Yvan Orcha, Quentin Gillot 18/01/2011 informatique, introduction, Pr

Yvan Orcha, Quentin Gillot
18/01/2011
informatique, introduction, Pr le Beux P.
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INTRODUCTION
I-généralités
L'informatique s'est fortement développée au cours des 20 dernières années : informatisation des
hôpitaux, labo et imagerie médicale, informatisation des médecins, les réseaux et filières de soin, le
Dossier Médical Patient (personnalisé), et les réseaux pour la télésanté et la télémédecine.
L'informatique est ainsi devenue primordiale : l'action des laboratoires serait impossible sans l'outil
informatique, et les automates sont indispensables. En biochimie, hématologie, anatomopathologie, les
résultats sont donnés sous forme numérique. Pour le moment, il est encore obligatoire de les imprimer
pour les avoir sous forme papier dans le dossier du patient.
C'est dans le domaine de l'imagerie médicale qu'elle est le plus développée : tout est numérique
(scanner, radio, écho...) : systèmes informatisés de radiologie (SIR), stockage et diffusion (PACS :
picture archivating communication system)...
Pour les hôpitaux, il y a le SIH : système d'information hospitalier (admissions, transferts et
sorties ; dossiers médicaux information ; production de soins infirmiers ; liaison aux systèmes des labo,
de l'imagerie).
En médecine libérale, il y a informatisation de tous les cabinets médicaux (dossiers médicaux
informatisés+DMP, comptabilité, aide à la décision diagnostique et thérapeutique).
La communication de l'information se fait par l'accès au réseau santé social (feuilles de soin
électroniques), par l'accès au réseau internet. L'aide au diagnostic est associée à des systèmes plus
complexes : bases de données, de connaissances, modèles physiques virtuels. Pour l'aide à la
thérapeutique, ce sont les bases de médicament, la prescription en ligne, la chirurgie assistée, et la réalité
virtuelle.
La formation se fait en deux phases : initiale (ENT, QCM, QROC, réseau pédagogique,
université médicale virtuelle, bibliothèques numériques, nouvelles technologies éducatives) et continue :
multimédia+interactions, serveurs de formation à distance.
II-architecture d'un ordinateur
Elle met en relation l'unité centrale, la mémoire centrale, les périphériques, en faisant intervenir le
système d'exploitation, des langages de programmation (de haut niveau, de bas niveau ; traduction en
langage machine).
A-origine
Juste après la seconde guerre mondiale, Von Neumann a défini un modèle de machine a calculer
(computer en anglais), dans lequel l'unité centrale (UC), la mémoire centrale et les entrées et sorties
interagissent les unes avec les autres. Ce modèle est encore la base des machines que l'on connaît
actuellement, seule la technologie a évolué.
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B-sous unités de l'UC
1-l'unité arithmétique et logique ou UAL
A l'intérieur de l'UC se trouve une « sous unité » : l'UAL, qui exécute les instructions en binaire. Ce sont
des instructions arithmétiques (+ - * /) et logiques (ET, OU, NON). Elle travaille sur les registres de
données, et sur les indications.
Le langage machine est compréhensible par l'UC : c'est une liste d'instructions compréhensibles par
l'UC. C'est un langage symbolique spécifique.
2-unité centrale de traitement (UC ou CPU)
Associée à l'UAL, il y a l'Unité de Contrôle, elle même associée à une horloge (un cristal de quartz,
cadencé entre 1 et 10MHz), permettant le séquençage des opérations. L'UC contrôle le transfert des
données, décide les instructions, les transmet à l'UAL, et décode les ordres venant de l'extérieur (oui ou
non, I/O).
Et les contrôleurs de l'UC, qui assurent sa communication avec l'extérieur, la gestion des entrées et
sorties : ils ont la capacité de recevoir des signaux externes (clavier, souris...), et d'envoyer des signaux :
écran, imprimante, etc.
C-mémoire centrale
1-acteurs
-La mémoire est l'interprétation d'une cellule d'information. Elle définit le codage de l'information (en
binaire). Elle travaille avec l'UC potentiellement à la vitesse de la lumière. Elle contient à la fois des
instructions (programmes), et des données.
-Les programmes réalisent des algorithmes. En mémoire, ils sont constitués d'une suite de mots machine
(succession de bits ou d'octets), qui, correctement interprétés, deviennent une suite de commandes
(d'instructions).
-Les données, fournies par l'utilisateur, sont ensuite utilisées par le programme.
Si la mémoire centrale ne possède pas à la fois les programmes et les données, il faut aller chercher la
part manquante plus loin, ce qui est à l'origine de lenteurs.
