Mémoires

Historiques et évolution des
ordinateurs
1
Repères historiques
Les premiers registres
- Abaque: première tablette à calculer en
Mésopotamie
- Boulier: vers 3500 av. J.C en Chine
Pas d’amélioration jusqu’au 17ème siècle.
• 1614: John Napier (Écosse) découvre les
logarithmes: multiplications et la division
transformées en une successions
d’additions.
2
• 1620: mise en œuvre de cette invention au
moyen de la règle à calcul.
Les machines à calculer
1623: machine de Schickard (Allemagne):
fonctionnement mécanique basé sur le
principe de tiges proportionnelles aux
logarithmes des nombres impliqués dans
ces opérations.
3
• 1643: Pascaline de
Pascal (France):
fonctionnement
mécanique à système de roues
à ergot.
Additions + soustractions
et faisait aussi des reports
4
1673: amélioration de la
Pascaline par Leibniz
(Allemagne). Effectue les
quatre opérations de base +
extraction de racines carrées.
Non construite faute
de moyens financiers.
5
Machines à cartes
perforées
• 1801: industrie
de textile
(France)
Jacquard et
Falcon
6
• 1887: Hollerith
(USA) machine à
lire des cartes
(CENSUS
MACHINE).
7
Ordinateur primitif
1830: Charles Babbage – machine
à différences- utilise les principes
de report de la Pascaline combinés
avec les cartes perforées de
Jacquard
8
• 1834: Charles Babbage- machine analytiquesystème de numération décimal; accepte des
nombres de 50 chiffres; en résultat, un nombre de
100 chiffres (imprimé; cartes perforées; courbe)projet non finalisé.
Cette machine réunissait déjà des fonctions
automatiques essentielles: mémoire- dispositifs
de calcul- fonction de commande et d’entréesortie
9
La machine analytique de
C. Babbage
10
• 1930: L'Enigma et les Bombes Composée d'un
clavier, de 26 lampes pour représenter l'alphabet et
généralement de 3 rotors, l'énigma était destinée à
l'origine à crypter des documents d'affaires.
• 1939 ABC par J. ATANASHOFF et Clifford
BERRY. Ce calculateur, a été le premier à utiliser
le système binaire et était capable de résoudre des
équations à 29 variables.
11
1943 Harvard MARK 1 par H. AIKEN. Cette
machine, construite en collaboration avec IBM,
utilise un principe inspiré par les travaux de C.
BABBAGE. Composée de 765 299 éléments,
elle pesait 5 tonnes et avait besoin de plusieurs
tonnes de glace par jour pour la refroidir. Ses
performances et sa fiabilité étaient remarquables
mais elle ne pouvait effectuer aucun saut
conditionnel.
12
• 1946 ENIAC, par J. ECKERT et J.
MAUCHLY
(Electronic Numerical Integrator and Computer)
Commandé par l'armée par l'armée des ÉtatsUnis en 1943 pour effectuer les calculs de
balistique, il remplaçait 200 personnes chargées
auparavant de calculer les tables de tir.
13
ENIAC pesait 30 tonnes
14
Disposé en une sorte de U de 6 mètres de
largeur par 12 mètres de longueur
15
1948: Manchester Mark 1 (ou Ferranti
Mark I) ce prototype est le premier à
disposer d'une unité de commande interne et
à suivre un programme enregistré. C'est sur
cette machine de 1300 tubes qu'est utilisée
pour la première fois la mémoire à tubes
Williams.
16
1949: EDSAC, par Maurice WILKES (Electronic
Delay Storage Automatic Computer)
Cet ordinateur numérique et électronique est
basé sur l'architecture de J. Von NEUMANN.
Composé de 3000 tubes et consommant 30KW,
il utilise une mémoire de type "lignes de retard à
mercure". Il s'agit d'une machine parfaitement
opérationnelle qui a été construite dans un
laboratoire de l'Université de Cambridge en
Angleterre.
17
1959: IBM 1401: Utilisant des transistors et des
mémoire à tores de ferrite, fourni avec un
générateur d'applications (RPG) destiné à en
faciliter l'utilisation, cet ordinateur a marqué une
étape dans l'ère de la comptabilité. L'imprimante
(1403) associée était d'une rapidité exceptionnelle
(600 lignes par minutes !). IBM avait tablé sur un
millier de ventes... plus de 12 000 exemplaires
seront vendus
18
1964: IBM System/360: Alors que tous ses
ordinateurs utilisaient des architectures et logiciels
incompatibles entre eux, IBM décida d'investir
plusieurs millions de dollars et de développer une
gamme entièrement nouvelle : 6 ordinateurs et 44
périphériques, ayant des capacités différentes mais
tous compatibles entre eux. La technologie
utilisée, loin d'être innovante, était transistors et
mémoire à tores.
