CoursInfo1SMPC2012-2013[2]

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Université Ibn-Tofail
Faculté des Sciences
Département d’Informatique Kénitra
Cours d’informatique 1
SMPC - Semestre 1
Introduction à l’informatique
Pr. Moulay Youssef HADI
hadi-moulay-youssef@univ-ibntofail.ac.ma
Année universitaire 2012/2013
1
Table des matières
1 L’information ........................................................................................................................................ 4
1.1 Nature et rôle de l’information ..................................................................................................... 4
1.2 L’organisation de l’information ..................................................................................................... 4
1.2.1 Le choix de l’information ........................................................................................................ 4
1.2.2 Le classement et la conservation de l’information ................................................................ 5
1.3 Le traitement de l’information ...................................................................................................... 5
1.3.1 Différentes catégories d’informations ................................................................................... 5
1.3.2 Différentes phases du traitement de l’information ............................................................... 6
1.4 Définition de l’informatique .......................................................................................................... 6
1.5 Moyen de traitement de l’information ......................................................................................... 6
2 Historique de l’informatique ................................................................................................................ 7
2.1 Les différentes générations ........................................................................................................... 7
2.2 Le modèle de Von Neumann ......................................................................................................... 8
2.3 Domaines de l’informatique .......................................................................................................... 8
2.4 Système de base de mémorisation ............................................................................................... 9
2.4.1 Codage de l’information ......................................................................................................... 9
2.4.2 Les unités de mesure .............................................................................................................. 9
1 Introduction........................................................................................................................................ 11
2 Systèmes de numération .................................................................................................................... 11
2.1 Système décimal.......................................................................................................................... 11
2.2 Système binaire ........................................................................................................................... 12
2.3 Système hexadécimal .................................................................................................................. 13
3 Conversion entre les systèmes ........................................................................................................... 13
3.1 Conversion binaire en décimal .................................................................................................... 13
3.2 Conversion décimal en binaire .................................................................................................... 14
3.3 Conversion hexadécimal en décimal ........................................................................................... 14
3.4 Conversion décimal en hexadécimal ........................................................................................... 14
3.5 Conversion binaire vers octal ...................................................................................................... 15
3.6 Conversion octal vers binaire ...................................................................................................... 15
3.7 Conversion binaire en hexadécimal ............................................................................................ 15
3.8 Conversion hexadécimal en binaire ............................................................................................ 16
3.9 Conversion en complément à 1................................................................................................... 16
3.10 Conversion en complément à 2................................................................................................. 16
2
3.11 Code DCB ................................................................................................................................... 16
4 Les opérations en binaire. .................................................................................................................. 17
4.1 L'addition. .................................................................................................................................... 17
4.2 La Multiplication .......................................................................................................................... 17
4.3 La soustraction ............................................................................................................................ 18
4.4 La division .................................................................................................................................... 18
5 Conversion d'un nombre décimal (avec virgule) en binaire ............................................................... 18
1 Les ordinateurs actuels....................................................................................................................... 20
2 Architecture d’un ordinateur ............................................................................................................. 21
3 Les différents types de mémoires ...................................................................................................... 22
3.1 Mémoire centrale ........................................................................................................................ 22
3.2 Mémoires auxiliaires ................................................................................................................... 23
4 Les périphériques ............................................................................................................................... 24
5 Les ordinateurs multimédias .............................................................................................................. 24
5.1 A l'intérieur d'une unité centrale ................................................................................................ 24
5.2 Les unités périphériques ............................................................................................................. 27
3
Chapitre 1 : Introduction à l’informatique
1 L’information
1.1 Nature et rôle de l’information
Quel est le sens du mot information ?
-
Dans le langage courant, il s’agit d’un renseignement quel qu’il soit. Chacun a besoin
de demander ou d’échanger des renseignements pour entreprendre ses diverses
activités.
-
Tout élément de connaissance susceptible d’être représenté à l’aide de conventions
pour être conservé, traité ou communiqué.
-
C’est un fait ou un ensemble de faits dont la connaissance, fournie par un support
quelconque, nous permet d’entreprendre une action.
L’information peut être donnée sous différentes formes : signal visuel, expression littérale ou
chiffrée, écrite ou orale. Mais ces moyens nous fournissent toujours la connaissance d’un fait.
1.2 L’organisation de l’information
La masse des informations nécessaire à la gestion d’une entreprise1 impose un effort
d’organisation pour que cette information soit facilement utilisable.
1.2.1 Le choix de l’information
La gestion d’une entreprise repose sur un choix judicieux et fréquemment remis en question
des informations nécessaires. L’automatisation de gestion pose le problème avec plus d’acuité
parce que la production de l’information, plus aisée, tend à la rendre plus abondante et rend
moins exigeant sur la notion d’utilité. On peut y distinguer trois niveaux :
-
les informations utiles : parmi celles-ci figurent tous les informations relatifs à
l’exploitation immédiate;
Une entreprise est une organisation, c’est-à-dire un ensemble d’individus regroupés en vue de réaliser certaines
tâches, d’atteindre certains objectifs (par exemple : l’Université est une entreprise).
1
4
-
les informations susceptibles d’être utiles : certaines informations peuvent être
écartées momentanément, car elles peuvent se révéler utiles ultérieurement et
l’entreprise a l’intérêt à les conserver;
-
les informations inutiles : de nombreuses informations n’ont aucun intérêt pour
l’entreprise bien que qu’elles soient disponibles au même titre que les informations
utiles, et souvent plus facile à obtenir.
