Introduction à lʼinformatique

Généralités
Introduction à lʼinformatique
Lʼinformatique peut se définir comme lʼensemble des sciences et des techniques qui portent sur
lʼordinateur et le traitement par lʼordinateur dʼinformations quantifiables de tout type.
Aho et Ullman ont une autre vision": pour eux, cʼest la science de la
mécanisation de lʼabstraction.1 En informatique, on cherche à résoudre
au moyen de lʼordinateur des problèmes modélisés puis reconstruits
sous une forme qui permet un traitement automatique sur lʼordinateur.
En pratique — mais seulement en pratique"! — lʼinformatique est
indissociable de lʼordinateur.
Sciences et techniques
Les sciences informatiques sʼintéressent aux aspects théoriques de lʼinformatique, cʼest-à-dire à
des problèmes comme la calculabilité, lʼexactitude ou la faculté de représenter un objet réel par un
modèle qui peut être traité par ordinateur. Par exemple":
•lʼordinateur peut-il exécuter nʼimporte quelle tâche"? Sinon, peut-on déterminer ce qui est
calculable et ce qui ne lʼest pas"?
•Peut-on prouver que telle ou telle façon de résoudre un problème informatique est correcte"? Si
oui, comment"?
Les techniques informatiques (information technology ou IT), elles, décrivent les applications de
ces connaissances théoriques dans toutes sortes de domaines. Certaines ne concernent que les
professionnels de lʼinformatique, comme celle-ci":
•quels sont les moyens de résoudre un problème de programmation donné"? Parmi ces moyens,
quel est le meilleur du point de vue de la lisibilité"? Et du point de vue des performances"?
Dʼautres intéressent tous les utilisateurs dʼordinateurs, quʼils soient ou non informaticiens. Par
exemple":
•quelle logique de dialogue faut-il mettre en place pour que les applications bureautiques comme
le tableur ou le traitement de texte soient aussi simples dʼemploi que possible"?
La notion dʼordinateur
Lʼélément central de la définition de lʼinformatique est lʼordinateur. Cʼest un processeur
dʼinformations, une machine à traiter des informations. Lʼordinateur est une machine unique en
son genre, car il ne gère que des objets abstraits.
Introduction à lʼinformatique#1#http://www.jaquet.org, octobre 2009
1 Alfred V. Aho et Jeffrey d. Ullman, Foundations of Computer Science, Computer Science Press, New York,
1992, p. 1.
Lʼinformatique
Lʼordinateur
Les grands systèmes
Les serveurs

Il travaille en trois étapes": lʼinterprétation, lʼexécution et la transmission des résultats.
Lʼétape de lʼinterprétation correspond à la compréhension chez lʼêtre humain, comme dans le fait
de savoir lire lʼinstruction «"introduire le ticket dans la position indiquée sur le schéma"» et de
donner un sens à ces mots.
Lʼétape de lʼexécution correspond à la mise en oeuvre, comme dans lʼaction dʼintroduire le ticket
de la manière indiquée.
Lʼétape de la transmission des résultats correspond à la communication, comme dans le
message «"reprenez votre ticket"».
Techniquement, un ordinateur peut se définir comme une machine dotée de quatre
caractéristiques": la programmabilité, le traitement dʼinformations, le traitement numérique et la
construction électronique.
La programmabilité est la capacité de lʼordinateur de traiter une suite de plusieurs instructions.
Le traitement dʼinformation signifie que lʼordinateur travaille sur des informations (en notant
quʼelles doivent être existantes"; un ordinateur ne peut pas en créer).
Le traitement numérique signifie que lʼordinateur gère des informations discrètes, non continues.
La construction électronique renvoie au fait que les ordinateurs actuels sont électroniques.
La programmabilité et le traitement dʼinformations sont les deux caractéristiques essentielles de
lʼordinateur. Sans moyens de suivre les instructions dʼun programme et de traiter des informations,
un ordinateur ne pourrait rien faire dʼutile.
Les deux autres caractéristiques sont moins fondamentales. Le fait quʼun ordinateur soit
numérique ne tient quʼà la difficulté de concevoir un ordinateur analogique qui offre un bon rapport
efficacité-prix.
Quant au fait quʼil soit électronique, cʼest sans grand intérêt, dans la mesure où la technique de
construction importe peu"; cʼest la logique de fonctionnement qui compte. Ainsi, au XIXe siècle, le
mathématicien anglais Babbage a conçu un ordinateur mécanique, et, dans les années 1940,
lʼAllemand Zuse a construit un ordinateur électromécanique. Actuellement, des chercheurs
travaillent sur les techniques optiques. Chaque fois, il sʼagit pourtant clairement dʼun ordinateur.
Bien quʼil ait été conçu vers 1830, lʼAnalytical Engine de Babbage pourrait faire tourner les
programmes que nous utilisons aujourdʼhui. Simplement, il le ferait beaucoup plus lentement.
