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Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Hal 9000est le nom d'un puissant ordinateur doté d'intelligence artificielle,

gérant le vaisseau spatial Discovery 1 dans le célèbre film

2001, l'odyssée de l'espace de Stanley Kubrick (1968).

http://fr.wikipedia.org/wiki/2001%2C_l%27odyss%C3%A9e_de_l%27espace

InformatiqueHistoire & notions de base

ISFATES – L1 : UE Informatique1

Par Julien Brancher

UFR MIM Université Paul Verlaine – METZ

Version sept. 2006


PLAN DU COURS Historique et les métiers de l’informatique

Architecture d’un micro-ordinateur

Systèmes d’exploitation

Du langage binaire au langage hexadécimal

Algorithmique et programmation


Un peu d’histoire …

Antiquité 1200 1600 19801889 1945 1956

1 2 63 4 5

1. Invention du calcul

2. Mécanisation du calcul

3. 1ers calculateurs mécaniques

4. Calculateurs électriques

5. Calculateurs électroniques

6. Micro-ordinateurs


Un peu d’histoire … Invention du calcul

Utilisation de systèmes primitifs à base 5,10,60 Utilisation des chiffres romains : I, V, X, L, C Opérations de base difficiles Apparition du 0 par les égyptiens et introduit

au XIIème siècle en Europe Mise en place de la numérotation décimale



Mécanisation du calcul 1er boulier (Chine -300) Logarithmes de NEPER Pascaline (1642) Leibniz (1670) Machine différentielle (1822) Machine analytique (1830)Le boulier chinoisLa Pascaline

La machine analytique


Un super ordinateur

Un peu d’histoire … Au XXème siècle…

Cryptage/décryptage « Machine de Turing » Calculateur à cartes

perforées (IBM – 1935) ENIAC (Neumann - 1945) TI invente le circuit intégré

(1958 et 1er ordinateur en 1968)

1er super-ordinateur CRAY (1970) : 160MOS

Alan Mathison TURING(1912-1954)

Mathématicien anglais

CRAY 2Un circuit intégré …



ENIAC : quelques chiffres…

5000 opérations / s 500.000 $ 30 t. 30 mètres le long 2.50 mètres de haut 160 m² 1500 relais 17.468 tubes à vide Apparition du 1er bug !


Un peu d’histoire … Micro-informatique…

MICRAL N : (INRA – 1973) Steve Jobs/Steve Wozniak :

• Apple1 (1976) = 1er micro-ordinateur (1MHz - 8ko RAM)

• Macintosh (1984) à 8MHz/128ko RAM + souris

IBM PC (1981) - CHER Nouvelle ère :

• Écrans plats LCD• PowerPC G4 à 1,42 GHz• Intel Pentium 4 516 à 2,93 GHz• RAM à 512 Mo• Disque dur de 160 Go• Périphériques : lecteur DVD-ROM

et graveur CD/DVD biformat double couche, etc.



Loi de moore Gordon Moore (1965) Cofondateur INTEL Généralisation 40 années vérifiées Limite théorique : 2018


Métiers de l'informatique Fonctions spécialisées :

Réseau Développement informatique Sécurité des systèmes informatiques Infographie Ergonomie…


Métiers de l'informatique Métiers de l'exploitation et de la production

Systèmes informatiques et des réseaux Assister les utilisateurs de nouvelles technologies

Métiers de la conception et du développement Analyser un besoin Concevoir des solutions et les modéliser Implémenter programmer en un langage informatique

Métiers du conseil et de l'expertise Etudier les besoins ou les solutions existantes dans une entreprise

afin d'aider à la mise en œuvre d'une nouvelle architecture. Les principaux domaines d'application sont les systèmes d'information ou la sécurité informatique.


Métiers de l'informatique

Domaines d'application L'informatique industrielle, scientifique et

technologique L'informatique de gestion Les télécommunications et réseaux


Métiers de l'informatique Informatique industrielle, scientifique et technologique

Fabrication de produits industriels Bureau d'études (CAO) : production (fabrication assistée par

ordinateur, automatique, robotique) Logistique, la gestion des stocks, etc. Laboratoire de recherche fondamentale ou les services R&D

(recherche et développement) : Modéliser, Simuler, Analyser des phénomènes.