1.2.2 Le classement et la conservation de l’information
Les besoins des utilisateurs exigent que les informations soient organisées, structurées en
groupes. Cette organisation de l’information aboutit à la création de fichiers, base de tous les
processus de traitement.
On peut considérer un fichier comme un ensemble d’informations ayant des caractères
communs et classées dans un certain ordre. Il peut être consulté, mise à jour, fusionné, trié,….
1.3 Le traitement de l’information
La nature de l’information est double. Dans un premier sens, l’information est un
renseignement qui améliore notre connaissance sur un sujet quelconque et dans un second
sens, l’information est une représentation de ce renseignement.
Le traitement de l’information est le déroulement systématique d’une suite d’opération sur des
données. Il consiste à passer d’un état appelé données à un autre état appelé résultats.
Données
Traitement de l’information
Résultats
1.3.1 Différentes catégories d’informations
On peut distinguer trois catégories d’informations :
-
les informations élémentaires : ce sont des données de base. Elles constituent les
opérandes du traitement. Elles découlent directement de l’observation d’un
événement. Ces informations élémentaires ne sont pas directement utilisables pour la
gestion;
-
les informations élaborées : ce sont les résultats du traitement. À partir des
informations élémentaires on peut créer un produit élaboré, un résultat, conforme à la
demande de l’utilisateur;
-
les informations de commande : ce sont celles qui définissent le traitement, c’est-àdire la suite des opérations à effectuer pour passer des informations élémentaires
5
d’entrée aux informations résultantes en sortie. Ce sont des instructions dont la
connaissance est indispensable pour réaliser le traitement.
1.3.2 Différentes phases du traitement de l’information
Le traitement de l’information exige plusieurs phases essentielles :
-
la collection des informations élémentaires : ces informations proviennent de
sources diverses et dans un ordre quelconque;
-
la saisie des informations : l’information qui découle d’un événement est notée,
enregistrée sur un support qui permet la conservation et la communication;.
-
le tri des informations : il s’agit du regroupement des informations de même nature
dans un ordre méthodique en vue de les traitées;
-
l’exploitation des informations : il s’agit de l’utilisation de l’information. Cette
phase rend les éléments nouveaux utilisables soit par l’homme (copie manuelle, …)
soit par des machines (automatique).
1.4 Définition de l’informatique
Un traitement de l’information peut être automatisé si on est capable de définir parfaitement
les données et les résultats et de décomposer le passage de ces données vers ces résultats en
une suite d’opérations élémentaires dont chacune peut être exécutée par une machine.
L’informatique consiste à tenter d’automatiser ce passage des données vers les résultats. On
peut dire que l’informatique (computer science en anglais) est une science de traitement
automatique de l’information.
1.5 Moyen de traitement de l’information
Pour traiter l’information d’une manière automatique, il faut être capable de :
-
définir parfaitement les données et les résultats ;
-
décomposer le passage de ces données vers ces résultats en une suite d’opérations
élémentaires dont chacune peut être exécutée par une machine.
L’ordinateur est l’outil automatique convenable qui permet d’effectuer ces opérations. On
peut dire que l’ordinateur est une machine automatique du traitement de l’information.
6
2 Historique de l’informatique
On attribue à Charles Babbage (1792-1871) l’origine de l’ordinateur électronique moderne. Il
fut, en effet, le premier à avoir décrit les principes d’un calculateur d’application générale. Sa
machine analytique (1833) comportait les quatre opérations de base : addition, soustraction,
multiplication et division, et pouvait être programmée à l’aide de cartes perforées.
Il est reconnu actuellement que le premier ordinateur électronique à usage universel est
l’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) construit dans le plus grand secret,
dans les années 1940, par John Eckert et John Mauchly pour le calcul des tables de tir
d’artillerie. Avec l’aide de John Von Neumann, ils commencent l’étude du successeur de
l’ENIAC : l’EDVAC puis en 1951, l’UNIVAC (Universal Automatic Computer), le premier
ordinateur commercial.
2.1 Les différentes générations
a. Première génération : 1945-1958
C’est la génération des ordinateurs spécialisés, c’est-à-dire, soit nous avions des ordinateurs à
usage scientifique (pour résoudre des calculs importants), soit des ordinateurs à usage
gestionnaire. C’est l’époque de la technologie des lampes ou des relais.
La plupart des concepts architecturaux que l’on trouve dans les ordinateurs modernes ont été
inventés à cette époque : les registres d’indexation (1949), la microprogrammation (1951), la
représentation des nombres avec virgules flottante (1954), les interruptions de programme
(1954), les entrées-sorties asynchrones (1956), l’adressage indirect (1958).
b. Deuxième génération : 1959-1964
C’est la génération des ordinateurs à usage général utilisés pour le traitement de données.
Conçues à partir de diodes et transistors, les machines deviennent plus petites, rapides, fiables.
Coté logiciel, les premiers langages évolués de programmation voient le jour (COBOL,
FORTRAN, ALGOL, LISP).
c. Troisième génération : 1965-1978
La troisième génération est marquée par l’utilisation de circuits intégrés SSI (Small Scale
Integration) puis MSI (Medium Scale Integration), c’est-à-dire des circuits contenant environ
d’abord une dizaine de composants élémentaires, puis quelques centaines. Cette génération est
aussi la génération des mini-ordinateurs. C’est aussi la génération des premiers
microprocesseurs avec le circuit d’Intel (apparu en 1972). Coté logiciel, le système
7
d’exploitation devient la ressource la plus importante et aussi la plus complexe en permettant
de nouveaux modes d’utilisation des machines. Au niveau des langages de programmation, on
voit apparaître PL1, Algol 68, Simula 67, Pascal, Basic, APL.
d. Quatrième génération : 1979-1985
Cette génération est caractérisée principalement par la notion de réseaux de machine.
