Introduction, Architecture du Micro-ordinateur, Algorithme et Programme ainsi que les applications :
NOTA : Avant d'entre prendre
ces leçons d'électroniques concernant les ordinateurs, nous insistons qu'il
faut impérativement avoir une très bonne connaissance en électronique de base
ainsi qu'une très bonne connaissance en électronique digitale. Niveau
requis : 2ème et 3ème cycle.
L'ordinateur
est une machine qui permet d'effectuer automatiquement, grâce à des
programmes préétablis,
des ensembles d'opérations
logiques et arithmétiques, à des fins scientifiques, comptables,
d'ordonnancement ...
Les
programmes et les données à traiter sont stockés dans une mémoire
à partir de laquelle le travail sera effectué.
Pour mener à bien l'exécution de
ces tâches, l'ordinateur a non seulement besoin d'une
configuration
matérielle (hardware), constituée de modules électriques et mécaniques,
mais aussi d'un contexte logiciel (software)
comportant les programmes du système d'exploitation.
Nous reviendrons sur ces différentes notions.
La figure 1 donne une image de
l'ordinateur actuel situé dans son contexte de travail.
Pour commencer, nous allons faire un
petit rappel historique et hommage à certains savants.
Du bouclier au micro-ordinateur.
La première machine à calculer a
probablement été le boulier chinois
apparu vers l'an 500 avant Jésus Christ. En 1642,
Blaise PASCAL
met au point sa célèbre calculatrice
mécanique, qui fut améliorée ultérieurement. Puis au 17ème siècle,
JACQUARD invente un métier à tisser
programmé avec des cartes perforées. En 1833,
BABBAGE
propose sa
machine analytique, très
complexe pour l'époque, inspirée des travaux de PASCAL
et de
JACQUARD.
C'est vers la fin du 19ème siècle
que HOLLERITH
réalise la première
machine électromécanique
utilisant des cartes perforées. Dès cette époque
et au début du 20ème siècle, ce sont des
équipements industriels
à cartes perforées qui apparaissent. De 1936 à
1939, AIKEN et
STIBITZ
développent un
calculateur automatique
utilisant des
relais électromécaniques.
Le premier calculateur
électronique, constitué de tubes est "l'ENIAC",
opérationnel dès 1944. Il s'agit encore
d'une machine à programme câblé. Ce n'est
qu'en 1946 que NEWMANN
élabore le concept
de programme enregistré qui est une suite
d'instructions stockée dans la mémoire du
calculateur.
C'est véritablement à cette époque
qu'apparaît le "computer"(ordinateur) dont la différence essentielle par rapport au "calculator"(calculatrice) est la souplesse d'emploi due au programme enregistré.
En 1950, le premier ordinateur
commercial sera "l'UNIVAC
I".
Cette
première génération
d'ordinateurs est basée sur la technologie à
tubes.
Puis à la fin des années 50, apparaît la
deuxième génération
d'ordinateurs à
transistors.
Quelques années plus tard (1964),
c'est la
troisième génération
qui se développe avec l'apparition des
circuits intégrés.
Enfin, à partir des années 70, la
quatrième génération
d'ordinateurs voit le jour avec la création des
premiers microprocesseurs.
Cette nouvelle génération
conduit aux micro-ordinateurs
dont les principaux organes constitutifs sont réalisés avec des
circuits intégrés L.S.I.
(figure 2).
Actuellement, il existe un marché
des calculatrices électroniques
assez florissant. Il existe aussi un type de machine intermédiaire entre une
calculatrice et un ordinateur : c'est la
calculatrice programmable.
Après ce rappel historique, nous
allons nous attacher à l'examen du micro-ordinateur et du microprocesseur.
Le micro-ordinateur qui apparaît au
début des années 70 possède un
microprocesseur,
circuit intégré complexe, remplissant la
fonction de traitement des informations.
Un micro-ordinateur est représenté
à la figure 3 sous la forme d'un schéma synoptique.
Ce micro-ordinateur est constitué des ensembles suivants :
-
L'unité centrale de traitement
qui traite et élabore des données. Dans le
cas présent, c'est un microprocesseur.
- Les
mémoires internes
constituées par les mémoires mortes (ROM)
et par les mémoires vives (RAM).
Ces différentes mémoires stockent
les programmes et les données.
- Les
interfaces,
ou circuits d'entrée-sortie
qui mettent en relation le micro-ordinateur avec le monde extérieur.
- Les
bus
de communication,
constitués par un ensemble de lignes électriques,
mettent en relation les ensembles décrits ci-dessus. Les bus sont au nombre de
trois : le bus de données,
bidirectionnel, permet le transit des informations ; le
bus d'adresses,
unidirectionnel, transmet les adresses émises par
le microprocesseur ; enfin, le bus de contrôle
transmet les ordres ou commandes nécessaires au bon
fonctionnement de l'ensemble.
