Intro_informatique

11/11/2013
Introduction à l’informatique
Objectifs
Présenter un historique de l’évolution de l’informatique et
les ordinateurs
Introduire le principe de fonctionnement d’un ordinateur
Etudier les différents composants matériels et logiciels d’un
ordinateurs
Comprendre le traitement d’un programme par un
ordinateur
Miloud RACHED
Année universitaire 2013-2014
Introduction à l’informatique
Plan
Introduction à l’informatique
Présentation de l’informatique
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Principe de fonctionnement d’un ordinateur
Composants matériels et logiciels d’un ordinateur
Exécution d’un programme
Miloud RACHED
Année universitaire 2013-2014
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11/11/2013
Présentation de l’informatique
Quelques définitions
Introduction à l’informatique
Information
Elément de connaissance représenté à l’aide de conventions en vue
d’être conservé, traité et communiqué
Différentes formes : son, image, texte, vidéo ...
Traitement
Passer d’informations appelées données en entrée à d’autres
informations dites résultats ou données en sortie
Exemples : addition, traduction, bras de robot...
Informatique
Science dont l’objet est le traitement automatique de l’information,
c’est-à-dire, l’exécution du traitement par des machines
Ordinateur
Machine qui saisit (périphériques d’entrée), stocke (mémoire),
traite (programmes) et restitue (périphériques de sortie) des
informations
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Plan
Miloud RACHED
Année universitaire 2013-2014
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Evolution de l’informatique
Evolution de l’informatique
1000 av. J-C : Invention du boulier en Chine
Premiers ordinateurs
-300 av. J-C : Aristote définit dans son œuvre ce qu’est la
logique (ou Organon)
Tubes à vide et cartes enfichables
Transistors et traitement par lots
Circuits intégrés et multiprogrammation
PC (Personal Computer)
PCs portables et de poche
1642 : Pascal crée la Pascaline afin d’aider son père pour la
collection des impôts à Rouen
1694 : Gottfried Wilhelm von Leibniz invente une
machine à calculer dérivée de la Pascaline mais capable de
traiter les multiplications et division
1820 : Charles-Xavier Thomas de Colmar invente
l’arithmomètre sur la base de la machine de Leibniz
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Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Evolution de l’informatique
Les premiers ordinateurs
1854 : George Boole démontre que tout processus logique
peut être décomposé en une suite d’opérations logiques
appliquées sur deux états
1941 : Création de ABC par John Atanasoff et Clifford
Berry - premier calculateur binaire à utiliser l’algèbre de
Boole (60hz, memoire de 60 mots de 50 bits)
1904 : Invention du premier tube à vide, la diode par John
Ambrose Fleming
1941 : Konrad Zuse met au point le Z3, le premier
calculateur avec programme enregistré (premier véritable
ordinateur)
1937 : Alan M. Turing invente la Machine de Turing (puis
le test de Turing en 1950)
1945 : John Von Neumann décrit l’EDVAC (Electronic
Discrete Variable Automatic Computer) architecture Von
Neumann
1938 : Claude E. Shannon est le premier qui a fait le
parallèle entre les circuits électriques et l’algèbre
Booléenne en définissant le chiffre binaire bit (BInary
digiT)
1946 : Création de l’ENIAC (Electronic Numerical
Integrator and Computer) par P. Eckert et J. Mauchly
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Les tubes à vide et les cartes enfichables (1945-1957)
Les transistors et le traitement par lots (1958-1964)
Pas de système d’exploitation
La machine de von Neumann : concept de programme
enregistré
Inconvénients :
o
Traitement lent
o
Fragilité du matériel
Apparition des langages FORTRAN et assembleur
Premier ordinateur électronique numérique généraliste par
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer)
Inconvénients :
o
o
Transistor : plus petit, moins cher, plus fiable
Apparition des systèmes d’exploitation (SE) : FMS (Fortran