Au niveau technologique, l’utilisation de circuits LSI (Large Scale Integration) contenant
plusieurs centaines d’éléments logiques, permet d’augmenter le nombre de composants
logiques élémentaires.
e. Cinquième génération : 1985-…
Cette dernière génération est celle des systèmes distribués interactif. Ce fut en son début, la
génération de machines langages dédiées à l’intelligence artificielle.
Au niveau technologique, les progrès sont immenses, par rapport aux premières générations.
On parle de niveau d’intégration VLSI (Very Large Scale Integration), ce qui permet
d’augmenter de plusieurs ordres de grandeurs, le nombre de composants logiques
élémentaires dans une machine. Un processeur (puce) contient plusieurs millions de
transistors dans un seul circuit intégré.
2.2 Le modèle de Von Neumann
Le modèle de machines de Von Neumann (1946), caractérise les machines informatiques
possédant les éléments suivants :
1. une mémoire séquentielle contenant programme (ensemble d’instructions) et données,
organisée ;
2. une unité de calcul arithmétique ou logique : l’UAL ;
3. une unité permettant l’échange d’information avec des dispositifs externes à la
machine ;
4. une unité de commande (ou unité de contrôle), chargé de diriger le tout.
2.3 Domaines de l’informatique
L’informatique recouvre deux domaines distincts :
-
le matériel (Hardware), concerne les composants physiques de l’ordinateur (circuits
logiques, architecture des machines) ;
-
le logiciel (Software) traite de la manière de se servir du matériel ;
8
2.4 Système de base de mémorisation
Le système binaire ou système à deux états (système à base 2) est le plus simple qu’on puisse
imaginer pour mémoriser l’information. Pour le réaliser, il suffit d’utiliser une composante
physique capable de prendre deux états distincts, stables et ne peuvent être modifiés que par
un mécanisme extérieur.
Exemple : l’ampoule électrique a deux états possibles : allumée ou éteinte. Chaque état de
l’ampoule est stable puisqu’il faut une intervention extérieure (commutateur) pour le
modifier. On peut associer à chaque état de l’ampoule une information ; ainsi on pourrait
associer le chiffre 0 à l’état « éteinte » et le chiffre 1 à l’état « allumé ». Le tableau suivant
nous montre qu’on peut utiliser d’autres terminologies.
Un état
L’autre état
0
1
éteint
allumé
fermé
ouvert
faux
vrai
bas
haut
froid
chaud
non
oui
2.4.1 Codage de l’information
Bit : L’unité de traitement d’un ordinateur et tous les composants qui l’entourent doivent
traiter les nombres usuels (0, 1, 2, …, 8, 9) dont la représentation au moyen d’états électriques
est très complexe. C’est la raison pour laquelle les ordinateurs travaillent sur des nombres «
binaires », et n’utilisent que les chiffres 1 (allumé) et 0 (éteinte). Chaque 0 ou 1 d’un nombre
binaire constitue un bit (signifie : binary digit). C’est la plus petite unité d'information
manipulable par une machine. Il faut, par exemple, 4 bits pour représenter un chiffre ordinaire
tel que « 8 » (qui s’écrit 1000 en représentation binaire).
2.4.2 Les unités de mesure
Les unités de mesure de stockage de l’information sont :
Le bit (pas de notation)
1 O (octet ou byte) = 8 bits
9
1 Ko (Kilo octets) = 1024 octets
1 Mo (Méga octets) = 1024 Ko
1 Go (Giga octets) = 1024 Mo
1 To (Téra octets) = 1024 Go
Exercice : Effectuez les calculs suivants :
1. Convertir en Ko :
362 496 octets = ............................................................................
2. Sachant qu’une page de texte comporte environ 1500 caractères, combien de pages peut-on
stocker sur un support de :
1,4 Mo (disquette) = .......................................................................
700 Mo (CD-Rom) = .....................................................................
10
Chapitre 2 : Codage de l’information
1 Introduction
Quelle que soit la nature de l'information (image, son, texte, ...) traitée par un ordinateur, elle
l'est toujours sous la forme d'un ensemble de nombres écrits en binaire (base 2).
L'objectif de ce chapitre est de comprendre comment les ordinateurs :
-
représentent une information (nombre, caractère, image, son, etc).
-
convertissent des entiers ou des nombres à virgule en représentation binaire et vice
versa.
-
réalisent des opérations mathématiques et logiques.
2 Systèmes de numération
2.1 Système décimal
Le système décimal utilise un alphabet de 10 chiffres (de 0 à 9) et prend en compte la position
de ces chiffres. De ce fait, le système décimal a pour base 10.
Exemple :
Soit le nombre décimal K = 5647
Ce nombre est la somme de 7 unités, 4 dizaines, 6 centaines et 5 milliers.
Nous pouvons écrire :
K = (5 x 1000) + (6 x 100) + (4 x 10) + (7 x 1)
K = (5 x 103) + (6 x 102) + (4 x 101) + (7 x 100)
10 représente la base et les puissances de 0 à 3 le rang de chaque chiffre.
Cette façon d'écrire les nombres est appelée système de numération de position.
Dans notre système conventionnel, nous utilisons les puissances de 10 pour pondérer la valeur
des chiffres selon leur position.
