Informatique 1

Généralités
Définitions
L’informatique
(Information + Automatique) est la science du traitement automatique de l’information
L’information : est un élément de connaissance humaine susceptible d’être représentée à
l’aide d’un système de codage afin d’être conservée, traitée ou communiquée
Traitement automatique del’information
Suite d’opérations transformant une représentation de cette information en une autre
représentation plus facile à manipuler ou à interpréter
Exemples de Traitement automatiquede l ’information
• Calcul de la moyenne des notes d’un module
• Calcul du produit de deux nombres (3*2=6)
• Trier par ordre alphabétique d’une liste fournie
Ordinateur – Computer – ‫ب‬
- C’est une machine qui permet le traitement de l’information en exécutant une
séried’ordres
- C’est une machine doté de mémoires à grandes capacités et de moyens de calculs
ultrarapides
- Toute machine capable de manipuler des
- informations peut être qualifiée d'ordinateur
Il existe plusieurs type d’ordinateur :
• micro-ordinateur (ordinateur compatible IBM),
• Apple Macintosh,
• ordinateur portable (en anglais : laptop),
• PDA (Personal digital Assistant : ordinateur de poche),
• Station SUN (ordinateur puissant ; en Anglais mainframe),
Etc…
Composants d’un ordinateur : ( VanNewman)
Architecture d’un ordinateur
La structure générale d’un ordinateur est constituée par
trois blocs fondamentaux :
- Unité Centrale de traitement : Processeur, Coeur de l’ordinateur
- Mémoire centrale : sert à stocker les données et lesprogrammes
- Interfaces d’entrées/sorties : permettent de raccorder lespériphériques externes d’un
ordinateur.
Ces blocs sont reliés entre eux par des bus. Un bus est un ensemble de broches qui véhicule
l’information. On distingue les bus de donnée (données +adressesà et les bus de contrôle.
Unité centrale de traitement (Central Processor Unit)
A l’intérieure de tout les CPU se trouve :
_ Unité Arithmétique et Logique ( UAL ) :Responsable des opérations arithmétiques et
logiques (Addition, soustraction, Multiplication,…)
_ RegistresPetites mémoires très rapides qui stockent localement
les informations traitées par l’UAL.
_Unité de Contrôle (UC ) : Coordonne le travail des différents organes UAL, mémoires,
périphériques, …
_Horloge : Base de temps qui distribue régulièrement des impulsions pour synchroniser les
différentes opérations élémentaires effectuées par le processeur.
_ La vitesse de cette horloge est appelée fréquence (exprimée en MHz). Ainsi, plus cette
fréquence est élevée plus le processeur est efficace.
Hz(MHz, GHz, Thz) : exprime en fait la cadence de l’horloge embarquée dans le
processeur. La loi de Moore, édictée en 1965 par Gordon E. Moore alors employé d'Intel,
prévoyait que les performances de processeurs doubleraient tous les 12 mois. Cette loi a été
révisée en 1975,
975, portant le nombre de mois à 24. La loi de Moore s'applique toujours
aujourd'hui. La fréquence du processeur souvent n’est pas significative par rapport à la
vitesse de traitement de l’ordinateur c’est pourquoi on utilise d’autres unité telles que :
FLOPS :
La plupart des microprocesseurs modernes incluent une unité de calcul en virgule flottante (en
anglais : floating-point unit,, FPU), qui est une partie spécialisée du microprocesseur destinée
à effectuer ce type d'opération. La mesure des FLOPS mesure réellement la vitesse du FPU
L'équation permettant
ermettant de calculer un FLOPS est2 :
La plupart des microprocesseurs d'aujourd'hui peuvent faire 4 FLOP par cycle2. Donc un
microprocesseur unicœur cadencé à 2,5 GHz a une cadence théorique de 10 milliardsde
FLOPS = 10 GFLOPS3.
La rapidité de calcul obtenue varie beaucoup en fonction de cette taille.
•
En 1964,, la barre du mégaFLOPS (106 FLOPS) : Control Data 6600.
