Informatique en année 1 - SoC
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UE 1: introduction Informatique en année 1 • 3x2h cours, 3x4h TPs : – Renseignements élémentaires sur l’ordinateur : histoire, architecture – Codage des données (nombres, caractères) – Introduction à Linux Intervenants : Dimitri Galayko, [email protected], 01 44 27 70 16, tour 65-66, 403c Laboratoire LIP6 Bruno Guilbert (TPs) Page 1 UE 2: Programmation en langage C • 7×2h cours × 2 semestres, 7x4h TPs au premier semestre – Techniques élémentaires de programmation – Langage C • TP : écriture des programmes en C: traitement de données, programmes interactifs, animations élémentaires, jeu de la vie, serpent… • Evaluation : au moins 2 contrôles écrits par semestre, 1 TP noté au premier semestre Page 3 • TP : Bases de l’utilisation professionnelle d’ordinateur sous Linux, exercices sur le codage de données Page 2 • Evaluation : un TP noté Déroulement des contrôles • Les documents papier sont autorisés • Les moyens de télécommunications sont interdits, Internet compris • En TP noté, le réseau sera coupé, mais les bases de données / aide C en local sera disponible Page 4 1 Introduction à l’informatique Cours 1 – partie 1 Histoire de l’informatique Tendances actuelles : loi de Moore Histoire de l’informatique • Antiquités • Moyen âge – ère industrielle • Modernité : – Calculateurs mécaniques – 2ème guère mondiale (1ère génération) – La deuxième et la troisième génération Page 5 • Synthèse et la loi de Moore • Bibliographie Page 6 Histoire de l’informatique • Antiquités • Moyen âge – ère industrielle • Modernité : – Calculateurs mécaniques – 2ème guère mondiale (1ère génération) – La deuxième et la troisième génération • Synthèse et la loi de Moore • Bibliographie Abaques chinoises (bouliers) : 3 000 avant J.C. URSS, 1974 Page 7 Page 8 2 Nombres romaines • Origine: pratique de comptage avec « bâtons à encoches » • Peu pratiques: essayons de multiplier MMMCCCCLVIII (3458) et CCCCLIX (459) 10 min. sont nécessaires 87 avant J.C., la Grèce Ancienne Mécanisme d’Anticythère : le premier ordinateur analogique pour le calcul des positions des astres Page 9 Histoire de l’informatique Règle à calcul • Règle à calcul (règle logarithmique), John Napier, 1600 • Utilisée jusqu’à 1970 pour faire des calculs : multiplications et divisions à l’aide d’un table de logarithmes • ln(1567×567)=ln(1567)+ln(567) : un produit est calculé à partir de la somme • Antiquités • Moyen âge – ère industrielle • Modernité : – Calculateurs mécaniques – 2ème guère mondiale (1ère génération) – La deuxième et la troisième génération • Synthèse et la loi de Moore • Bibliographie Page 10 Page 11 Page 12 3 Calculateur de Pascal, 1642 Calculateur de Leibnitz, 1694 Addition, soustraction Se trouve au musée du CNAM • 4 actions arithmétiques. Utilisation du système binaire Page 13 Page 14 Métier Jacquard,1800: planche perforée Histoire de l’informatique • Antiquités • Moyen âge – ère industrielle • Modernité : – Calculateurs mécaniques – 2ème guère mondiale (1ère génération) – La deuxième et la troisième génération • Synthèse et la loi de Moore • Bibliographie Page 15 • Automatisation de la fabrication des textiles • L’idée de programmation d’une machine Page 16 4 La programmation : a déjà été utilisée dans la musique Orgue de Herzeele (Café des Orgues, Nord, France, actuellement) Orgue de Barbarie (VIIIème) Page 17 Page 18 Calculateur de Charles Babbage, 1834 • Le concept d’ordinateur moderne, avec séparation entre l’unité centrale, la mémoire, les périphériques d’entrée-sortie Le premier ordinateur conçu : le calculateur de Babbage, vers1800, Page 19 Hollerith 1890 Census Tabulator. Co-fondateur de IBM Page 20 5 Années 30-40: premiers ordinateurs électroniques Histoire de l’informatique • Antiquités • Moyen âge – ère industrielle • Modernité : • Moteurs de développement: – Apparition des tubes cathodiques : la possibilité de créer des automates « miniatures » et rapides – Besoins de la balistique – Besoins des recherches sur la bombe nucléaire – Besoin de décoder l’information des messages d’ennemies (codes Enigma, Lorenz) – Calculateurs mécaniques – 2ème guère mondiale (1ère génération) – La deuxième et la troisième génération • Synthèse et la loi de Moore • Bibliographie Page 21 Page 22 Codage binaire: une revolution +5 V sortie Alan Turing 1912-1954 Mathématicien britannique Johnqsdf A travaillé sur le décryptage des messages allemands Théoricien de l’informatique moderne David Hilbert 1862-1943 D. Hilbert et K. Gödel : fondements des mathématiques Théories de calcul, théorie de preuve Kurt Gödel et Albert Einstein 1906-1978 1879-1955 Page 23 • • • • • 0 V L’élément bistable de l’électronique. Un interrupteur est ouvert, l’autre est fermé On a +5V ou 0V en sortie. Le principe inchangé depuis les années 30s Ce qui a changé : la technologies des interrupteurs Page 24 6 Interrupteurs des ordinateurs 1ère génération Bistabilité : la base de la mémoire • Système bistable: peut se trouver en 2 états distinctes • Petites perturbations : ne font pas changer d’état • Pour faire changer d’état : application d’énergie importante • Possibilité de la lecture de l’état Energie Position / valeur Page 25 ENIAC, 1940, un des premiers ordinateurs Laboratoire de ballistique de l’armée de l’USA Nombres décimales Page 27 Tube à vide (lampe électronique) qui a remplacé les relais électromécaniques aux années 30s jusqu’aux 50s Page 26 EDVAC : premier ordinateur binaire, 1949 • Laboratoire de ballistique de l’armée de l’USA Page 28 7 UNICAC: Premier ordinateur commercial J. Presper Eckert & John Mauchly 5200 tubes Poid : 13 tonnes Consommation : 125 kW 1905 opérations par sec. Mémoire : 1000 mots de 72 bits Horloge de 2.25 MHz Surface occupée : 35.3 m2 Page 29 Les sémiconducteurs : une revolution en informatique Histoire de l’informatique • Antiquités • Moyen âge – ère industrielle • Modernité : • Transistors, invention des laboratoires Bell en 1947 • Remplacent les tubes cathodiques – grands, chauffants et consommateurs d’énergie • 1958 : premier circuit intégrés (agrégation de plusieurs transistors sur un même cristal), par Jack Kilby • Les transistors ont remplacé les tubes cathodiques : les ordinateurs de 2ème génération. – Calculateurs mécaniques – 2ème guère mondiale (1ère génération) – La deuxième et la troisième génération • Synthèse et la loi de Moore • Bibliographie PDP-8 embarqué, Digital Equipement Corporation (70s) Page 30 Premier ordinateur commercial (à succès), 12 bits Page 31 Page 32 8 Intégration des transistors sur silicium: circuits intégrés Premier processeur créé par Intel, 1971 Les ordinateurs modernes: la troisième génération PC de IBM, 1980, PC-XT Modèle 5160 Page 33 Page 34 Premier de la génération des processeurs Intel pour les PCs actuels • 8086 (1978) • 16 bits, 360$, 0.75 MIPs à 10 MHz IBM PC 5150 en 1983 Page 35 Page 36 9 Histoire de l’informatique • Antiquités • Moyen âge – ère industrielle • Modernité : – Calculateurs mécaniques – 2ème guère mondiale (1ère génération) – La deuxième et la troisième génération Page 37 • Synthèse et la loi de Moore • Bibliographie Page 38 Carte mère de Pentium II (1998) Historie de l’informatique : synthèse Trois phases : - préindustrielle - rudiments (avant 1800) « calculatrices » mécaniques, orgues mécaniques, etc… - industrielle - développement (1800-1980) Calculateurs utilisés dans des contextes spécifiques (industrie, défence…) - post-industrielle - état actuelle (1980 - aujourd’hui) Ordinateurs personnels, utilisation ultra large, virtualisation Le développement de l’informatique a été possible grâce aux Progrès dans l’électronique, notamment : - la miniaturisation - Techniques de production de l’échelle annulant les coûts variables Page 39 - Loi de Moore Le moteur du progrès : Loi de Moore • en réalité, une conjecture, exprimée en 1965 dans « Electronics Magazine » par Gordon Moore, ingénieur de Fairchild Semiconductor, un des trois fondateurs d'Intel. Elle est basée sur ses observation statistiques entre 1959 et 1965 • Formulation originale : la complexité des semiconducteurs doublera tous les ans • Formulation corrigée en 1975 (avènement claire de la microélectronique) : le nombre de transistors de microprocesseurs doublera tous les 2 ans • Formulation « populaire » : les performances doublent tous les dix-huit mois • La loi est très exacte jusqu’à nos jours • La loi de Moore est une prophétie qui s’autoréalise • Feuille de route pour l’industrie de microélectronique Page 40 10 Loi de Moore Loi de Moore Page 41 Loi de Moore versus loi de Rock Page 42 Loi de Moore Tendances récentes: ralentissement, saturation, fin • Loi de Rock: le coût de l’unité de production d’une puce double tous les 4 ans • 2008: 10 milliards de dollars pour une nouvelle usine ! Taille charactéristique Prix mm2 130 nm 2200 euros 65 nm 7500 euros 40 nm 10 000 euros 28 nm 15 000 euros Taille d’un grand processeur : ~ 1 000-20 000 mm2 Page 43 • Limite physique : 18 nm = 20 atomes Lorsque les dimensions des transistors se réduisent, le fonctionnement des transistors n’est plus le même • Limite de consommation d’énergie : La loi de Moore suppose augmentation de nombre de transistors ET augmentation de vitesse de processeurs Puissance dissipée augmente: pas toujours acceptable • Modification des attentes du marché : portabilité = basse consommation « Informatique verte » • Contraintes économiques et écologiques fortes Page 44 11 Informatique à l’heure actuelle et son futur • Informatique restera un moteur de l’économie -- Besoins colossal en main-d’œuvre -- Grand nombre de tâches très techniques -- Besoins importants en services • A condition que : On (ils?) arrive(nt) à continuer à vendre… (renouvellement régulier des téléphones mobiles, ordinateurs, etc…) • Une évolution technologique coûte très cher : elle n’est justifiée économiquement qu’à condition d’avoir un très grand marche (de plus en plus grand…) Page 45 Bibliographie • P. Breton, Une histoire de l'informatique, Seuils, 1990 • C. Piguet, H. Hügli, Du zéro à l'ordinateur: une brève histoire du calcul, Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, 2004 • P. E. Ceruzzi, A hystory of Modern Computing, The MIT Press, 1998 Page 46 12