Informatique de gestion Simplification de la gestion administrative : suivi des clients, fiche

de paye, facturation. Système d'information : progiciel de gestion intégré (ERP).

Télécommunications et réseaux Transmission d'information : réseaux informatiques et téléphonie


Architecture : mainframe et PC 1ers réseaux Ordinateur central : le «mainframe»

Relié à différents terminaux utilisateurs

Grande puissance chargé de Gérer les sessions utilisateurs des terminaux Gérer de manière centralisée les applications entreprise

Cependant : La performance du système tout entier repose sur les

capacités de traitement de l'ordinateur central Qualifié d'« informatique lourde »


Architecture d’un micro-PC

Plusieurs types de PC (Personal Computer) PC de bureau PC portable Pocket PC


Architecture d’un micro-PC Constitution générale

d’un PC Unité centrale

• Carte mère,• Microprocesseur,• Disques de stockage :

– Disques durs– Lecteur de disquette– CD-ROM, DVD-ROM– Lecteur ZIP– …

• …

Périphériques internes• Carte vidéo• Carte son• …

Périphériques externes :• Périphériques d’entrés

– souris, clavier, scanner, …

• Périphériques de sorties– écrans, imprimantes, …

• Entrés-sorties– Disques amovibles (clé USB)



Processeur(CPU)

Mémoire principale (M.P.)

Unité de commande

Unité de traitementsU.A.L.

Unité d’entrées/sorties

Programme

Données

Code instructions

Données binaires

Informations codées en binaire

BUS système


Architecture d’un micro-PCLa carte mère

Elément constitutif principal de l’UC (« Socle de connexion ») Ports = emplacements de cartes d’extension et périphériques

• AGP : carte vidéo• PCI : carte son, …• PS2 : souris, clavier• IDE : disques durs• // : imprimantes

Microprocesseur socket



Unité centrale : le processeur Marques : AMD Athlon, Intel Pentium, Intel 4004 Fréquence de l’horloge : en MegaHertz (MHz)

…mesure le nombre de calculs à la seconde :

1000MHz = 1 GHz = 1.000.000.000 calculs/s

Transistors…pour faire des opérations de base = plusieurs millions sur un

seul processeur (Loi de Moore : double tous les 18 mois)

Silicium = cher



Unité centrale : les types de mémoire Mémoires liées au processeur (accès très rapide)

• Registres : stocke des données de calcul• Mémoire cache : stocke des instructions (256, 512Ko)

Mémoire morte (ROM) : mémoire « gravée »• Stocke des données pour le Bios par exemple

Mémoire vive (RAM)• Mémoire principale mais « volatile » (128, 256, 512 Mo)• Permet le lancement du système, d’applications, …

Mémoire de masse : DD, CD-ROM (40,80,160 Go)



Le disque dur, le CD-ROM, … Capacités de stockage = mémoires de masse Taux de transfert (bits/s) et vitesse de rotation pour les

DD (tours/min) = rapidité d’accès aux données Interface (SCSI, IDE, USB) = ports de branchement du

disques (~ taux de transfert)



Périphériques internes Connectés à l'intérieur du PC (ports AGP, PCI, ISA)

• La carte vidéo (indispensable) l'image au moniteur• de la carte son son vers les enceintes

…et depuis quelques années :• d'un modem interne• de la carte réseau (interconnexion de plusieurs

ordinateurs)• Cartes TV, carte d’acquisitions (vidéos), radio...



Périphériques externes Input : saisie des données

(clavier, souris, scanner, webcam) Output : affichage des données

(moniteur, imprimante, enceintes) Notion de Plug & Play :

(connecter et utiliser)


Introduction au système : BIOS « Basic Input/Output System » Système de gestion élémentaire des

entrées/sorties » Contrôle des éléments matériels ROM + EEPROM (« flasher » = action de modifier l'EEPROM par impulsions

électriques). Rôle (entre autre) :

Inventaire du matériel présent dans l'ordinateur Effectue un test (appelé POST, pour "Power-On Self Test") Effectuer un test du processeur (CPU) Vérifie la mémoire vive et la mémoire cache Vérifie toutes les configurations (clavier, disquettes, disques durs ...)