6600
•
En 1985 la barre du gigaFLOPS (109 FLOPS) :Cray-2.
•
En 1997, la barre du téraFLOPS (1012 FLOPS) : ASCI Red.
•
En 2008,, la barre du pétaFLOPS (1015 FLOPS) : Roadrunner.
•
novembre 2012 : 27 pétaFLOPS : Cray
•
En 2013 33,86 pétaflops : Tianhe-2, (Chine)
•
En 2015,, le gouvernement américain lance un projet pour franchir la barre de
l'exaFLOPS (1018 FLOPS)11. !!!!????
MIPS :
Une opération, par exemple, est exécutée par plusieurs instructions (déplacement,calcul,
comparaison,etc
L'instruction par seconde (IPS) est une unité de mesure de la vitesse d'un système informatique son
multiple est le MIPS (Million)
Mémoire centrale
Il y a deux types de mémoires:
ROM (Read Only Memory) :Mémoire morte où les informations ne sont
accessibles à l’utilisateur que pour la lecture
- Permanente (conserve indéfiniment son contenu)
- Contient des programmes spéciales (fait par le constructeur ) : BIOS (Basic Input
Output System)
RAM (Random Access Memory) :
- Mémoire vive où l’on peut faire toutes les modifications souhaitées
- volatile ( contenu perdu si coupure de courant)
Interfaces d’Entrée/Sortie
Les interfaces E/S sont indispensable
pour les raisons suivantes :
- Diversités des périphériques externes :
imprimantes, clavier, mémoire de masse,
écran, souris, …
- Différence de vitesse des traitement entre
l’unité centrale et les périphériques externes
Exemples de périphériques( unités d’entrée sortie)
- Ecran de visualisation (moniteur) : Ce périphérie permet
de visualiser le contenu de la mémoire vive (RAM)
- Clavier : Ce dispositif permet à l’utilisateur de communiquer
avec mémoire vive (RAM) et l’écran de visualisation. Il assure
donc la fonction de saisie.
- Souris : La souris permet de remplacer le clavier en gérant
- l’écran sous des menus déroulant _ environnement graphique
- Imprimante : Elle permet l’impression sur papier le contenu dela mémoire vive
(programme, données).Aussi Scanner –P.E.-, Haut parleur . etc…
- Mémoires de masse
Les mémoires de masse
On associe à la mémoire centrale d’un ordinateur des mémoires externes appelées mémoire de
masse. Ce sont des supports qui peuvent stocker d’une manière permanente ( non volatile) les
programmes et les données
Il existe divers types :
Carte perforée
Bande magnetique
Disque dur (plusieurs Go)
Disquettes 5 ” 1/4(512 Ko) , 3” 1/2(1.44 Mo)
CD_ROM (700 Mo),
DVD (4,7GO, …)
Flash disk ; mémoire SD ; microSD etc
Représentation de l’information
Sur machine, toute information est représentée
sous forme binaire bit
- le bit est L'unité de base de la théorie de l'information (bit = binary digit.)
- Un bit, par définition, est un composant quelconque ne pouvant se trouver que dans
deux états possibles, exclusifs l'un de l'autre. Par convention, on appelle l'un des deux états
possibles d'un tel composant 0, et l'autre 1.
- Un bit sera donc un espace dans lequel on pourra soit écrire 0, soit écrire 1.