19
1965: Premier mini-ordinateur diffusé
massivement: PDP-8 de DEC
1973: Micral-N de R2E
C'est le premier micro-ordinateur du
monde, il a été inventé par A. TRUONG,
fondateur de R2E, une petite société
Française
20
1973: l'Alto (renommé Xerox Star en 1981)
de XEROX
Ce prototype, pensé pour devenir le bureau du
futur, est un condensé des idées proposées par
les chercheurs réunis par XEROX au Palo-Alto
Research Center (PARC). Il est le premier à
introduire l'idée de fenêtres et d'icônes que l'on
peut gérer grâce à une souris. Principalement,
en raison de son coût, cet ordinateur ne
connaîtra qu'un succès d'estime
21
1975: Altair 8800 de ED. ROBERTS (MITS)
Il est considéré par les Américains comme
le premier micro-ordinateur du monde, bien
que ce soit le Micral-N. Cependant, c'est
pour l'Altair que sera le premier BASIC
Microsoft.
1976: CRAY I: Créé par Saymour CRAY,
c'est le premier ordinateur à architecture
vectorielle (parallèle).
22
1978: DEC VAX 11/780 (Virtual Address
eXtension)
Premier modèle de "supermini", cet
ordinateur 32 bits pouvait exécuter des
programmes écrits pour le PDP-11. Il avait
aussi suffisamment de ressources pour
supporter des applications qui étaient
jusqu'ici réservées aux gros ordinateurs. Il
reste aussi célèbre pour son système
d'exploitation VMS
23
1981: IBM-PC (Personnal Computer)
Cet ordinateur, qui n'apporte aucune idée
révolutionnaire est la réaction du n°1
mondial face à la micro-informatique : Il
était fait d'une accumulation de composants
standards et de logiciels sous-traités
(principalement auprès de Microsoft) dans
le but de minimiser le temps nécessaire pour
sa mise au point.
24
1984: Amiga Utilisant un microprocesseur Motorola
680x0, ce micro-ordinateur reste parmi les leaders
pour ce qui est du graphisme et de la musique.
1984: Macintosh d'APPLE Basé sur le projet LISA,
c'est l'ordinateur convivial par excellence: Son
utilisation est très simple grâce à la souris et à la
qualité de ses graphismes. Il devient au fil des
années et des version, l'autre grand standard (avec
le PC d'IBM) du monde de la micro-informatique.
25
1985: Cray II : Miniaturisé, il est 10 fois plus
puissant que son prédécesseur, le Cray I.
1986: The Connection Machine Premier
ordinateur "massivement parallèle"
composé de 16 000 processeurs.
1994: Paragon d'Intel Coûtant 20 Millions de
dollars, occupant un volume de 48m3, il est
composé de 2000 processeurs et de 64
Giga-octets de mémoire. Il peut effectuer
26
150 milliards d'opérations en virgule flottante
par seconde
1994: PowerMac d'APPLE
Basé sur le microprocesseur POWER-PC réalisé
par Motorola en collaboration avec IBM, il était
présenté comme le successeur commun du PC
et du MAC. Cependant, malgré de très bonnes
performances, il tarde à s'imposer.
27
Ordinateur et changements
technologiques
• Première génération: Tubes électroniques
(lampes à vide)
• Deuxième génération: transistors
• Troisième génération: circuits intégrés
• Quatrième génération: microprocesseurs.
• Cinquième génération: intelligence
artificielle.
28
Première génération
1949-1957
• Ordinateur à cartes perforées et à bandes
magnétiques
• Programmation physique en langage
machine
• Appareils immenses, lourds, énergie élevée
• Utilisation de tubes à vide et mémoires à
tambour magnétique
• Prix élevé / capacité et performance.
29
Deuxième génération
1958 - 1964
• Utilisation de transistors et des mémoires à
ferrite.
• Utilisation de mémoires de masse pour le
stockage périphériques.
• Temps d’accès moyen (de l’ordre de la
micro-seconde).