Grâce aux circuits d'interface, des
ensembles périphériques
se rattachent au micro-ordinateur.
Deux d'entre eux sont indispensables
:
- Le
clavier
permet d'introduire dans l'ordinateur les programmes, les données et les
commandes.
-L'écran (moniteur vidéo)
permet de visualiser des programmes, des données,
des résultats ...
Dans le cas d'un ordinateur de
taille importante, l'ensemble clavier-écran constitue un
terminal.
Plusieurs terminaux peuvent d'ailleurs se rattacher à un ordinateur
(cas des ordinateurs multipostes).
D'autres périphériques,
innombrables, peuvent être reliés au micro-ordinateur. La figure 4 laisse
entrevoir l'ensemble des périphériques pouvant se raccorder au micro-ordinateur.
Toutes les parties constitutives du
micro-ordinateur précédemment décrites, ainsi que les périphériques reliés
à ce micro-ordinateur constituent le
hardware.
Ce mot anglais signifie
quincaillerie, il
s'agit en fait de la partie matérielle de l'ordinateur.
Un
algorithme
est une suite logique faite de prescriptions élémentaires à effectuer dans
l'ordre, en vue de résoudre un problème.
Soit l'exemple suivant : pour
du thé, il faut :
prendre une casserole
la remplir d'eau
faire chauffer l'eau ...
Il est souvent plus clair de présenter
l'algorithme sous forme d'un graphe appelé
organigramme
ou ordinogramme.
Un exemple est donné à la figure 5.
Un algorithme (organigramme) est
transcrit en programme
que le micro-ordinateur peut comprendre. Le
programme
est donc une suite d'instructions,
exprimées
de manière plus ou moins élaborée selon le langage
utilisé, qui sera donnée au micro-ordinateur de façon à ce qu'il les exécute
selon le cheminement logique de l'algorithme.
Les programmes (logiciels)
constituent le software.
Software est un terme anglais signifiant "matériel souple,
papier".
En effet, un programme s'écrit sur le papier.
Le programme est stocké dans une
mémoire
qui peut être facilement vidée et rechargée par un autre programme. On
obtient une très grande souplesse d'utilisation et la possibilité de traiter
à la suite des problèmes fort différents (scientifiques, gestion ...).
Les deux concepts de hardware et de software sont étroitement liés et complémentaires
l'un de l'autre.
Le hardware nécessite la mise en
œuvre d'une technologie de plus en plus poussée (micro-électronique, circuits
intégrés complexes, mémoires ...) qui doit être associée étroitement avec
le développement du software.
Nous allons revenir sur la notion
d'algorithme en présentant un exemple.
EUCLIDE est le plus célèbre des
mathématiciens grecs. Parmi tous les procédés de calcul arithmétique qui lui
sont attribués, il y en a un qui est particulièrement intéressant avec lequel
on détermine le plus grand commun diviseur(P.G.C.D.)
de deux nombres entiers naturels.
La méthode apprise au collège
consiste à décomposer chaque nombre en une série de
facteurs premiers
puis à multiplier les facteurs communs aux deux nombres.
Cette méthode est un algorithme.
Exemple: Calcul du P G C D de 32 et de 24
32 = 2 x 2 x 2 x 2 x 2
24 = 2 x 2 x 2 x 3
P G C D = 2 x 2 x 2 = 8
Supposons qu'un microprocesseur
puisse comparer deux nombres entiers et qu'il puisse effectuer leur différence
lorsque l'un est plus grand que l'autre.
Ce microprocesseur ne peut pas
calculer le P G C D avec la méthode de décomposition en facteurs.
Or, il existe une seconde méthode
énoncée par EUCLIDE qui utilise précisément la comparaison de deux nombres
et la soustraction.
Cette méthode est la suivante :
lorsque les deux nombres (A et B)
sont égaux, le P G C D est égal à ces deux nombres,
s'ils sont inégaux, on effectue leur différence que l'on compare au plus petit d'entre eux,
tant qu'il n'y a pas égalité entre la différence obtenue et le plus petit des
deux nombres, ce processus itératif se poursuit,
dès qu'il y a égalité, le P G C D est égal à la différence obtenue (ou au
plus petit des deux nombres comparés).
Reprenons l'exemple précédent (32
et 24) :
32 et 24 ne sont pas égaux, donc on fait la différence 32
- 24 = 8
8 et 24 ne sont pas égaux, on effectue donc la différence 24
- 8 = 16
16 et 8 ne sont pas égaux, donc on fait la différence 16
- 8 = 8.