Si il y a une erreur : Affiche un message à l'écran Emet un signal sonore, séquence de bips (beeps en anglais) Envoie un code (appelé code POST) pouvant être récupéré à l'aide d'un matériel

spécifique de diagnostic. Si aucune erreur : bip bref


Systèmes d’exploitation Operating System (O.S.)

Deux fonctions principales :• gérer les ressources de l’installation matérielle• assurer un ensemble de services (Interface Homme Machine -

IHM) Qualités d’un O.S.

• Fiabilité sur les défaillances matérielles ou des erreurs des utilisateurs (éviter les pertes d’information)

• Efficacité : Utiliser au mieux les ressources et possibilités matérielles

• Simplicité : langage de commande et des diagnostics d’erreurs• Adaptabilité : permettre des modifications matérielles et logicielles


Systèmes d’exploitation Assure les échanges entre le processeur, la mémoire, et les

ressources physiques Transmet au périphérique via son pilote Offrir à l'utilisateur une interface homme-machine (IHM) Permet la gestion :

Du processeur : algorithme d'ordonnancement De la mémoire vive : espace mémoire alloué à chaque application,

«mémoire virtuelle» sur le disque (plus lente) Des droits : sécurité De la lecture et l'écriture dans le système de fichiers et les droits

d'accès aux fichiers par les utilisateurs et les applications.



Composition : Le noyau (kernel)

L'interpréteur de commande (shell) : communication avec le système d'exploitation par l'intermédiaire d'un langage de commandes

Le système de fichiers ( «file system», FS) : gestion des fichiers dans une arborescence



Comment fonctionne un O.S. ?

Système d’exploitation

APPLICATIONS (software)

MATERIEL (hardware)

gestion des travaux

gestion des fichiersgestion des E/Sgestion mémoire

Noyau


Systèmes d’exploitation Répertoires

Dossier (folder) : organise des fichiers et des « sous-répertoires » Répertoire racine : 1er dossier : "\" Windows ou "/" UNIX / Linux Répertoire parent ("cd .." DOS/UNIX)

Fichiers Fichiers binaires : suite d'informations de 0 et de 1 Fichier texte est un fichier composé de caractères stockés sous la

forme d'octets (caractères). Enregistré sur un support de stockage sous la forme

"nom_du_fichier.ext" ".ext" extension lié au type de prog. pour l’ouverture du fichier

Chemin (path) = succession de dossiers de la racine pour atteindre un fichier :

Windows « x:\repertoire1\repertoire2\ » Unix « /repertoire1/repertoire2/ »



Extensions à connaitre : exe, dll txt pdf zip, rar, cab doc, xls, ppt odt, odc, odp

bmp, jpg, gif, png avi,mp3, wmv, mpg html, htm, xml


Systèmes d’exploitation : marché

Distributions Linux :

Windows :

Autres :

Windows 98

2%

Windows XP

85%

other

1%

Windows 95

1%

Windows

2000

6%

Windows 98

Windows XP

Windows 2000

Windows NT

Windows Me

MAC OS

Windows 95

Linux

other



Systèmes de fichiers (SF) Organiser les données Gestion de la mémoire sur les

espaces de stockages Choix de l’OS = SF imposé Pb de compatibilités si

plusieurs OS sur un PC SF améliorés car capacités

(FAT16 NTFS)

Systèmes Types supportés

MS DOS, Win95 FAT16

MS Win95 OSR2/98 FAT16, FAT32

MS Win2000 / XP FAT16, FAT32, NTFS

Linux Ext2, Ext3, …

MacOS HFS, MFS, …

SUN, Free/OpenBSD

UFS (Unix)

Windows VISTA WinFS ?


Systèmes d’exploitation Et le bug de l’an 2000 …??

Vieux ordinateurs - gros systèmes (banques, organismes importants) Dates codées sur deux chiffres (98 au lieu de 1998) Economie sur la mémoire An 2000 = An 00 (1900) ??