La notion dʼalgorithme
La notion dʼalgorithme est centrale en informatique, mais on la rencontre dans tous les domaines
dʼactivité humaine": on coud une robe selon lʼalgorithme fourni par des instructions de travail, sur la
base dʼun patron"; on construit un modèle réduit en suivant les instructions dʼassemblage"; on
exécute une sonate en se conformant à une partition.2 On appelle processeur lʼagent qui exécute
un algorithme — un processeur peut donc être une personne, un animal, une plante, une machine,
etc.
Introduction à lʼinformatique#2#http://www.jaquet.org, octobre 2009
2 Les Goldschlager et Andrew Lister, Computer Science, Prentice Hall, New York, 1988, p. 2.

Lʼalgorithme décrit une méthode de résolution dʼun problème, sous la forme dʼune suite dʼétapes
décrite par des règles. Cette suite dʼétapes est":
•non ambiguë";
•ordonnée";
•finie.
On rencontre des algorithmes partout où des problèmes solubles existent, mais il en existe de
bons et de mauvais. Un exemple dans la vie courante est celui de la serveuse à qui on a
commandé quatre cafés et un thé, qui revient avec les boissons et qui demande quatre fois «"un
café, pour qui"?"» avant de terminer en donnant le thé, alors que le meilleur algorithme aurait
évidemment voulu que la serveuse se contente de la question «"le thé, cʼest pour qui"?"» avant de
servir leur café aux autres personnes.
Le chemin suivi par lʼalgorithme peut aussi être difficile à trouver. Cʼest le cas du paradoxe du
barbier, selon lequel il y a, dans un certain village, un barbier qui rase tous les hommes qui ne se
rasent pas eux-mêmes et seulement ceux-là. La question est": le barbier se rase-t-il lui-même"?
Puisque tout homme du village nʼest rasé par le barbier que sʼil ne se rase pas lui-même, on peut
en déduire que le barbier ne se rase lui-même que sʼil ne se rase pas lui-même, ce qui est
incohérent. Comment résoudre ce paradoxe"? On peut montrer quʼil y confusion de niveau, que le
barbier ne peut être vu ni comme un élément de la classe des hommes qui se rasent eux-mêmes
ni comme un élément de celle des hommes qui ne se rasent pas eux-mêmes, car les éléments de
ces classes forment les objets sur lesquels il agit en tant que sujet. Il se situe donc à un niveau au-
dessus du leur. En fait, il ne peut pas exister de barbier qui rase tous les hommes qui ne se rasent
pas eux-mêmes et seulement ceux-là.
Fréquemment, il nʼexiste tout simplement pas dʼalgorithme pour résoudre un problème. Se
trouvent dans ce cas les innombrables questions qui se posent dans des termes étrangers à
lʼalgorithmique": la mer est-elle plus belle que la montagne"? Y a-t-il des guerres justes"? Que se
passera-t-il demain"?
Même dans les domaines techniques, il existe des problèmes impossibles à résoudre. Il y a, par
exemple, en mathématique, le dixième problème dʼHilbert, qui date de 1900": existe-t-il un
algorithme qui permet de décider si une équation diophantienne admet ou non des solutions en
nombres entiers"?"(en simplifiant, une équation diophantienne est un polynôme dont la somme des
termes est égale à zéro et dont les coefficients et les exposants sont des nombres entiers"; x = 0
en constitue un exemple"; ax2 - 3y2 - 1 = 0 un autre). Actuellement, on ne sait toujours pas si cet
algorithme existe.
Algorithmes universels
Voici un exemple dʼalgorithme universel, cʼest-à-dire dʼalgorithme applicable partout et toujours":
Préparation du thé à la menthe
Faire bouillir un litre dʼeau
Mettre 3 cuillères à soupe de thé vert dans une théière de ¾ de litre.
Verser un décilitre dʼeau bouillie dans la théière.
Laisser repose 30 secondes.
Jeter le thé obtenu.
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Remplir la théière dʼeau bouillie.
Chauffer à petit feu jusquʼà ce que les feuilles de thé montent à la surface. Ne pas laisser bouillir.
Retirer la théière du feu.
Froisser une poignée de menthe fraîche et lʼajouter dans la théière.
Ajouter du sucre selon goût (par exemple seize morceaux).
Cet algorithme a un caractère universel dans le sens où il peut être exécuté correctement sur
nʼimporte quel moyen de chauffage en état de fonctionnement.
Une remarque": la condition «"en état de fonctionnement"» est évidente pour un être humain, mais
il nʼen va pas de même pour un ordinateur. Rien ne va de soi pour une machine, et une des
difficultés de lʼinformatique consiste à gérer tous les cas susceptibles de conduire à une situation
dʼerreur. On dit dʼailleurs que, sʼil y a une possibilité dʼerreur, quelquʼun la trouvera.
Algorithmes non universels
Un algorithme qui nʼest pas applicable en général nʼest pas universel.