11
2.2 Système binaire
Le système binaire est un système qui comprend deux chiffres : 0 et 1. Tous les nombres sont
formés par ces chiffres. De ce fait, le système a pour base 2.
Dans les domaines de l'automatisme, de l'électronique, de l'informatique et de
télécommunications, nous utilisons la base 2.
Exemple :
-
Un interrupteur est ouvert ou fermé.
-
Une diode est allumée ou éteinte.
-
Une tension est présente ou absente.
A chaque état on associe un état logique soit 0 ou 1.
Le chiffre binaire qui peut prendre ces deux états est nommé Bit (Binary digit).
Avec un bit nous pouvons coder 2 états
Avec 2 bits nous pouvons coder 4 états
Avec 3 bits nous pouvons coder 8 états
A chaque nouveau bit, le nombre de combinaisons possibles est doublé. Ce nombre est égal à
2N (N étant le nombre de bits).
Note : définition d’un Octet
Un groupe de bits est appelé un mot, un mot de huit bits est nommé un octet (byte).
0
1
1
0
1
12
0
1
1
Avec un octet, nous pouvons écrire 28 = 256 nombres binaires, soit de 00000000 (0) à
11111111 (255).
2.3 Système hexadécimal
Le système hexadécimal est le système le plus utilisé par l'homme en informatique car il
permet l'interprétation rapide d'une valeur binaire.
C’est un système de numération positionnel en base 16, utilise les dix premiers chiffres et les
6 premières lettres : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F.
Décimal
Hexadécimal
0
0
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
6
6
7
7
8
8
9
9
10
A
11
B
12
C
13
D
14
E
15
F
3 Conversion entre les systèmes
3.1 Conversion binaire en décimal
Dans un nombre binaire, la valeur d'un bit, appelée poids, dépend de la position du bit en
partant de la droite. A la manière des dizaines, des centaines et des milliers pour un nombre
décimal, le poids d'un bit croît d'une puissance de deux en allant de la droite vers la gauche
comme le montre la figure suivante :
Il suffit donc de faire la somme des poids de chaque bit à 1.
Le nombre ci dessus est égal à 128 + 64 + 32 + 16 + 4 + 2 + 1 = 255
Exemple :
(1010)2 = 1 x 23 + 0 x 22 + 1 x 21 + 0 x 20
(1010)2 = 1 x 8 + 0 x 4 + 1 x 2 + 0 x 1
donc : (1010)2 = (10)10
13
3.2 Conversion décimal en binaire
Pour obtenir l'expression binaire d'un nombre exprimé en décimal, il suffit de diviser
successivement ce nombre par 2 jusqu'à ce que le quotient obtenu soit égal à 0. Le nombre
cherché est donné par les restes successifs des divisions pris du bas vers en haut.
Exemple : Conversion d’un nombre décimal 223 en binaire
(223)10 = (11011111)2
3.3 Conversion hexadécimal en décimal
Exemple : Convertir le nombre (5AC)16 en décimal.
Le nombre (5AC)16 peut se décomposer comme suit :
(5AC)16 = 5 x 162 + A x 161 + C x 160
En remplaçant A et C par leur équivalent en base 10, on obtient :
(5AC)16 = 5 x 162 + 10 x 161 + 12 x 160
(5AC)16 = 5 x 256 + 10 x 16 + 12 x 1
Donc : (5AC)16 = (1452)10
3.4 Conversion décimal en hexadécimal
Pour convertir un nombre décimal en hexadécimal, il suffit d’effectuer des divisions entières
par 16 comme en binaire.
14
Exemple :
(2896)10 = (B50)16 (11 correspond à la lettre B).
3.5 Conversion binaire vers octal
On passe facilement du binaire à l'octal en groupant les bits par blocs de trois en allant vers la
gauche puis on fait correspondre à chaque bloc son équivalent décimal. Le tableau suivant
donne la correspondance entre les chiffres décimaux allant de 0 à 7 et leur équivalent binaire
sur 3 bits :
Binaire
Décimal
000
0
001
1
010
2
011
3
100
4
101
5
110
6
111
7
Exemple :
Convertir les nombres binaires suivants en octal :
a) (100111010001)2
b) (101110011101)2
c) (10111)2
-----------------------------------a) (100 111 010 001)2 = (4721)8
b) (101 110 011 101)2 = (5635)8
c) (10 111)2 = (27)8
3.6 Conversion octal vers binaire
Pour cela, il suffit d'associer à chaque chiffre du nombre octal son équivalent binaire sur 3
bits.
Exemple : (402)8 = (100 000 010)2
3.7 Conversion binaire en hexadécimal
Pour convertir du binaire en hexadécimal, il suffit de faire correspondre un mot de quatre bits
à chaque chiffre hexadécimal en utilisant le tableau suivant :
15
Tableau de conversion binaire en hexadécimal
Exemple : Convertir 1111110010110001 en hexadécimal.
(1111110010110001)2 = (FCB1)16
Note : (111010)2 = (00111010)2 = (3A)16
3.8 Conversion hexadécimal en binaire
Cela consiste à associer à chaque caractère du nombre hexadécimal son équivalent binaire sur
4 bits.
Exemple : (1FA2)16 = (0001 1111 1010 OO1O)2
3.9 Conversion en complément à 1
On passe facilement d’un nombre binaire en son complément à 1 en inversant tous les bits (les
‘0’ deviennent des ‘1’ et les ‘1’ des ‘0’).
Nombre décimal
5
7
Nombre binaire
(101)2
(0111)2
Complément à 1
(010)2
(1000)2
3.10 Conversion en complément à 2
Le complément à 2 d’un nombre binaire est tout simplement son complément à 1 auquel on
additionne 1.