Pour exprimer la capacité de n’importe quel type de mémoire on utilise les multiple du bit
On utilise un pour celasystème d’unités basés sur
l’octet ( en anglais byte) :
L’octet = 8 bits = 23 bits. _ noté 1 o
Le Kilo-octet = 1024 o = 210 octets _ noté 1 Ko
1 kilo-octet Environ 1/2 page de texte
Le Méga-octet = 10242 o = 220 octets _ noté 1 Mo
1 Mega-octet Environ un livre de 500 pages
Le Giga-octet = 10243 o = 230 octets _ noté 1 Go
Le Téra-octet = 10244 o = 240 octets _ noté 1 To
Système d ’Exploitation
Introduction:
Le système d’exploitation (SE) est le logiciel de base de tous les systèmes informatiques. Le
SE sert d'intermédiaire (interface) entre l’utilisateur et la
machine :sans lui la machine pourrait rien faire et, surtout, sans lui les logiciels d’application
ne pourraient s’exécuter
But visé : rendre les machines plus faciles à utiliser et par conséquent la tâche de l’utilisateur
moins fastidieuse
Fonctions d’un SE :
-
Fournir une “interface” entre l'ordinateur et l'utilisateur pour permettre de donner
des ordres à la machine (lancer une impression, ...);
Gérer les “ressources” de l'ordinateur (mémoires, processeur, périphériques, …) ;
Gérer l’organisation du stockage de l’information sur les mémoires secondaires par
l’intermédiaire de son “système de gestion de disques”
Système de Gestion de disques
Le système de gestion de fichiers d’un SE organise les
informations (c-à-d les données et les programmes) en
deux niveaux :
Niveau physique : décrit comment l’information
sera organisé sur le support de stockage
Niveau logique : décrit comment ces informations
seront manipulé par l’utilisateur.(Ce niveau rend le niveau physique transparent)
Organisation logique :
Pour faciliter aux utilisateurs les actions de stockage,d’identification et de la recherche des
informations sur les mémoires de masse, les systèmes d’exploitations utilisent deux notions
(ou entités ) :
- Fichier.
- Dossier (ou répertoire
Les fichiers :
Les informations sont rangées dans des fichiers,
- Un fichier peut servir à mémoriser un texte, une image, mais aussi un programme…
- Un fichier est identifié par un nom qui lui est attribué par l’utilisateur et qui a la forme
suivante :
nom_du_fichier.extension
l’extension sert à regrouper les fichiers de même nature)
Exemples :
Lettre.doc fichier document créé par Word
Produit.exe fichier exécutable
Les dossiers :
Les dossiers (ou répertoires), permettent de ranger soit des fichiers, soit d'autres dossiers (ils
peuvent aussi rester vides).
- Les dossiers sont structurés de façon arborescente. Dans un tel arbre, les fichiers ne
peuvent figurer qu'au niveau des feuilles.
- le premier niveau de cette arborescence est appelé «répertoire racine». On peut y
créer d’autres répertoires contenant des sous répertoires et/ou des fichiers.
- Dans une telle organisation, on peut se déplacer de deux façons :
Par un chemin absolu (en partant de la racine)
Par un chemin relatif (en partant du répertoire dit « courant ».
Exemple d’arborescence
C'est le SE qui gère toute cette organisation : il permet par exemple d'ajouter, de déplacer, de
supprimer, de recopier... tout dossier ou fichier. Cette fonctionnalité est faisable soit à travers
d’une commande précise( mode commande de MSDOS, le shell de Linux) ou gr$ace une
interface visuelle (graphique)
Les différents Types de Systèmes d’Exploitation :
On distingue les systèmes d’exploitation soit selon l’utilisation du processeur
- SE mono-tâches : exécute une tâche à la fois ( exemple MSDOS)
- SE multi-tâches : exécute plusieurs tâches simultanément (partage du temps
processeur) ; (exemple Windows)
Ou selon l’accès des utilisateurs , donc on a :
-
SE mono-utilisateur : un utilisateur peut utiliser les ressources de la machine à la fois
(MS-DOS, DR-DOS)
SE multi-utilisateurs : possibilité de servir plusieurs utilsateurs (exemple Windows
NT/2OOO servers ; Unix/Linux)
Différents niveaux d’utilisation d’un ordinateurs :
Pilotes (Drivers)
Appelés aussi gestionnaires de périphériques, _ Se sont des programmes à installer et qui
permettent au SE d’utiliser (ou d’exploiter) les périphériques (imprimantes, scanners, lecteurs
etc..) issus des constructeurs différents. Ils sont développés par les fabricants de
périphériques. Chaque périphérique est vendu avec son driver. On peut aussi trouver les
drivers sur l’Internet ou avec les SE. N'importe quel périphérique (ex. disque dur), a besoin de
driver pour fonctionner. Au démarrage de l’ordinateur, c'est le BIOS qui permet aux
composants vitaux (carte vidéo, disque dur, lecteur de disquettes, clavier) de démarrer grâce à
des pilotes standards .Une fois le SE démarré, celui-ci reprend le contrôle de ces composants.