• Fonctionnement séquentiel des systèmes de
programation (langages évoluées).
30
Troisième génération
1965-1971
•
•
•
•
•
•
•
Miniaturisation des composants (circuits intégrés)
Apparition des systèmes d’exploitation
Concepts de temps partagés
Machines polyvalentes et de capacité variée
Appareils modulaires et extensibles
Multitraitement (+ieurs programmes à la fois)
Télétraitement (accès par téléphone)
31
Quatrième génération
1971-1982
•
•
•
•
Miniaturisation extrêmes des composants
Apparition des micro-proceseurs
Diversification des champs d’application
Apparition de la micro-informatique
32
Cinquième génération
• Miniaturisation des composants poussée à
l’extrême
• Vitesse proche de celle de la lumière.
• Nouvelle architecture physique
• Vitesse de traitement augmentée jusqu’au
gigalips (Logical Inference: de 100 à 1000
instructions)
33
• Processeurs en parallèle
• Ajout du traitement de l’aspect sémantique
34
Structure des ordinateurs
John Von Neumann est à l'origine (1946) d'un
modèle de machine universelle (non spécialisée)
qui caractérise les machines possédant les
éléments suivants :
• une mémoire contenant programme (instructions)
et données,
• une unité arithmétique et logique (UAL ou ALU
en anglais),
• une unité de commande (UC).
35
• une unité permettant l'échange
d'information avec les périphériques :
l'unité d'entrée/sortie (E/S ou I/O),
( clavier, lecteur de cartes perforées, ruban, ...
écran, imprimante, cartes perforées, ....)
36
Schéma d’un ordinateur
UAL = unité arithmétique et logique
37
Caractéristiques d’un ordinateur
• Machine contrôlée par programme
• Programme enregistré en mémoire
• Instruction du programme codée sous forme
binaire
• Le programme peut modifier ses instructions
• Exécution des instructions en séquence
• Existence d’instructions de rupture de séquence.
38
Unité de Commande
• 1. extrait une instruction de la mémoire,
• 2. analyse l'instruction,
• 3. recherche dans la mémoire les données
concernées par l'instruction,
• 4. déclenche l'opération adéquate sur l‘UAL ou
sur l’unité d'E/S
• 5. range au besoin le résultat dans la mémoire.
39
• Unité arithmétique et logique
Exécute des opérations artihmétiques (comme
l’addition, la soustraction), des décalages de
bits, des comapraisons, des opérations
logiques (booléennes) telles que ET, OU, ...,
40
• Mémoires
Dispositif capable de stocker des informations
(instructions et données) en 0 et 1 de telle
sorte que l’organe qui les utilise puisse, à
n’importe quel instant, accéder à
l’informations qu’il demande.
Les informations peuvent être écrites ou lues.
41
• Écriture quand on enregistres des
informations en mémoire.
• Lecture quand on sort des informations
précédemment lues en mémoire.
• Temps d’accès: temps qui s’écoule entre
l’instant où une opération de lecture en
mémoire a été lancée et l’instant où cette
information est disponible.
42
• Une mémoire est formée d'un certain nombre de
cellules, ou cases, contenant chacune une
information.
• Chaque case est constituée d’un ensemble de bits
(BInary digiT)
• Un bit est la plus petite unité de stockage en
informatique.
• Un bit peut coder deux états (l'état vrai ou l'état
faux). Huit bits constituent un octet (soit 256 états
possibles 28).
43
Symbole Préfixe Décimal Binaire
1k
(kilo)
10^3
2^10 = 1024
1M
1G
1T
(méga)
(giga)
(tera)
10^6
10^9
10^12
2^20 = 1048576
2^30 = 1073741824
2^40 = 1099511627776
44
Quelques mots sur la mémoire
• Carte perforée à 80 colonnes d'IBM
Ce système qui deviendra un standard est la
généralisation de la carte perforée qui est à
l'origine de la compagnie.
• Mémoires à tubes Williams
Développée par F. C. Williams, ce type de
mémoire utilise les charges résiduelles laissées
sur l'écran d'un tube cathodique après qu'il ait
été frappé par le faisceau d'électron.
45
• Bande magnétique
• Mémoires vives à tores de ferrite
Pendant une petite vingtaine d'année, ce principe
de mémoire sera le plus utilisé avant d'être
remplacé par la mémoire à semi-conducteurs.