3.11 Code DCB
Le code DCB signifie Décimal Codé Binaire. Chaque chiffre du nombre décimal est codé
individuellement en son équivalent binaire sur quatre bits (quartet), ce qui n'est pas le cas pour
le code binaire naturel où on convertit le nombre décimal dans son intégralité.
Exemple :
Nombre décimal
127
255
64
Code DCB
(000100100111)DCB
(001001010101)DCB
(01100100)DCB
16
Code binaire
(1111111)2
(11111111)2
(1000000)2
Remarque :
-
Le code DCB est un code non pondéré. Il n’obéit pas à la Forme Polynomiale.
-
Dans le code DCB, il faut plus de bits pour exprimer le même nombre, qu'en code
binaire.
4 Les opérations en binaire.
Le fait de travailler en base 2 ne change rien aux règles profondes qui lient les nombres. On
peut donc dire qu'en binaire, les opérateurs existant en base 10 s'appliquent avec les mêmes
règles.
4.1 L'addition.
L'addition en binaire garde les mêmes règles que l'addition en décimal, on y retrouve les
propriétés de commutativité et d'associativité des additions décimales.
Mais regardons les additions d'un bit par un autre.
4.2 La Multiplication
La multiplication binaire se réalise comme une multiplication décimale.
17
4.3 La soustraction
Encore une fois, la soustraction binaire est identique à sa sœur décimale, tant au niveau des
propriétés que de la méthode de calcul.
4.4 La division
La division binaire est le reflet exact de la division décimale. On utilise une nouvelle fois les
mêmes méthodes, et les mêmes propriétés s'appliquent.
Exemple :
5 Conversion d'un nombre décimal (avec virgule) en binaire
Exemple 1 : conversion du nombre 0.625
0.625 * 2 = 1.250
poids
1*2-1
0.250 * 2 = 0.500
poids
0*2-2
0.500 * 2 = 1.000
poids
1*2-3
On a donc (0.625)10 = (0.101)2
18
Exemple 2 : conversion du nombre 12.625
On a (12)10 = (1100)2
Et donc (12.625)10 = (1100.101)2
(0.625)10= (0.101)2
Exemple 3 : conversion du nombre 0.325
0.325 * 2 = 0.650
poids
0*2-1
0.650 * 2 = 1.300
poids
1*2-2
0.300 * 2 = 0.600
poids
0*2-3
0.600 * 2 = 1.200
poids
1*2-4
0.200 * 2 = 0.400
poids
0*2-5
0.400 * 2 = 0.800
poids
0*2-6
0.800 * 2 = 1.600
poids
1*2-7
0.600 * 2 = 1.200
poids
1*2-8
0.200 * 2 = 0.400
poids
0*2-9
0.400 * 2 = 0.800
poids
0*2-10
0.800 * 2 = 1.600
poids
1*2-11
On a donc (0.322)10 = (0.010 1001 1001 1001)2
19
Chapitre 2 : Architecture d’un ordinateur
1 Les ordinateurs actuels
Il existe trois catégories principales d'ordinateurs :
-
les ordinateurs universels ou macro-ordinateurs très puissants. Ils sont utilisés par les
grandes entreprises, les recherches scientifiques, l'armée, etc. ;
-
les mini-ordinateurs sont utilisés pour le contrôle de machines industrielles
complexes ;
-
les micro-ordinateurs sont utilisés par les particuliers.
Macro-ordinateurs
Mini-ordinateurs
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Micro-ordinateurs
2 Architecture d’un ordinateur
La plupart des ordinateurs sont construit selon une même architecture. La figure suivante
donne une idée générale sur une telle architecture. Les flèches indiquent la circulation des
informations entre les différents organes.
-
La mémoire centrale sert à stocker les instructions du programme à traiter et les
données dont il a besoin.
-
Les organes d'entrée permettent d'introduire les données à la mémoire centrale,
nécessaires à l'exécution du programme.
-
Les organes de sortie transmettent les résultats finaux à l'utilisateur.
-
L'unité de commande interprète les instructions du programme qui lui sont
communiquées l'une après l'autre par la mémoire centrale, puis donne les ordres aux
autres organes pour coordonner leur fonctionnement lors de l'exécution de chaque
instruction.
21
Structure d’un ordinateur
3 Les différents types de mémoires
Nous appellerons Mémoire, tout dispositif électronique capable de conserver et restituer une
information. D’une manière générale, l’information est mémorisée dans un format binaire, le
bit. On parle souvent d’octet (byte en anglais) qui vaut 8bits. Le mot sera l’ensemble de bits
pouvant être lus ou écrits simultanément. La taille d’un mot pourra être de 64bits.
D’une manière générale, nous pouvons distinguer deux groupes de mémoires, les mémoires
internes, formant la mémoire centrale du système informatique, et les mémoires auxiliaires.
3.1 Mémoire centrale
C’est une mémoire interne du micro-ordinateur. Elle permet de mémoriser les programmes et
d’effectuer les calculs. On distingue deux sortes de mémoires :
-
La mémoire morte ou ROM (Read Only Memory) : on peut seulement lire son
contenu. L’écriture peut être réalisée lors de la fabrication. Elle contient le premier
22
programme lu par le micro-ordinateur à la mise en route (BIOS2). L’écriture unique
peut aussi être réalisée après fabrication. On parle alors des mémoires PROM
(Programmable Read Only Memory) et EPROM (Erasable Programmable Read Only
Memory), c'est-à-dire des PROM effaçables et reprogrammables.