Monitor System) et IBSYS (IBM 7094)
IBM 7094 : architecture à commutateur central
30 tonnes, 500 m2, >18000 tubes à vide, 5000 additions/s
programmé
manuellement
(positionner
commutateurs, brancher et débrancher les câbles)
les
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Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Les PCs (1972-1977)
Les circuits intégrés et la multiprogrammation (1965-1971)
Amélioration des coûts et des performances (circuits intégrés)
Développement des circuits LSI (Large Scale Integration) : plus
de 1000 composants sur une seule puce de circuits intégrés
Une famille d’ordinateurs compatibles entre eux
Même architecture que les mini-ordinateurs, mais prix
beaucoup moins élevé
Une architecture et un même jeu d’instructions
Apparition de la multiprogrammation (partitionnement de la
mémoire pour des tâches différentes)
Inconvénient :
Deux systèmes d’exploitation principaux : MS-DOS et UNIX
Partage de temps, variante de la multiprogrammation (chaque
utilisateur possède un terminal en ligne)
système d’exploitation énorme et très complexe
Evolution de l’informatique et des ordinateurs
Introduction à l’informatique
Les PCs portables et de poches (1978-…)
Ordinateur individuel fonctionnant sous des systèmes
d’exploitation en réseau ou des systèmes d’exploitation
distribués
Apparition des PIC (Personal Intelligent Communicator de
Sony) et des PDA (Personal Digital Assistant, comme Newton
de Apple) fonctionnant sous des systèmes d’exploitation de
type "micro-noyau"
Utilisation polyvalente (maison, entreprise, …)
Modes de communication
(messagerie, …)
synchrone
et
asynchrone
Miloud RACHED
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Principe de fonctionnement de l’ordinateur
Principe de fonctionnement d’un ordinateur
Plan
Composants matériels
Logiciels
Composants matériels (Hardware)
Tout ce qui compose l’ordinateur et ses accessoires
Incapables de traiter les informations sans un
ensemble de règles (partie logicielle) pour les guider
Chaque composant possède une fonction particulière
Fonctionnement
calcul
stockage des données
affichage vidéo
gestion du clavier...
Principe de fonctionnement d’un ordinateur
Principe de fonctionnement d’un ordinateur
Logiciels (Software)
Fonctionnement
immatériel (non tangible)
ensemble de programmes exécutables par l’ordinateur
Saisie
Données
Instructions
Traitement
Restitution
UC
Résultats
3 types de logiciels
système d’exploitation (MS-DOS, Windows,
Unix,…)
Périphériques d’entrée
logiciels standards comme Word, Excel...
Joystick
Scanner Micro
Souris
Modem Caméra
Clavier
Périphériques de sortie
Mémoires auxiliaires
Flash disk
Ecran
Modem
progiciels : logiciels spécifiques (paye,
comptabilité, ...)
DVD
Disque dur
Haut parleur
Imprimante
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Composants matériels d’un ordinateur
Introduction à l’informatique
Plan
Mémoire
Unité centrale
Périphériques
Miloud RACHED
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Composants matériels d’un ordinateur
Mémoire
Définition
Dispositif capable d’enregistrer (stocker) et de
restituer des informations
Trois types
oRAM (Random Access Memory) ou mémoire
vive
oROM (Read Only Memory) ou mémoire morte
omémoire de masse ou secondaire
Composants matériels d’un ordinateur
Mémoire
Unité de stockage
BIT (Binary DigiT) : unité de stockage élémentaire
Toutes les informations sont codées sous forme de
nombres binaires composés de 0 et de 1
Les bits sont regroupés en octets (8 bits)
Selon l’ordinateur, un mot mémoire est composé de 2
(16 bits), 4 (32 bits), 8 (64 bits) octets
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Composants matériels d’un ordinateur
Composants matériels d’un ordinateur
Mémoire
Structure
Mémoire
Caractéristiques
La mémoire est organisée en cellules (octets ou mots)
Capacité : nombre d’octets
Chaque cellule est repérée par son adresse qui permet
à l’ordinateur de trouver les informations dont il a
besoin
Accès
2 modes d’accès à la mémoire