Codage de l’Information
Introduction :
En informatique, les informations traitées par les ordinateurs sont
de différentes natures :
nombres,
texte,
images, sons, vidéo,
Cependent , Dans un ordinateur, elles sont toujours représentées sous forme binaire (BIT :
Binary digIT)une suite de 0 et de 1. La translation de la forme de cette information est assurée
par les unité d’entrée sortie
Le Codage de l’information permet d’établir une correspondance qui permet sans ambiguïté
de passer d’une représentation (dite externe) d’une information à une autre représentation
(dite interne sous forme binaire) de la même information, suivant un ensemble de règle
précise.
Exemple :
* Le nombre 35 : 35 est la représentation externe
du nombre trente cinq
* La représentation interne de 35 sera une suite de 0 et 1 ( 100011 )
En informatique, Le codage de l’information s’effectue principalement en trois etapes :
- L’information sera exprimee par une suite de nombres (Numerisation)
- Chaque nombre est code sous forme binaire (suite de 0 et 1)
- Chaque element binaire est represente par un etat physique
Codage de l’element binaire par un etat physique
- Charge electrique (RAM : Condensateur-transistor) :Charge (bit 1) ou non charge (bit
0)
- Magnetisation (Disque dur, disquette) : polarisation Nord (bit 1) ou Sud (bit 0)
- Alveoles (CDROM): reflexion (bit 1) ou pas de reflexion (bit 0)
- Frequences (Modem) : dans un signal sinusoidal
Frequence f1 (bit 1) : s(t) = a sin ( 2pf1 t + y )
Frequence f2 (bit 0) : s(t) = a sin ( 2pf2 t + y )
Système de Numération
Un Système de numération décrit la façon avec laquelle les nombres sont
représentés. Un système de numération est défini par :
- Un alphabet A : ensemble de symboles ou chiffres,
- Des regles d’écritures des nombres : Juxtaposition de symboles
Exemples de Système de numération :
Numération Romaine
Numération décimale :
C’est le système de numération le plus pratique actuellement.
L’alphabet est compose de dix chiffres :
A = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}
Le nombre 10 est la base de cette numération
C’est un système positionnel. Chaque position possède un poids.
Par exemple, le nombre 4134 s’écrit comme :
4134 = 4 x 103 + 1 x 102 + 3 x 101 + 4 x 100
Système de numération positionnel pondre à base b
Un système de numérotation positionnel pondéré a base b est
défini sur un alphabet de b chiffres :
A = {c0,c1,…,cb-1} avec 0 ≤ ci < b
Soit N = an-1 an-2 ...a1 a0 (b) : représentation en base b sur n chiffres
ai : est un chiffre de l’alphabet de poids i (position i).
a0 : chiffre de poids 0 appelé le chiffre de poids faible
an-1 : chiffre de poids n-1 appelé le chiffre de poids fort
La valeur de N en base 10 est donnée par :
N = an-1.bn-1 + an-2.bn-2 + ... + a0.b0
Bases de numération (Binaire, Octale et Hexadecimale)
Système binaire (b=2) utilise deux chiffres : {0,1}. C’est avec ce système que fonctionnent
les ordinateurs
Système Octale (b=8) utilise huit chiffres :{0,1,2,3,4,5,6,7}. Utilisé il y a un certain temps en
Informatique. Elle permet de coder 3 bits par un seul symbole.
Système Hexadecimale (b=16)
Les ;chiffres0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A=10(10),B=11(10),C=12(10),D=13(10),E=14(10),F=15(10)}
Cette base est très utilisée dans le monde de la micro informatique.Elle permet de coder 4 bits
par un seul symbole.