-
La mémoire vive ou RAM (Random Access Memory) : Il s'agit de la mémoire
principale de l'ordinateur. Elle stocke tous les programmes et toutes les données dont
le processeur se sert à un moment donné. Il existe plusieurs type de mémoire, les plus
courantes à l'heure actuelle sont la SDRAM, elle peut-être PC66, PC100, ou bien
PC133 c'est celle la qui est la plus utilisée en ce moment, et la RDRAM, c'est une
barrette mémoire qui est conçu pour les nouveaux processeurs. C’est une mémoire
volatile.
RAM : barrette 30 pins SIMM 8 bits
3.2 Mémoires auxiliaires
Les mémoires auxiliaires sont principalement utilisées pour stocker des programmes ou des
fichiers de données. Elles doivent donc avoir comme caractéristiques principales d’être non
volatiles - c’est-à-dire de garder l’information stockée en mémoire très longtemps (plusieurs
années) -, de permettre une grosse capacité de stockage - de quelques centaines de Megaoctets
(Mo) à plusieurs Giga–octets (Go) - et d’être éventuellement transportables. Ces mémoires
sont, en général, réalisées sur des supports magnétiques tels que cassettes, disquettes, disques
durs, disquettes ZIP, CD-Rom, Streamer (Bondes), clé USB.
2
Le Bios (Basic Input Output System) est un ensemble de routines (programmes) permettant au système
d'exploitation de gérer les différents éléments de la carte mère. Chaque évolution technologique peut
nécessiter une évolution du Bios.
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4 Les périphériques
On appelle « périphérique », tout ce qui se connecte à l’unité centrale : les plus communs sont
le clavier, la souris et, bien sûr, les unités de stockage comme les disques durs.
On distingue les périphériques d’entrée comme le clavier, de sortie comme l’écran ou les deux
à la fois comme les unités de stockage.
Les imprimantes, les modems ou les graveurs de CD-ROM sont aussi des périphériques.
5 Les ordinateurs multimédias
Les ordinateurs multimédias d'aujourd'hui sont le fruit de plusieurs décennies de progrès
rapides dans le domaine de la technologie informatique.
Constitution d’un ordinateur
Un PC est constitué : d'une unité centrale (le boîtier), d'un moniteur (l'écran), d'un clavier,
d'une souris, de périphériques internes (cartes sons, vidéo ...) et de périphériques externes
(imprimantes, scanner...).
5.1 A l'intérieur d'une unité centrale
a. La carte mère
La carte mère est la partie essentielle d’un ordinateur. C’est sur la carte mère que sont fixés
les composants électroniques indispensables (microprocesseur, puces, mémoires, …). Elle
comporte aussi des connecteurs (ou slots), emplacements propres à recevoir des cartes
additionnelles gérant différents périphériques (carte son, carte vidéo, …).
Sur la carte mère sont connectés :
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-
Le processeur (cerveau de l'ordinateur) – CPU
-
Les mémoires (ROM, RAM, mémoire cache)
-
Le(s) disque-dur(s), lecteurs CD-ROM, lecteurs de disquettes (stockage)
-
Les périphériques internes (sur les bus ISA, PCI, AGP)
-
…
Carte mère
b. Le processeur - CPU
Le processeur, appelé également CPU (Central Processing Unit) est un circuit électronique
cadencé au rythme d'une horloge interne. Il effectue les tâches de Contrôle/Décision/Calcul.
C'est-à-dire il exécute les opérations indiquées par les instructions. C’est l’unité de commande
qui pilote le processeur, en lui envoyant, par exemple un certain nombre de commandes à
exécuter.
25
Le processeur peut contenir plusieurs éléments dont le plus important, pour le calcul, est
l’unité arithmétique et logique.
Les fabricants américains les plus connus sont Intel, AMD et CYRIX.
Types de microprocesseurs
c. La mémoire
Pour travailler, le microprocesseur utilise des espaces de travail qui lui servent à stocker les
données qu’il manipule. Ces espaces de travail sont aux nombres de trois :
1. La mémoire vive ou DRAM, sous forme de barrette placés sur la carte mère.
2. La mémoire cache interne ou L1 (niveau 1), qui se trouve dans le processeur luimême.
3. La mémoire cache externe, SRAM ou encore L2 (niveau 2), qui se trouve sur la carte
mère.
i.
La mémoire cache interne, ou L1 : C’est une petite portion de mémoire
placée dans le processeur, qui permet à ce dernier à stocker les informations
dont il se sert très souvent. La taille de ce cache de premier niveau tend à
augmenter à chaque nouveau processeur :
La mémoire cache SRAM ou L2 : C’est une petite quantité de mémoire (de
ii.
256 Ko à 512Ko) d’un accès très rapide, qui sert à stocker les informations les
plus utilisé par le processeur. Elle est généralement soudée directement sur la
carte mère, et est maintenant toujours de type synchrone, c'est-à-dire au même
rythme que le chipset. Les données sont envoyées du cache au processeur par
plusieurs voies simultanément.
NOTE : Pour les derniers processeurs d’Intel Pentium, ces caches de second
niveau sont inclus à l’intérieur du processeur et donc plus sur la carte mère.
26
d. Les BUS
Un bus est un canal par lequel circulent des informations entre les éléments d'un ordinateur.
Pour communiquer avec la mémoire, les microprocesseurs utilisent :
-
Le Bus d'adresse : pour sélectionner l'emplacement de la mémoire avec lequel on
veut communiquer.