Dans certains cas, il sʼagit dʼune bévue, comme dans lʼinstruction Cuire au four sur position 3 où
«"position 3"» ne veut rien dire pour les personnes qui nʼutilisent pas la même cuisinière. Dans
dʼautres cas, la non-universalité est volontaire et constitue un moindre mal, comme dans le cas
réel que voici": un administrateur de système informatique souhaitait installer sur les postes de
travail une certaine combinaison de produits formée dʼun système dʼexploitation et dʼun ensemble
de progiciels de bureautique comprenant une messagerie. La méthode devait être la suivante":
1. Installer le système dʼexploitation
2. Installer le logiciel dʼapplication.
Mais cela ne fonctionnait pas. Il y avait un problème dʼincompatibilité provoqué par la messagerie,
cela sans quʼon sache dʼoù il venait, ce qui ne permettait pas de résoudre le problème dʼune
manière systématique.
Lʼadministrateur a donc travaillé par essais et erreurs, ce qui a abouti à lʼalgorithme suivant":
1. Installer le système dʼexploitation
2. Installer la version précédente de la messagerie
3. Installer par dessus la nouvelle version de la messagerie
4. Installer le logiciel dʼapplication en désactivant lʼinstallation de la messagerie.
Cette approche tient du bricolage et nʼest pas satisfaisante pour lʼesprit, mais on est assez souvent
obligé dʼy recourir en informatique.
La notion dʼinformation
Dans le sens courant du terme, une information peut être définie comme tout ce qui est porté à
notre connaissance. «"La réunion a lieu à dix heures"» est une information.
Toutefois, les scientifiques ont une vision différente de lʼinformation": ils ne sʼattachent pas à sa
signification, mais à sa transmission (cf. notamment les travaux de D. McKay, C.E. Shannon, W.
Weaver et N. Wiener). Une information se définit comme ce qui est transmis par un signal. Cʼest
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une définition un peu bizarre, du genre de «"le chien, cʼest si la bête aboie"», mais elle présente
lʼintérêt de faire abstraction de la signification des informations.
Dans un ordinateur, tout se réduit à des impulsions électriques et à deux états": ouvert et fermé.
On symbolise ces deux états par les chiffres 0 et 1. Par exemple, les sept caractères qui
composent lʼexpression «"un chat"» se représentent en code ASCII par la séquence suivante de
nombres binaires":
1110101110111001000001100011110100011000011110100
Il est important de comprendre que le contenu de cette suite de bits échappe totalement à la
machine. Elle nʼen voit que la forme. Par exemple, les chaînes de caractères «"un chat"» et «"un
terroriste"» sont exactement pareilles pour un ordinateur. Lʼêtre humain et quelques rares animaux
sont seuls capables de voir les différences sémantiques entre les mots.
Cʼest, soit dit en passant, la raison pour laquelle la notion dʼ«"intelligence artificielle"» est une
idiotie. Croire à lʼintelligence artificielle, cʼest la même chose que de sʼimaginer quʼune chaîne Hi-Fi
a le sens musical.
La notion de donnée (data ou datum) est considérée ici comme synonyme de celle dʼinformation.
Avant les années 60, les spécialistes des théories de lʼinformation estimaient souvent que
lʼinformation était une forme structurée de la donnée, mais cette distinction nʼétait pas opératoire
parce que ce qui est vu comme une donnée dans un contexte particulier peut se percevoir comme
une information dans un autre contexte. La distinction entre les deux notions nʼa pas de lien avec
la nature de lʼobjet observé, mais avec le regard de lʼobservateur.
En informatique, une information ou une donnée peut se définir comme tout ensemble de bits
manipulable par lʼordinateur et compréhensible pour lʼêtre humain. Elle est formalisée de manière
à permettre au système informatique qui lʼabrite de la traiter, de la stocker et de la transmettre.
La notion de système informatique désigne lʼensemble formé de lʼordinateur, des périphériques
et du logiciel.
Principes architecturaux
Un système informatique a une architecture, cʼest-à-dire une apparence fonctionnelle. Ce que
nous, utilisateurs finals et utilisateurs informaticiens, voyons dʼun système informatique est son
architecture.
Une bonne architecture de système présente certaines caractéristiques.3
1. La cohérence (consistency) veut que la même logique sʼapplique partout, ce qui veut dire que,
si on connaît une partie du système, le reste peut être déduit. Par exemple, lʼaccès à une
fonction donnée doit être identique dans tous les programmes dʼapplication. Si la combinaison
de touches Ctrl-i a toujours pour résultat de mettre le texte en italique, quel que soit le
programme utilisé, la cohérence est respectée.
2. Lʼorthogonalité (orthogonality) prévoit que deux fonctions logiquement indépendantes doivent
être séparées dans leur fonctionnement. Par exemple, le fait que le bouton Arrêter ne sʼaffiche
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3 G. A. Blaaw et F. P Brooks, Computer Architecture, Technical University of Twente, Twente, 1985.