En lecture : aucun effet sur le contenu
En écriture : modifie son contenu
Composants matériels d’un ordinateur
Mémoire
Le contenu de la mémoire est composé
de données
et d’instructions
ocode de l’opération élémentaire
odonnée(s) ou adresse des données
Programme
Ensemble d’instructions et de données
odirect : grâce à l’adresse, accès immédiat à l’information
oséquentiel : pour accéder à une information, il faut
avoir lu toutes les précédentes
Temps d’accès : temps écoulé entre l’instant où
l’information est demandée et celui où elle est
trouvée
Composants matériels d’un ordinateur
Unité centrale
Sélectionner et exécuter les instructions du programme
en cours
Partie de l’ordinateur qui contient les circuits de base
la mémoire principale
ola mémoire vive (RAM)
ola mémoire morte (ROM)
la mémoire cache
le microprocesseur
oles circuits de calcul (UAL)
ol’unité de contrôle (ou de commande)
l’horloge système
l’unité d’entrée-sortie
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Composants matériels d’un ordinateur
Composants matériels d’un ordinateur
Unité centrale/ RAM
mémoire à accès direct à taille limitée
son contenu est volatile, i.e. il est perdu à chaque fois que
l’ordinateur ne fonctionne pas : d’où le besoin d’utiliser de la
mémoire auxiliaire rémanente
endroit où l’ordinateur stocke temporairement les données et
instructions (programmes) qu’il est en train d’utiliser et d’exécuter
o contient tous les programmes en cours d’exécution
o si le programme n’est pas en mémoire vive, seule une partie
est chargée, l’autre étant stockée en mémoire auxiliaire. Le
temps d’accès de la mémoire auxiliaire étant plus grand que
celui de la mémoire vive, plus la RAM est importante, plus
l’exécution des programmes est rapide
capacité standard : 2Go, 4Go, 8Go,…
Composants matériels d’un ordinateur
Unité centrale/ Mémoire cache
Unité centrale/ ROM
Mémoire permanente et inaltérable
Contient des petits programmes écrits par le constructeur pour la
mise en route de l’ordinateur
Types:
PROM (Programmable ROM) : programmables une seule fois
par l’utilisateur
EPROM (Erasable Programmable ROM) : effaçables et
programmables par l’utilisateur
EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM)
effaçables électriquement et programmables par l’utilisateur
:
UVPROM ou Flash EPROM (Ultra Violet Programmable
ROM) : effaçables en les mettant dans une chambre à
ultraviolet. Elles sont devenues obsolètes et remplacées par de
nouvelles mémoires (mémoire Flash)
Composants matériels d’un ordinateur
Unité centrale/ Microprocesseur
Cœur de l’ordinateur : traite et fait circuler les instructions et les
données
zone de mémoire ultra-rapide où sont conservées les
données et instructions qui reviennent le plus
souvent
Diminuer le temps d'accès aux données (en lecture ou
en écriture) du processeur par exemple
mémoire interne de petite taille
Composition :
Unité Arithmétique et Logique (UAL)
o
Ensemble de circuits qui
arithmétiques et logiques
exécutent
les
opérations
Unité de contrôle
o
o
o
Extrait une instruction du programme en MC, la fait
exécuter par l’UAL ou un périphérique et cherche
l’instruction suivante
Décode les instructions et trouve les données pour l’UAL
Reliée à l’horloge système, sa cadence de fonctionnement
dépend de la fréquence
Produits
Intel , AMD, …
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11/11/2013
Composants matériels d’un ordinateur
Composants matériels d’un ordinateur
Unité centrale/ Horloge
Unité centrale/ Unité E-S
Elle contrôle et synchronise le microprocesseur et les
composants associés
contrôle et gère le transfert d’informations entre l’UC et les
périphériques
Sa vitesse (fréquence) est exprimée en mégahertz (MHz,…)
Exemples
c’est-à-dire en million de cycles par seconde
L’efficacité
du
microprocesseur
est
directement
proportionnelle à la fréquence de l’horloge : une fréquence
élevée est donc souhaitable
carte graphique (écran)
carte contrôleur (disque dur)
carte son (micro, haut-parleur,…)
Exemples
Intel Core 1.5 Ghz, 2.60 Ghz, ….