• Tambour magnétique
• Disque magnétique
Aussi appelé disque dur, ce type de support
deviendra incontournable lorsqu'il prendra sa
forme actuelle en 1974: Le disque Winchester.
46
• Mémoires à semi-conducteurs
• Disques souples
• Mémoire magnétique à bulles (Intel) Mise au
point par Intel Magnetics , c'est une technologie
qui offrait une très grande fiabilité même dans des
conditions de fonctionnement extrêmes.
• Disque Opto-Numérique (aussi appelé
Compact Disc ou Disque Optique Compact)
Disque de plastique de 12 cm de diamètre et
1,2 mm d'épaisseur lu par un faisceau laser
47
• CD-ROM (Sony et Philips) (Compact Disc
Read Only Memory) - Cédérom en français
Version informatique du CD permettant de
stocker à la fois du texte, des images, des
sons... Sa capacité était exceptionnelle pour
l'époque: 680 Mo.
48
• DVD-ROM (Sony et Philips) Successeur
annoncé du CD-ROM dont il reprend
exactement le format physique. Sa capacité
est par contre multipliée par 12 et passe à
environ 8,5 Go.
49
Différents niveaux de mémoire
50
On trouve d'abord des mémoires très rapides (les
plus chères), en petit nombre, accessibles
immédiatement par le processeur. Ce sont les
registres. On trouve ensuite le cache ou antémémoire. Accessible en quelques cycles d'horloge
(1 ou 2 en général) il contient quelques dizaines de
milliers de mots. On a ensuite la mémoire
principale ou mémoire centrale. On dispose
parfois d'une mémoire d'appui ou d'arrière-plan,
intermédiaire entre la mémoire centrale
51
et les mémoires auxiliaires. Elle est constituée de
circuits semi-conducteurs de faible prix, dont la
vitesse est faible pour des circuits de mémoire
mais cent fois plus élevée que celle des disques
magnétiques. Toutes ces mémoires sont volatiles.
• Les disques magnétiques forment le niveau
suivant (mémoires auxiliaires ou mémoires de
masse) et constituent une mémoire permanente
dont les données restent valides quand on coupe
l'alimentation électrique. Le dernier niveau
correspond à l'archivage des données.
52
• Jusqu'à présent ce domaine était
l'exclusivité des bandes magnétiques. Ces
dernières années ont vu apparaître un
nouveau produit qui peut dans certains cas
fournir une alternative pour l'archivage. Il
s'agit du disque optique numérique. Celui-ci
a des densités de stockage de 102 à 104 fois
supérieures à celles des supports
magnétiques, pour des temps d'accès cinq à
dix fois plus grand.
53
Évolution de la programmation
• Ada Byron (1816-1852): première
programmatrice pour la machine de
Babbage
• Adèle Goldstine: programme pour
l’ENIAC en 1946.
• Les premiers programmes en Langage
machine (0 et 1)
• Langage symboliques: les assembleurs
54
• Fortran (Formula Translator) vers 1950 par
J. Backus.
• Apparurent aussi des langages spécialisés
comme le GPSS (simulation) et APT
(commande de machines à outils)
• Vers la fin de 1950:
- Algol: notion de blocs
55
• Cobol: applications de gestion.
• PL/1: dans le but de traiter plusieurs genres
d’applications (universels). Apparurent ensuite les
langages Pascal, Modula, C, ...
• La micro-informatique a répandu le Basic
• Langages fonctionnels (Lisp): utilisé dans le
traitement des expressions symboliques
• Langages Logiques (Prolog): intelligence
artificielle; pouvoir d’inférence.
56
Récapitulatif
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Fortran 1954 Applications scientifiques
Cobol
1959
Gestion
Algol
1960
structure de blocs
Lisp
1960
Intelligence artificielle
PL1
1965
scientifique et gestion
Basic
1965
Pour débutant (interprété)
Pascal
1971
Pour l'enseignement
C
1972
Développement de UNIX
Ada
1979
Défense américaine
C++
1985 C orienté objet
Java
1994 Basé sur C et C++ pour Internet
57
• Définition: Un langage de programmation
est un symbolisme permettant une
communication avec l’ordinateur.
• Le langage naturel ne peut pas servir de
langage commun (syntaxe très complexe multiplicité de règles de grammaire et des
exceptions; sa sémantique aussi)
58
• Un langage de programmation est donc plus
restrictif. Il est défini en fournissant à
l’utilisateur le vocabulaire autorisé, sa
syntaxe et sa sémantique.