-
Le Bus de Données : pour transporter les informations.
-
Le Bus de Contrôle : pour gérer les échanges.
Types de Bus
Le nombre de lignes du Bus d'adresses détermine la capacité d'adressage. Le nombre de lignes
du Bus de données détermine en partie la vitesse de transfert des données.
Il existe également d'autres Bus plus récents tels que :
-
Le Bus USB (Universal serial Bus).
-
Le Bus AGP dédié au traitement des données graphiques.
5.2 Les unités périphériques
Les unités périphériques sont les parties de l'ordinateur qui permettent à l'utilisateur de
communiquer avec l'unité centrale. Elles comprennent les organes d'entrée, les organes de
sortie et les organes de lecture et d'écriture sur les mémoires auxiliaires.
a. Les organes d'entrée
Ils recueillent les informations qui sont ensuite transformées, par des interfaces, et envoyées à
la mémoire centrale. Comme exemples nous citons :
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i. Un clavier
ii. Une souris
iii. Un scanner ou Numériseur
D’autres organes d'entrée : un microphone, un lecteur de codes à barres, un lecteur optique ou
magnétique, un appareil photo numérique, une caméra, etc.
b. Les organes de sortie
Ils transmettent à l'extérieur sous une forme compréhensible par l'utilisateur, les résultats
recueillis dans la mémoire centrale. Comme exemples nous citons : l’écran, imprimante, etc.
i.
L’écran
L’écran de l’ordinateur est un périphérique de la carte vidéo. Cet écran a une résolution
maximale (typiquement 640x480, 800x600, 1024x768, 1280x1024 en points) et une
fréquence de rafraîchissement en MHz (c’est le nombre de fois où il lit les informations de la
carte vidéo pour réactualiser les données à l’écran). De nos jours, tous les écrans sont au
minimum SUPER VGA (800*600).
Figure 1.26 Un écran de 17 pouce
Quelques caractéristiques de l’écran :
• Les écrans (ou moniteurs) se caractérisent par leur dimension (la diagonale - généralement
12, 14, 17 ... pouces) et par le nombre de points lumineux qu'ils peuvent afficher (on parle de
pixels). Leur définition est précisée par le nombre de pixels en horizontal et en vertical ; celleci doit être adaptée à la taille de l’écran
• Tout écran doit en outre être accompagné d'une électronique adaptée qui se loge dans l'unité
centrale (carte vidéo). Actuellement, tous les nouveaux moniteurs sont de type VGA ou
SVGA.
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Initiation à l'informatique _v1.0 2 8 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj
Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1
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ii. Imprimante
Les types d'imprimantes
Les imprimantes sont très diverses. En fonction du procédé d'impression mis en oeuvre, on
distingue au moins trois types d'imprimantes : les imprimantes à aiguilles, les imprimantes à
jet d'encre et les imprimantes laser. Voici un bref aperçu des caractéristiques des trois
catégories et, par la même occasion, des trois procédés d'impression.
1. Imprimante matricielle ou à aiguilles
Figure 1.27 Imprimantes matricielle
Une imprimante matricielle utilise un procédé à aiguilles. Ces aiguilles, en principe au
nombre de 24, sont rassemblées dans une tête d'impression mobile (elle va de droite à gauche,
puis revient). Elles viennent au contact d'un ruban chargé d'encre. Aux emplacements où une
aiguille vient presser sur le ruban, l'encre est déposée sur le papier. Les déplacements des
aiguilles sont effectués selon un principe électromagnétique. Les imprimantes matricielles à
24 aiguilles travaillent en général avec une résolution de 360 dpi, les anciens modèles à 9
aiguilles n'atteignant que 240 dpi.
2. Imprimante à jet d'encre
Figure
1.28
Imprimantes
à
jet
d’encre
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Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1
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L'imprimante à jet d'encre, tout comme son homologue à aiguilles, est une imprimante
matricielle, avec le silence en plus. Comme les modèles à aiguilles, les imprimantes à jet
d'encre sont équipées d'une tête d'impression se déplaçant à l'horizontale. Les aiguilles sont
remplacées ici par des buses. Les déplacements verticaux sont aussi le fait du transport du
papier. La tête d'impression envoie de l'encre aux endroits requis. En général, ces
périphériques travaillent en résolution 300 dpi.
3. Imprimante laser
29
Figure 1.29 Imprimantes Laser
L'imprimante laser utilise un procédé très proche du principe du photocopieur. La page entière
est d'abord construite dans la mémoire de l'imprimante, puis transférée sur la feuille par le
coeur de l'appareil, le tambour. Ce tambour est chargé électriquement. Aux emplacements où
frappe la lumière, le tambour est déchargé. Le toner, la fine poudre noire qui fait office
d'encre, est également chargé en électricité et vient se coller au tambour aux endroits
déchargés. Ce tambour tourne sur lui-même et dépose le toner sur la feuille de papier. En
principe, les imprimantes laser travaillent en 300 dpi, mais des résolutions de 600 dpi
deviennent de plus en plus courantes.
La vitesse d’impression s’exprime en cps (caractères par seconde) pour les imprimantes à
aiguilles, en ppm (page par minute) pour les jets d’encre et laser.
D’autres organes de sortie: une table traçante, des haut-parleurs, etc.
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Initiation à l'informatique _v1.0 3 0 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj
Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1
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c
. Organe d’entrée-sortie : le modem
Figure 1.30 Carte modem
Principe de fonctionnement d’un modem
Un ordinateur fonctionne en mode numérique. Un téléphone fonctionne actuellement en mode
analogique.
