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 [email protected] 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 20 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. 23 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 : 24 - 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 : 27 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. ___________________________________________________________________________ _______________ Initiation à l'informatique _v1.0 2 8 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1 ___________________________________________________________________________ _______________ 28 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 ___________________________________________________________________________ _______________ Initiation à l'informatique _v1.0 2 9 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1 ___________________________________________________________________________ _______________ 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. ___________________________________________________________________________ _______________ Initiation à l'informatique _v1.0 3 0 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1 ___________________________________________________________________________ _______________ 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. ___________________________________________________________________________ _______________ Initiation à l'informatique _v1.0 3 1 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1 ___________________________________________________________________________ _______________ 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. ___________________________________________________________________________ _______________ Initiation à l'informatique _v1.0 3 2 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1 ___________________________________________________________________________ _______________ 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 32 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. ___________________________________________________________________________ _______________ Initiation à l'informatique _v1.0 3 3 Pr. Abderrahim Danine et Pr. B. Outtaj Architecture et fonctionnement d’ordinateurs Chapitre 1 ___________________________________________________________________________ _______________ 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. 33 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. _______________________________ 34