• Pour ces langages, une phrase s’appelle une
INSTRUCTION et correspond à la
description d’une ou plusieurs opérations
elémentaires.
59
• Les opérations élémentaires pour une
machine sont:
1.Transfert d’information
affectation (assignation)
Entree-sortie
2. Opérations arithmétiques et logiques
3. Rupture de séquence
60
Les différents niveaux de langages
de programmation
- Langage machines binaire (0 et 1)
Seul langage compris par la machine
- Langage machines assembleur
Ces deux langages dépendent de la machine
- Langage évolué
61
Quelques mots sur les systèmes
d’exploitation
• Définition
Un système d'exploitation (SE; en anglais: OS
= operating system) est un ensemble de
programmes de gestion du système qui
permet de gérer les éléments fondamentaux
de l'ordinateur:
le matériel - les logiciels - la mémoire - les
données – les réseaux.
62
Fonctions d’un S.E
•
•
•
•
•
•
•
Gestion de la mémoire
Gestion des systèmes de fichiers
Gestion des processus
Mécanismes de synchronisation
Gestion des périphériques
Gestion du réseau
Gestion de la sécurité.
63
Un exemple
Soit la commande suivante: emacs monfichier.txt
• Juste après avoir tapé le <entrée> fatidique, le
système d'exploitation est mis à contribution. A
savoir qu'il doit ;
• 1) aller chercher sur le disque dur un fichier qui
s'appelle emacs et qui doit être impérativement un
fichier d'instruction à exécuter (fichier exécutable
ou "binaire").
• 2) aller chercher sur le disque dur un fichier qui
s'appelle monfichier.txt et rattacher ledit fichier à
l'exécutable emacs en tant que fichier de données.
64
3) trouver une place en mémoire centrale
(RAM) pour y placer tout ou une partie de
emacs de tel manière qu'il soit
effectivement exécutable et une place en
RAM pour y placer tout ou partie du fichier
monfichier.txt. Trouver une place en RAM
pour y mettre une zone de communication
avec emacs. Le SE et emacs doivent
communiquer entre eux afin de s'informer
(entre autres choses) du bon déroulement
des opérations.
65
4) Si les fichiers emacs et monfichier.txt sont
trop gros pour la place disponible en RAM ,
le S.E se charge de ne mettre en mémoire
vive que la partie des fichiers effectivement
utile à l'instant t pour le processeur. Dès
qu'une autre partie du fichier devient utile la
partie précédente est effacée de la RAM, et
la zone "utile" est recopiée à sa place. Cette
technique s'appelle le "swapping".
66
Il existe actuellement plus de 193 systèmes
d’exploitation dans 27 langues
Quelques exemples
• UNIX
• VMS
• MS-DOS (sur les PC)
• Win 9X = désigne les Windows 95-98-Me,
héritiers de MS-DOS et Win 3.1. Il n'a aura plus
de nouvelles versions. Cette gamme est remplacée
par Win XP home.
67
• Windows NT est le système d’exploitation
Microsoft conçu pour se passer de MS-DOS, tout
en gardant une grande compatibilité avec les
logiciels écrits pour MS-DOS, Win 3 et plus tard
Win 9X (= Win 4.0).
• Windows 2000 est le nom commercial de Win
NT 5.0, et Win XP celui de NT 5.1
• Pour ceux qui confondent : Win 2000, n'est pas le
successeur technique de Win 98 :
• Win 98 a besoin de MS-DOS pour démarrer.
• Win NT-2000-XP l'émule dans une machine
virtuelle.
68
•
Quelques domaines d’applications
• Calculs scientifiques: nombre faible
d’opérations mais se répétant de
nombreuses fois; tels ceux d’algèbre
numérique et non numérique
• Traitement de données: pbmes de gesion
classique tels: facturation – gestion de
stocks – paie du personnel – éditions de
rapports d’états, de statistique, ...
69
• Analyse projets: tracé d’autoroutes;
visualisation de ce que le conducteur verra
au volant, ...
• Contrôle de processus: surveillances et
commander le fonctionnement de divers
dispositifs
• Gestion mathématique: emploi de temps;
ordonnamcement, ....
70
• Systèmes d’information: réservation de
places d’avion, interrogation d’une banque
(volumineuse) de données, ..., etc.
71