2-différents types de mémoires
La mémoire centrale contient le programme et les données au moment de l'exécution. Elle est de
différentes natures :
-mémoires vives : RAM. Assez aléatoires : quel que soit l'emplacement de l'octet, on y a accès.l'accès est
rapide, mais la capacité est limitée. Constituée de transistors de type MOS, elle peut atteindre une
capacité de quelques Goctets. Elle est volatile : disparaît à l'arrêt de l'ordinateur, il ne faut donc pas
oublier de sauvegarder l'application en cours avant d'éteindre.
-mémoire vive flash : SSD. Technologie photonumérique (solid state devide) : c'est une mémoire
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réinscriptible non volatile. Elle est donc un intermédiaire entre les mémoires vive et morte.
-mémoires mortes : ROM. Elles contiennent des programmes figés (pour le lancement). Elles sont
préprogrammées au cours de la fabrication.
III-catégories d'ordinateurs
-gros ordinateurs (=mainframe), servent à la gestion et au calcul. Très puissants.
-serveurs : un ou plusieurs : fermes (identiques ou quasi identiques : permettent une parallélisation des
actions), coopération, parallélisation et virtualisation + nuages de calculs (cloud computing), où le
nombre d'ordinateurs n'a pas d'importance, on ne sait pas de quelle quantité de ressource on dispose, la
limite n'étant pas perceptible par l'utilisateur.
-ordinateurs de bureau : tour+écran, ou intégrés
-ordinateurs portables et tablettes
-et ordinateurs de poche : assistants et téléphones de 4ème génération.
IV-caractéristiques des ordinateurs
1-puissance de l'ordinateur
Elle est calculée par :
-la longueur du mot machine utilisable dans le processeur. Longueurs courantes : 4, 8, 16, 32 et 64 bits.
-la vitesse d'exécution : cycle de l'horloge (x GHz)
-la capacité de la mémoire centrale
-le bus, qui correspond aux liaisons (fils) entre les composants
-et les différentes technologies : MOS, CMOS
2-mémoires secondaires
Elles peuvent être périphériques (accès lent, grande capacité, non volatiles), vives (disque dur,
disquettes, zip, flash, clés usb) ou mortes (CD/ROM, DVD).
3-périphériques
Ils sont d'entrée (clavier, scanner, reconnaissance vocale...), de sortie (écran, imprimante...), de
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communication (réseaux filaires, ethernet, modems, infra rouge), ou utiliser les réseaux hertziens (sans
fil, wifi, bluetooth, satellite).
IV-traitement de l'information
Le quantum d'information est un élément binaire (0 ou 1). On l'appelle bit pour binary digit. Un octet est
une succession de 8bits. Les mots machine ont des tailles de 8, 16, 32 ou 64 bits. La numération binaire
(en base 2) permet les calculs numériques, et la logique se fait par des raisonnements, basés sur : 1=vrai,
0=faux.
V-codage de l'information
L'information est codée en bits, associés en octets. N bits permettent de coder 2^n objets : 8bits codent
256 objets, etc. A l'inverse, pour savoir le nombre de bits nécessaires pour coder n objets, on prend
l'entier supérieur au résultat de Log2 (n). Il faut ainsi 10 bits pour coder 1000objets, etc.
1-texte
Pour coder un texte (uniquement les 26 lettres de l'alphabet et des espaces), il faut 5bits par caractère.
Pour y ajouter les 10 chiffres, il faut 6bits par caractère, 7 pour une distinction majuscules/miniscules, et
8 pour coder également des caractères spéciaux. Ce codage en 8 bits constitue le code ASCII.
L'unicode en 16 bits permet 65536 objets, ce qui permet d'englober tous les alphabets + les
idéogrammes.
2-nombres
Pour les nombres entiers, 8bits permettent de coder de -128 à +127 ; 16 bits de -32768 à +32767 ; etc.
Pour les nombres réels, on utilise le Mantisse exposant : en 32 bits, cela donne 8 bits exposants et 24 bits
mantisse. Applicable à 64 bits. (peu important)
3-images statiques
Pour une image bitmap, un bit code un pixel (blanc/noir), 1Mbit soit 128ko permet donc d'enregistrer
une image carrée de 1024 points de côté.
En utilisant 8bits par pixel, on peut coder 256 niveaux de couleur. Il faut donc 256 ko pour une image de
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512*512, et 1Mo pour une image de 1024*1024.
Pour la même image en 16bits (65000 couleurs environ), il faut 2Mo.
4-séquences d'images
Les séquences d'images sont très utilisées en imagerie médicale : endoscopie, angiographie,
coronarographie, échographie...
On utilise des images de 512*512 à 8 bits, soit 256ko par image. Pour que l'œil humain voit un
mouvement fluide, il faut au moins 18images/seconde, ce qui fait environ 4,5Mo/s, soit 22Mo pour une
séquence de 5s. A 24img/s, il faut 6Mo/s, soit 360Mo pour enregistrer une minute, ce qui est très lourd.
Heureusement, il est possible de compresser, d'un facteur 4 (aucune perte) à un facteur 10 (avec pertes
d'information).
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