Séance 1: Introduction

Séance 1: Introduction
Cours d’informatique de BCPST 1

Table des matières
1 Quelques notions d’architecture des ordinateurs 2
1.1 Hardware ............................................ 2
1.1.1 Modèle de Von Neumann .............................. 2
1.1.2 Le processeur ..................................... 3
1.1.3 La mémoire principale ................................ 3
1.1.4 Les bus ......................................... 3
1.2 Software ............................................ 3
1.2.1 Langages de programmation ............................. 3
1.3 Système d’exploitation ..................................... 4
1.3.1 Hiérarchie des fichiers ................................. 4
2 Initiation à Python 5
2.1 Présentation .......................................... 5
2.2 Environnement Pyzo ..................................... 5
3 Types de données 5
3.1 Les nombres .......................................... 5
3.1.1 Les entiers ....................................... 6
3.1.2 Les flottants ....................................... 7
3.1.3 Les complexes ..................................... 8
3.1.4 Quelques fonctions mathématiques supplémentaires ............... 8
3.2 Les booléens .......................................... 10
3.3 Les chaines de caractères .................................... 11
3.4 Les listes ............................................ 13

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1. Quelques notions d’architecture des ordinateurs
1.1 Hardware
•Modèle de Von Neumann
Un ordinateur peut être décrit comme une machine de traitement de l’information : il est capable de
faire les quatre tâches suivantes.
1. Acquérir de l’information.
Cela se fait par l’intermédiaire de périphériques d’entrées que sont le clavier, la souris, le
scanner...
2. Stocker de l’information.
Cela se fait avec la mémoire de masse (disque dur, clé USB, etc.) destinée à un stockage persis-
tant même en absence d’alimentation électrique, de la mémoire vive (la RAM) utilisée par le
processeur pour traiter les données.
3. Transformer l’information.
C’est le rôle du processeur (le CPU).
4. Restituer l’information.
On dispose pour cela de l’écran, de l’imprimante, des enceintes...
Un ordinateur est constitué de beaucoup de composants (carte réseau, disque dur, mémoire...) mais,
pour calculer, trois entités suffisent :
•le processeur qui effectue des calculs sur des nombres, c’est le "cerveau" de l’ordinateur ;
•la mémoire qui stocke ces nombres ;
•les bus qui assurent le déplacement des données entre le processeur et la mémoire.
Voici la représentation symbolique la plus classique, c’est le modèle de Von Neumann :
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Détaillons le rôle des différents composants.
•Le processeur
Le processeur exécute les suites d’instructions élémentaires des programmes. Ces instructions corres-
pondent à des actions très simples (additionner deux nombres, lire ou écrire dans une case mémoire,...),
elles sont cadencées par une horloge qui assure que tous les composants agissent en même temps.
Le nombre de calculs par seconde est appelé la fréquence du processeur. Un processeur de 3 GHz
effectue par exemple 3 milliards de calculs par seconde.
Le processeur est composé de deux éléments :
1. l’unité de commande : elle est responsable de la lecture en mémoire et du décodage des instruc-
tions.
2. l’unité de traitement : l’UAL (unité arithmétique et logique) exécute les instructions.
•La mémoire principale
Bien que les informations traitées par un ordinateur soient de différents types (texte, image, son...),
elles sont toujours représentées et manipulées par l’ordinateur sous forme binaire, soit une suite de 0
et de 1 (qu’on appelle bit pour binary digit). Ces 0 et 1 proviennent des milliards de transistors qui
composent le processeur, chacun n’a que deux états de tension de sortie : 0 volt ou bien 5 volts (par
exemple).
La mémoire principale d’un ordinateur est divisée en emplacements de taille fixe, en général 8 bits,
soit un octet. Chaque emplacement est repéré par un numéro qu’on appelle son adresse. Actuellement,