… Où est le problème ? Lundi 1er janvier 1900 // samedi 1er janvier 2000 Année 2000 bissextile // année 1900 non bissextile Les systèmes fonctionnent avec l'horloge du système

• manière aléatoire (e-mails, des fichiers, …)• résultats erronés• arrêt du système

Patchs (corrections logicielles) à installer/programmer


Du binaire à l’hexadécimal

Ce qu’on connaît : la base 10 (décimale) Histoire : nos 10 doigts !! 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 : pour tous les nombres base 10 Notions de dizaine, centaine, millier … = paquets

Mais nous n’aurions eût que 2 doigts ???

5+ 8____

3 retenue 1 13

5+ 26____

1 retenue 1+2 31

124+ 458____

2 retenue 1+7 828 retenue 0+5 582



Ce que l’ordinateur connaît : la base 2 (binaire) Passage électrique dans un transistor : 0 ou 1 (booléen) Calculs arithmétiques du CPU avec 2 chiffres ?

Un chiffre binaire représente un bit informatique 8 bits représente un octet

0+ 0____

0 pas de problème!

1+ 0____

1 pas de problème!

1+ 1____

0 car 2 n’existe plus!

retenue = 1 donc 10



Valeur binaire sur 3 bits : Il y a 8 états différents (23 possibilités)

Base 2 Base 10(sur 3bits)000 0001 1010 2011 3100 4101 5110 6111 7



Valeur binaire sur 8 bits (1 octet) : Il y a 256 états différents (28 possibilités)

Base 2 Base 10(sur 8bits)0000 0000 00000 0001 10000 0010 2… …1000 1111 1431001 0000 144… …1111 1101 2531111 1110 2541111 1111 255



Codage des caractères ASCII (années 60) « Code Americain Standard pour l'Echange d'Informations

» Codage reconnu par l’ordinateur : binaire texte humain Codées sur 8 bits = 1 octet ( =poids d’un caractère) 28 = 256 caractères (codés de 0 à 255)

Table standard du codage ASCII



Ce qui explique bien des choses …

1 octet = 23 bits = 8 bits = 1 caractère1 Ko = 210 octets = 1.024 octets1 Mo = 220 octets = 1.048.576 octets1 Go = 230 octets = 1.073.741.824 octets1 To = 240 octets = 1.099.511.627.776 octets

Attention : 1 byte = 1 octet en anglaisRemarque : 1 fichier texte vide = 0 octet

1 fichier texte de 50.000 car. = 50 Ko



Ce qui simplifie la base 2 : la base 16 (hexa)

Nombres binaires ingérables car longs Consiste à compter sur une base 16 :

0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F

Tableau des conversions (4 bits = 1 chiffre hexa) :Base

10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Base 16 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A

Base 2 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010Base 10 11 12 13 14 15

Base 16 B C D E F

Base 2 1011 1100 1101 1110 1111


Algorithmique et langages

Notions d’algorithme et de programmation

Fournir la solution à un problème

• Analyser le problème dans un langage descriptif : analyse

• Traduire l'algorithme dans un langage de programmation : programmation

• Langage de programmation = intermédiaire humain / machine

• Langage proche de la machine mais intelligible par l'humain (syntaxe stricte)

• Transformer en langage machine : compilation (programme = compilateur)



Notions d’algorithme et de programmation

Caractéristiques d'un algorithme

• Lisible : l'algorithme doit être compréhensible même par un non-informaticien

• Aucune notion technique relative à un programme particulier ou à un OS donné

• Précis et concis : un algorithme ne doit pas dépasser une page ou alors décomposer le problème en plusieurs sous-problèmes

• Structuré : composé de différentes parties facilement identifiables



Exemple :

Nom : addDeuxEntiersRôle : Additionner 2 entiers a et b et mettre le résultat dans cEntrée : a,b : entierSortie : c : entierDéclaration : -

début c a+bfin


Algorithmique et langages Formalisme utilisé :

Entête• Nom• Rôle• Paramètres d’entrée (données indispensables)• Résultats en sortie (données calculées et produites)• Déclarations locales : variables locales utiles