Cette fois-ci, la différence
obtenue (8) est égale au plus petit des
deux nombres (8).
Le P G C D est donc
8.
L'organigramme relatif à ce problème
est donné à la figure 6.
Chaque
rectangle
et chaque
losange
représente une étape
dans le déroulement de l'organigramme.
Chaque
rectangle
contient une
instruction.
Ces instructions sont de trois types.
Les instructions du premier type se
réfèrent à une opération fondamentale qui consiste dans
l'attribution
d'une donnée à un registre dans l'attente d'être traitée. Le contenu de ce
registre peut varier lors de l'exécution de l'organigramme. Cette opération
fondamentale est appelée attribution
ou affectation
ou encore allocation. Dans l'exemple donné,
il y a deux variables (x et
y)
et quatre affectations possibles (a, b, x - y
et
y - x).
Les instructions du deuxième type
sont des instructions de calcul (x - y
ou y
- x).
Une instruction du troisième type
est celle qui permet de stocker le résultat dans le registre de l'écran.
Les deux
losanges
représentent des
tests.
Lors d'un test, il y a toujours un
branchement,
c'est-à-dire qu'il y a au minimum deux directions parmi lesquelles un choix est fait.
Cet organigramme définit les lignes
essentielles du processus de calcul du
P G C D.
Cet organigramme est transcrit dans
un langage de programmation
(Basic, Cobol, Assembleur) afin d'être exécuté par le micro-ordinateur.
Aujourd'hui, l'ordinateur est présent
dans la plupart des domaines liés à l'activité humaine ainsi que les
micro-ordinateurs chez les particuliers.
Nous allons présenter un
inventaire
non exhaustif des applications multiples de l'ordinateur et de l'informatique.
2. 1. - LES APPLICATIONS SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES
Historiquement, ce sont les premières
applications de l'ordinateur. La
recherche scientifique
(physique, mathématiques ...) nécessite de faire des opérations
simples (addition, soustraction ...) qui se répètent un nombre de fois très élevé.
Les qualités de l'ordinateur
(rapidité, capacité de la mémoire) ont donc permis de traiter tous ces problèmes
de façon efficace et rapide.
Ces premières applications étaient
proches de celles d'une machine à calculer.
Actuellement, l'emploi des
ordinateurs s'est étendu à l'ensemble des disciplines scientifiques (physique
appliquée, médecine, statistiques, sciences naturelles, prévisions météorologiques).
Ces disciplines requièrent souvent le traitement de grandes quantités de données.
Parallèlement, cet emploi s'est développé dans le milieu industriel.
C'est le cas des automatismes
(automates programmables, machines-outils à commande numérique, robots ...)
et des processus de contrôle industriel (exemple : chaîne de production
dans une usine chimique).
La figure 7 représente une salle de
contrôle d'un processus industriel.
L'ordinateur est également présent
dans les bureaux d'études (conception assistée par ordinateur "C
A O", dessin industriel).
Des applications se développent au
niveau du système éducatif (enseignement assisté par ordinateur "E
A O").
Les applications militaires, dès
les origines des ordinateurs, ont constitué un stimulant à la recherche et au
développement informatique (calcul de balistique, guidage des canons antiaériens
...). Plus récemment, ce sont des applications spatiales qui se sont développées
(pilotage automatique des fusées, satellites ...).
2. 2. - LES APPLICATIONS LIÉES À LA GESTION ET À L'ADMINISTRATION
Un secteur important est celui relatif à la gestion des entreprises (PME et
grandes entreprises publiques et privées). L'ordinateur permet de gérer les
stocks, d'effectuer la comptabilité, de suivre les clients par exemple ...
(voir la photo ou la figure 8 extrait d'un catalogue de notre travail, c'est juste
un aperçu parmi tant d'autres ...).
Le secteur des services publics utilise aussi l'ordinateur. C'est le cas de la
circulation et des transports (feux tricolores, péages, réservation pour les
avions afin d'avoir un remplissage optimal, billets de trains ...).
Les postes et les télécommunications
utilisent également l'informatique (centraux téléphoniques, abonnés, banques
de données ...).
Un secteur en développement est celui de l'ordinateur
individuel.
Ce secteur touche les professions
libérales (médecins, pharmaciens ...) et la structure familiale
(gestion domestique, jeux vidéo ...).
Cette première théorie prend fin
avec cet aperçu sur les applications de l'ordinateur.
La théorie suivante vous permettra
d'approfondir les thèses abordés dans cette première partie.
Introduction à l'Ordinateur
Les deux concepts de hardware et de software sont étroitement liés et complémentaires
l'un de l'autre.
Cliquez ici pour la leçon suivante ou dans le sommaire prévu à cet effet.
Haut de page
Page suivante