les adresses sont codées sur 32 ou 64 bits, ce qui autorise au maximum 2
32
ou 2
64
adresses différentes,
un processeur 32 bits ne peut donc en théorie gérer plus de 4 Go de mémoire vive (ceci explique la
généralisation actuelle des processeurs 64 bits pour accompagner l’augmentation de la mémoire vive
associée à un ordinateur).
•Les bus
La circulation de l’information entre ces différents éléments est assurée par des connexions appelées
bus (bus de données et bus d’adresse) ; il s’agit tout simplement de fils conducteurs utilisés pour
transmettre des signaux binaires.
1.2 Software
•Langages de programmation
Un programme informatique n’est autre qu’une suite d’instructions, autrement dit un certain nombre
de mots mémoire écrits en binaire. L’ensemble de ces instructions s’appelle le langage machine. Le
langage machine n’est pas compréhensible par l’être humain (mis à part quelques informaticiens !),
c’est pourquoi a été inventé l’assembleur, un langage proche du langage machine mais un peu plus
lisible. Voici un exemple de programme en assembleur :
load 2 R1 # place le nombre 2 dans le registre R1
store R1 R2 # copie le contenu de R1 dans R2
add R0 R2 # place le résultat de l'addition de R0 et de R2 dans R2
store R1 1 # place le contenu de R1 à l'adresse mémoire @1
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Ceci se code avec une centaine d’octets. Coder en assembleur est donc plus rapide mais manipuler les
données et les placer octet par octet dans la mémoire ou dans les registres est bien trop long. De plus,
ce langage a un énorme défaut, il n’est pas portable (car chaque processeur possède des noms et des
numéros d’instructions différents) !
Les langages de haut niveau ont été inventés pour pallier ces deux inconvénients. Le code écrit dans ce
type de langage est proche du langage humain, il est ensuite compilé en assembleur puis transformé
en langage machine pour être exploitable par le processeur. Ces langages sont nombreux (C, Java,
JavaScript, Python, PHP, Perl...) car chacun va être adapté à un usage spécifique. Par exemple, le
langage choisi pour ce cours est le Python, particulièrement bien adapté au calcul scientifique : on
peut effectuer en une ligne un calcul numérique qui demanderait plusieurs centaines de lignes en
assembleur.
1.3 Système d’exploitation
Le système d’exploitation est un programme chargé en mémoire vive dès le démarrage de l’ordinateur
et qui reste en mémoire jusqu’à son extinction. Il gère le lancement des applications, identifie les utili-
sateurs, organise le disque dur, contrôle les accès aux ressources de l’ordinateur, isole les programmes
des détails du matériel. Un système d’exploitation sait comment fonctionne le disque dur ou comment
marche une carte graphique : ainsi, quand un logiciel veut afficher une image, il va demander au
système d’exploitation de le faire.
C’est le système d’exploitation qui doit connaitre les détails du matériel (dans ce cas le type de carte
graphique et les instructions qu’elle comprend) et c’est le seul programme à pouvoir autoriser un
logiciel à écrire sur le disque dur ou à accéder à la mémoire ou au processeur. Le système d’exploitation
est donc l’intermédiaire entre les logiciels, l’utilisateur et le matériel.
Cette répartition des rôles simplifie grandement l’écriture des programmes d’application.
Actuellement, les systèmes d’exploitation les plus connus appartiennent à l’une des trois familles
suivantes : la famille Mac, la famille Linux et la famille Windows.
•Hiérarchie des fichiers
L’ensemble des fichiers (applications ou données) est structuré sous forme arborescente : les feuilles
de cet arbre sont les fichiers, les noeuds étant appelés des répertoires. Tout fichier est référencé par
son chemin d’accès, c’est à dire la description du chemin qu’il faut parcourir dans l’arborescence à
partir d’un certain répertoire pour atteindre le fichier en question. Le chemin est spécifié par les noms
des répertoires séparés par le caractère « \ » et suivi du nom du fichier. Un exemple de chemin
d’accès dans ce cas serait
C:\Users\Kaichouh\Desktop\doc1 .
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