Composants matériels d’un ordinateur
Périphériques
Introduction à l’informatique
3 Catégories de périphériques
d’entrée: recueillent les informations qui sont ensuite
transformées (numérisées i.e. codées en binaires) pour être
utilisables par la machine et transférées en mémoire
principale.
o
Exemple : clavier, souris, scanner,…
de sortie : transmettent l’information binaire de l’UC vers
l’extérieur sous une forme compréhensible par l’utilisateur
o
Exemple : écran, imprimante, haut-parleur,…
les mémoires auxiliaires : mémoire externe de grande capacité
mais d’accès moins rapide que la mémoire de l’UC
o
Exemple : disque dur, DVD, Flash Disk, CD,…
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11/11/2013
Exécution d’un programme
Exécution d’un programme
Plan
Schéma d’exécution
Microprocesseur
Horloge
MC
2
3
Unité de Contrôle
Schéma d’exécution
4
Démarrage
4
4
UAL
4
E/S
1
4
Exécution d’un programme
Exécution d’un programme
Schéma d’exécution
Démarrage (Booting)
Mise sous tension
Test par les programmes de la ROM
Chargement des instructions et des données en MC
À chaque top d’horloge, l’unité de contrôle ...
récupère une instruction et les données nécessaires puis elle
les analyse
déclenche le traitement adapté en envoyant un signal à l’UAL
ou à l’unité des entrées-sorties
présence des périphériques
Recherche du système d’exploitation en mémoire auxiliaire
o
sur le lecteur de dvd ou Flash Disk
o
sur le disque dur
Chargement en MC d’une partie du SE
o
noyau du SE : contient les instructions indispensables pour le bon
fonctionnement de l’ordinateur
Recherche des fichiers
o
système : configuration du matériel....
o
batch pour lancer par exemple automatiquement Windows
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11/11/2013
Introduction à l’informatique
Composants systèmes
Plan
Systèmes d’exploitation
Logiciels utilisateurs
Langages accessibles à l’ordinateur
Miloud RACHED
Année universitaire 2013-2014
Composants systèmes
Composants systèmes
Systèmes d’exploitation
Définition
Ensemble des programmes chargés de toutes les
fonctions relatives à l’exploitation des composants de
l’ordinateur
Objectifs
faciliter la tâche de l’utilisateur en lui présentant une
machine plus simple
assurer une exploitation efficace et économique des
ressources critiques de l’ordinateur
Systèmes d’exploitation
Exemples
Windows de Microsoft
o
XP, Vista, Win7, Win8, …
MAC OS d’Apple
o
X 10.6, X 10.7, X 10.8, …
Linux: open source sous GNU
o
Fedora, ubuntu, …
Android de Google
o
Ice cream sandwich, Jelly bean, …
attribuer de la mémoire aux programmes et contrôler
leur exécution
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11/11/2013
Composants systèmes
Composants systèmes
Logiciels utilisateurs
Langages accessibles à l’ordinateur
Standards :
Langage machine
programmes commerciaux, destinés à un large usage
o
Microsoft office : Word, Excel,…..
Permet le codage des instructions en binaire
Avantage:
o
Spécifiques :
Utilisations maximales des potentialités de la machine
(vitesse et occupation mémoire)
logiciels applicatifs contenant des instructions et des
informations
relatives
à
une
activité
spécifique
Inconvénients:
o
(comptabilité, gestion, …)
Complexité de la programmation en binaire surtout pour
des instructions complexes
o
Composants systèmes
Lié au type de la machine (problème de portabilité)
Composants systèmes
Langages accessibles à l’ordinateur
Langages accessibles à l’ordinateur
Langage machine
Langage assembleur
Codage symbolique des instructions (ADD, SUB, …)
Exemple:
Somme de deux opérandes : A + B
Adressage en base 10 ou 16
Cette opération est codée de la façon suivante:
Code de l’addition : 1010
Adresse de A : registre 3 (0011 en binaire)
Adresse de B : registre 7 (0111 en binaire)
Avantages:
o
o
1010
0011
0111
Code
opérateur
@ de A
@ de B
Plus simple à manipuler (écriture, modification et
débogage)
Exploite bien les potentialités de la machine
Inconvénients:
o
o
Lié au type de machine
Oblige à décomposer le programme en instructions
élémentaires
Exemple:
A + B en assembleur = ADD A B
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Introduction à l’informatique
Questions
Miloud RACHED
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