Corps• Mot-clef : debut• Suite d’instructions indentées• Mot-clef : fin


Algorithmique et langages Variables et types de données :

Variable• Valeur modifiable stockée du programme• Identifiée par un nom• Appartient à un type (déclaration de la variable)

Quelques type de données• Entier : peut prendre les valeurs 0 1 54 4545 …• Réel : peut prendre les valeurs 0,5 12,54452 3,1415 ….• Chaîne de caractères : ‘g’,’bonjour’,’ma maison’• Booléen : 0 ou 1 (VRAI ou FAUX)

Identifiant de la variable : type de variable


Algorithmique et langages Exemple d’algorithme :

Nom : euroVersFrancs

Rôle : Convertisseur d’un prix en euros en francs, avec saisie du prix en euros et affichage en francs

Entrée : -

Sortie : -

Déclaration : valeurEuro, valeurFranc, tauxConversion : Réel

début

tauxConversion 6.55957

écrire("Votre prix en euros ?")

lire(valeurEuro)

valeurFranc valeurEuro x tauxConversion

écrire(valeurEuro,"€=",valeurFranc,"francs")

fin


Algorithmique et langages Instructions :

Opérateurs d’affectation ‘’• a 4• b "Hello world!" (si b est déclarée comme chaîne de car.)• c a + 10 (c contiendra la valeur 14)

Opérateurs conditionnels SI … ALORS …

SI conditions ALORS

…

instructions si VRAI

…

FINSI

SI conditions ALORS

…instructions si VRAI …

SINON

…instructions si FAUX …

FINSI


Algorithmique et langages L’expression conditionnelle :

Renvoie un booléen : VRAI ou FAUX Compare, vérifie, teste des valeurs Opérateurs logiques utiles :

•'<' : SI a<b ALORS écrire ('a est plus petit que b') FINSI

•'>' : SI a>b ALORS écrire ('a est plus grand que b') FINSI

•'=' : SI a = b ALORS écrire ('a est égale à b') FINSI

•'≠' : SI a ≠ b ALORS écrire ('a est différent de b') FINSI

•'ET' : SI a<b ET a<c ALORS … FINSI

•'OU' : SI a<b OU a<c ALORS … FINSI

•'NON' : SI NON(a<b) ALORS écrire ('a est plus grand que b') FINSI


Algorithmique et langages Exemple d’algorithme avec une conditionnelle :

Nom : afficheMaxiRôle : Affiche le maximum entre 2 valeurs saisies au clavierEntrée : -Sortie : -Déclaration : valeurSaisie1, valeurSaisie2 : entierdébut écrire("Saisir la première valeur :") lire(valeurSaisie1) écrire("Saisir la seconde valeur :") lire(valeurSaisie2) SI valeurSaisie1 > valeurSaisie2 alors écrire("Le maximum est : ",valeurSaisie1) SINON écrire("Le maximum est : ",valeurSaisie2) FINSIfin


Algorithmique et langages Langages de programmation

Actions consécutives à exécuter À CHAQUE instruction correspond UNE action du

processeur Langage machine (0 et 1) langage intermédiaire Assembleur est le premier langage informatique Portabilité du langage


Algorithmique et langages 2 catégories : langages interprétés et langages compilés

Interprété : programme auxiliaire (l'interpréteur) traduit les instructions

Compilé : traduit une fois par un COMPILATEUR (fichier exécutable)

Langage compilé : plus rapide et plus sécurisé à l'exécution mais moins souple (recompilations)

+ Langages intermédiaires : compilation intermédiaire (applets Java)



Langages de programmation

Langage Domaine d’application Compilé/interprété

ADA Temps réel Compilé

C Prog. Système Compilé

C++ Prog. Système objet Compilé

COBOL Gestion Compilé

FORTRAN Calcul scientifique Compilé

JAVA Prog. Objet Intermédiaire

LISP I.A. Intermédiaire

Mathématica Calcul scientifique Interprété

PASCAL Enseignement Compilé

historiquearchitecturesystèmesbinaire et hexa.algorithmique hal 9000 est le nom d'un puissant...

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