Conversions :
la base 10 vers une base b
La règle a suivre est les divisions successives : On divise le nombre par la base b. Puis le
quotient par la base b Ainsi de suite jusqu’a l’obtention d’un quotient nul La suite des restes
correspond aux symboles de la base visée. On obtient en premier le chiffre de poids faible et
en dernier le chiffre de poids fort.
Exemples :
la base 2 vers une base b
- Premiere solution : Convertir le nombre en base binaire vers la base
décimale puis convertir ce nombre en base 10 vers
la base b.
Exemple :
10010(2) = ?(8)
10010(2) = 24+2=18(10)=2*81+2*80=22(8)
- Deuxieme solution :
Effectuer Binaire vers decimale ; puis du Binaire vers octale : regroupement des bits en des
sous ensembles de trois bits puis remplacer chaque groupe par le symbole correspondant dans
la base 8 Puis
Le codage machine des nombres
Le codage de nombres entiers Naturels
Utilisation du code binaire pur :
L’entier naturel (positif ou nul) est représente en base 2,
Les bits sont ranges selon leur poids, on complète à gauche par des 0.
Exemple : sur un octet, 10(10) se code en binaire pur? Exemple 0 0 0 0 1 0 1 0(2)
Etendu du codage binaire pur :
Codage sur n bits : représentation des nombres de 0 a 2n – 1
sur 1 octet (8 bits): codage des nombres de 0 a 28 - 1 = 255
sur 2 octets (16 bits): codage des nombres de0 a 216 - 1 = 65535
sur 4 octets (32 bits) : codage des nombres de 0 a 232 - 1 = 4 294 967 295
Le codage de nombres entiers Relatifs :
Sont codés selon le Complément Vrai (CV) :
- les nombres positifs sont codes de la même manière qu’en binaire pure.
- un nombre négatif est code en ajoutant la valeur 1 a son complément a 1 (le
complément à 1 s’obtient en inversant les bits)
- Le bit le plus significatif est utilise pour représenter le signe du nombre
Exemple :
-24 sur 8 bits s’écrit 1 1 1 0 1 0 0 0
Remarques :
Un seul codage pour 0. Par exemple sur 8 bits :
+0 est code par 00000000(ca2)
-0 est code par 11111111(ca1)
Donc -0 sera représené par 00000000
Etendu de codage :
Avec n bits, on peut coder de -(2n-1) à (2n-1-1)
Sur 1 octet (8 bits), codage des nombres de -128 a 127
+0 = 00000000 -0=00000000
+1 = 00000001 -1=111111111
……
+127= 01111111 -128=10000000
Codage des nombres reels
Les formats de representations des nombres reels sont :
•Format virgule fixe
-utilise par les premieres machines
-possede une partie ‘entiere’ et une partie ‘decimale’ separes par une virgule. La
position de la virgule est fixe d’ou le nom.
Exemple : 54,25(10) ; 10,001(2) ; A1,F0B(16)
•Format virgule flottante
Codage des caracteres
Les Caractères : Alphabétique (A-Z , a-z), numérique (0 ,…, 9), ponctuation, spéciaux (&, $,
%,…)…etc.
Le Codage revient a créer une Table de correspondance entre les caractères et des nombres
En informatique ils existe plusieurs standards pour la codification des caractères :
Code (ou Table) ASCII (American Standard Code for Information Interchange)
7 bits pour representer 128 caracteres ( 0 a 127)
48 a 57 : chiffres dans l’ordre (0,1,…,9)
65 a 90 : les alphabets majuscules (A,…,Z)
97 a 122 : les alphabets minuscule (a,…z)
Table ASCII Etendu
8 bits pour representer 256 caracteres ( 0 a 255)
Code les caracteres accentues : a, e,…etc.
Compatible avec ASCII
Code Unicode (mis au point en 1991)
16 bits pour representer 65 536 caracteres ( 0 a 65 535)
Compatible avec ASCII
Code la plupart des alphabets : Arabe, Chinois, ….
On en a defini environ 50 000 caracteres pour l’instant