

BBNテクノロジーズは、MITで教授をしていたレオ・リロイ・ベラネック（Leo Leroy Beranek）らが設立した研究機関で、コンピューターサイエンス研究と革新的なアプリケーションにおいて重要な技術を創出しました。

BBNとLOGO

【コラム】バロースとFORTH

FORTHを設計したMoore氏は、バロース*7の大型機B5500を使った経験からスタックアーキテクチャーに強い影響を受けました。

バロースとFORTH