Pour que l'information provenant d'ordinateurs puisse circuler sur des lignes téléphoniques, il
faut la convertir.
Le modem permet cette conversion dans les 2 sens :
• la modulation, conversion du signal de numérique en analogique ;
• la démodulation, conversion du signal d'analogique en numérique.
30
Signal numérique O11OO1111OOO...Signal analogiqueMODEMModulation Démodulation
Figure 1.31 Fonctionnement d’un modem
Le MODEM est la contraction de MOdulateur / DEModulateur.
Un modem est composé de 4 éléments essentiels :
• un codeur ;
• un modulateur/démodulateur ;
• un filtre ;
• un transformateur de ligne.
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Initiation à l'informatique _v1.0 3 1 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj
Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1
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3.6 L'unité centrale de traitement
L'unité centrale de traitement CPU (Central Processing Unit), appelée aussi microprocesseur,
est le « cerveau » de l’ordinateur. Son rôle est d’exécuter les programmes stockés en mémoire
centrale en changeant les instructions, en les décodant et en l’exécutant l’une après l’autre.
Elle est composée d’une unité de commande qui charge les instructions et les décode, d’une
unité arithmétique et logique (UAL) qui exécute des opérations.
3.6.1 Unité de commande
L’unité de commande est constituée de plusieurs organes qui permettent la recherche en
mémoire et le décodage d’une instruction, on trouve :
• Des registres, ce sont des petites mémoires d'accès extrêmement rapide qui permettent de
stocker temporairement des données, des adresses ou des instructions en cours de traitement.
• Un compteur ordinal qui est un registre contenant l’adresse de l’instruction à chercher.
• Le décodeur de code opération qui détermine l’opération à effectuer.
• Le séquenceur qui génère les signaux de commande.
31
• L’horloge qui synchrone toutes les actions de l’unité centrale.
3.6.2 Unité arithmétique et logique
Elle a pour rôle d'effectuer des opérations arithmétiques (addition, soustraction,
multiplication, multiplication, division) et logiques (et, ou, non, <, >, =, décalage, rotation) ;
elle est dotée de registres appelés accumulateurs pour stocker temporairement les opérandes et
les résultats de l'opération à effectuer.
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Initiation à l'informatique _v1.0 3 2 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj
Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1
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4 Les logiciels
4.1 Système d’exploitation
C’est un logiciel qui contrôle le fonctionnement de l’ordinateur. Il gère l’allocation et
l’utilisation des ressources matérielles, telles que la mémoire, l’unité centrale de traitement
(CPU), l’espace du disque dur et les périphériques. Le système d’exploitation d’un ordinateur
constitue le socle sur lequel sont bâties les applications, comme les traitements de textes, les
tableurs, etc. Sans système d’exploitation, la communication avec l’ordinateur serait
impossible, puisqu’il sert d’interface de commande avec la machine.
4.1.1 Types de système d’exploitation
Il existe deux types de systèmes d’exploitation : les systèmes monotâches, qui ne peuvent
exécuter qu’une tâche à la fois, et les systèmes multitâches, qui permettent d’effectuer
plusieurs tâches simultanément. On peut distinguer plusieurs sortes de cette seconde
catégorie.
4.1.2 Exemples
MS-DOS, OS/2 et UNIX sont les systèmes d’exploitation les plus répandus, certains étant
mono-tâche et d’autres multitâches.
a. MS-DOS
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Sigle de Microsoft Disk Operating System, MS-DOS est un système d’exploitation monotâche de la société Microsoft. Comme d’autres systèmes, MS-DOS supervise les opérations
telles que la lecture/écriture sur disque, l’affichage vidéo, le contrôle du clavier ou des
systèmes de pointage, mais gère également de nombreuses autres tâches relatives à
l’exécution des programmes et à la maintenance des fichiers. MS/DOS est un système
d’exploitation mono-utilisateur.
b. WINDOWS
Windows est une interface graphique qui offre à l’utilisateur la souplesse d’un système
multitâche à changement de contexte. Le chapitre suivant est consacré à ce système.
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Initiation à l'informatique _v1.0 3 3 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj
Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1
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c. OS/2
OS/2 est un système d’exploitation multitâche partagé, adapté aux ordinateurs personnels
construits à partir des microprocesseurs Intel 80286, 80386 et 80486. Ce système peut utiliser
la plupart des applications MS-DOS grâce à une session spéciale appelée boîte de
compatibilité, et peut lire toutes les disquettes MS-DOS. Les sous-systèmes importants
d’OS/2 comprennent PM (Presentation Manager), qui procure une interface utilisateur
graphique, et LAN Manager, qui fournit des utilitaires de réseau (programmes de gestion de
réseaux informatiques). OS/2 est un produit développé par la firme IBM.
d. UNIX
Système d’exploitation multiposte et multitâche, UNIX fut développé originellement en 1969
par Ken Thompson et Dennis Ritchie, aux Laboratoires AT&T Bell.
4.2 Les logiciels sur-mesure
Il s’agit de programmes écrits pour un problème spécifique (comme par exemple logiciel pour
fixer le « bug 2000 »). Cette solution n’est valable que pour des problèmes très particuliers car
elle est assez onéreuse.
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4.3 Les progiciels
Ces logiciels concernent un type d’activité que l’on retrouve dans différentes fonctions. Leur
emploi touche donc tous les domaines et leur diffusion est de plus en plus large. Parmi eux, on
trouve les grandes familles suivantes : traitements de textes, tableurs, gestionnaires de fichier,
logiciels graphiques, …etc.
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