Créée le, 19/06/2015

 Mise à jour le, 02/09/2016

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Signets :
  Introduction à l'Ordinateur   Architecture du Micro-ordinateur   Algorithme et Programme
  Algorithme D'EUCLIDE   Les Applications de l'Ordinateur    Bas de page


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.

Computer1.JPG  

HAUT DE PAGE 1. - INTRODUCTION A L'ORDINATEUR

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).

 Computer2.JPG

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.

HAUT DE PAGE 1. 1. - ARCHITECTURE DU MICRO-ORDINATEUR

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.

Schema_synoptique_ordinateur.GIF

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.

Environnement_Peripheriques.GIF 

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.

HAUT DE PAGE 1. 2. - ALGORITHME ET PROGRAMME

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.

Organigramme.GIF

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.

HAUT DE PAGE 1. 3. - UN ALGORITHME D'EUCLIDE

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.

Organigramme_du_P_G_C_D.GIF

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.

HAUT DE PAGE 2 . - LES APPLICATIONS DE L'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.

Salle_de_controle.JPG

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 ...).

Centre_informatique.JPG

      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.

Testez vos connaissances sur cette 1ère théorie avant de continuer les autres leçons en cliquant ici.

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