informatique en cpp

La Prépa 1A - Informatique - Introduction 1

La Prépa 1A Semestre 12021-2022

Informatique

CM 1Introduction


Cours Amphi 1 : Richard Bressoux

Amphi 2 : Catherine Oriat

Travaux pratiques (TD sur machine) Groupe A : Romain Rombourg

Groupe B : Richard Bressoux

Groupe C : Catherine Oriat

Groupe D : Isabelle Schanen

Enseignants


Objectifs de l’enseignement

• Fondements de l’informatique

• Notion d’algorithme

• Concevoir un algorithme

• Se convaincre de sa correction

• Évaluer ses performances (complexité)

• Méthodes numériques simples

• Langage utilisé : Python 3


Pour Qui ?

• Pour “tout le monde” :

→ Comprendre le monde qui l'entoure (l'informatique est partout)

• Futurs ingénieurs physiciens/chimiste/… :

→ Maîtriser les bases de l'informatique en tant qu'outil (indispensable !)

• Futurs informaticiens :

→ Pas la cible principale du cours (mais rendez-vous à l'Ensimag dans 2 ans ;-) )


Organisation du cours

● 7 cours magistraux (CMs)● 9 séances sur ordinateur (TDs)● 2 TPs en temps libre (TPLs), notés● 1 examen, en novembre● Supports en ligne : Chamilo

http://chamilo.grenoble-inp.fr

● Prenez des notes !

http://chamilo.grenoble-inp.fr/


Outils pédagogiques

• 1 QCM sur Chamilo après chaque coursNon noté, mais obligatoire (pénalité sur la note si non fait 2 semaines après chaque cours)

• Livre “Informatique pour tous en CPGE”, de B. Wack et al.• Complément indispensable du cours, à lire

au fur et à mesure (posez des questions si besoin !)

Version numérique gratuite : cf. Chamilo.


Objectifs de l’introduction

• Description d’un ordinateur• Traitement d’information• Notion d’algorithme• Les logiciels• Un peu d’histoire• Exemples élémentaires d’informations et de leurs

traitements en Python


Structure d’un ordinateur

• Mémoire, bit (0 ou 1), octet (= byte = 8 bits), mot, adresse• Unité centrale, instructions• Périphériques

• Clavier, écran, souris• Disque, CD, caméra, imprimante• Connection Wi-Fi, ethernet

• Bus qui relie(nt) le tout

UC mémoire


Stockage de l'information : mémoire, disque dur

• Mémoire vive (RAM = Random Access Memory)– Utilisée pendant l'exécution des programmes– Perdue quand la machine est éteinte– En 2021, un ordinateur a typiquement 4, 8 ou 16 Go

(1 Go = 1 gigaoctet = 1 milliard d'octets) de RAM• Disque dur (ou stockage SSD)

– Stockage de l'information dans l'ordinateur– Préservée quand la machine est éteinte– En 2021, 1 disque dur = quelques centaines de Go

ou environ 1 To (1 To = 1 Teraoctet = 1000 Go)


• Algorithme d’Euclide

• Recettes de cuisine

• Montages en kit, etc

• Dans tous les cas :

• Instructions élémentaires connues

• Description d’une suite finie d’instructions

• Contre-exemples : ?

Algorithme


Programme

• Un algorithme

• Décrit un calcul par une suite d’instructions

• Destiné à être exécuté sur ordinateur

• Transposition dans une structure en machine,

ce qui permet d’exécuter le calcul

• Écrit dans un langage informatique

• Description formelle : syntaxe + sémantique


Syntaxe et sémantique

• La syntaxe d’un langage de programmation définit la manière dont les éléments du langage peuvent être combinés pour former un programme.

• Si les règles syntaxiques sont respectées, on dit que le programme est syntaxiquement correct et il peut être exécuté.

• Sinon, le programme est syntaxiquement incorrect : on a une erreur de syntaxe et le programme ne peut pas être exécuté.

• La sémantique d’un programme définit ce que calcule le programme lorsqu’il est exécuté


Les logiciels

• Logiciels d’application• Éditeur (texte, photo, …)• Logiciels de gestion d’entreprise, de ressources, …• Calculs d’écoulement en mécanique des fluides,• …

• Interprètes et compilateurs pour des langages de programmation

• Système (Windows, Linux, …)• Gestion de fichiers, d’utilisateurs, de périphériques,

couplage réseau, …• Serveurs web, serveur mail, …

• Tournent sur une autre machine que la vôtre• Utilisés via un client (par exemple un navigateur)


Langages de programmation

• Langage utilisé pour communiquer des instructions à un ordinateur (syntaxe et sémantique).

• Il existe plus de 2000 langages de programmation différents • Code machine • Fortran (1954) • Cobol (1960)

• C (1972)• Ada (1983)• Caml• C++• Java• Python• ...


Exemples d’informations et de leurs traitements

Informations Traitement

Les nombres Calcul scientifique

Maillage océan-atmosphère Echanges d'énergie, prévision météo

Dossiers médicaux Remboursement de soins

Objets 3D, articulations, trajectoires, modèles d’interactions

Calcul de positions, de vues, de bruits dans les jeux vidéo

Structure des chromosomes Recherche de séquences proches


Histoire simplifiéede l’informatique


Les précurseurs

• la carte perforée et les trieuses : Hollerith (1860-1929), Bull (1882-1925)

• les premiers algorithmes : Euclide (3e s. av. JC)

• l'algèbre de Boole (1815-64)

• le premier programmeur est une programmeuse : Ada Lovelace (1815-1852)

Machines de Pascal (1623-62)

Machine de Babbage(1792-1871)


Les générations d'ordinateurs

• Machine de Turing (1936, uniquement théorique : pour évaluer les possibilités théoriques des calculateurs)

• Premier ordinateur : Z2 de Zuse (Berlin 1939), suivi de Eniac (Philadelphie 1943-46)

• Tubes à vide 1942

• Transistors, Shockley 1956

• Circuits imprimés 1963

• Circuits intégrés 1974

• Microprocesseurs 1974 (processeurs VLSI)


Les modes d’utilisation : systèmes d’exploitation

• Machine « nue » (1950-60)

• Traitements par lots

• Entrées sorties simultanées

• Multiprogrammation

• Temps partagé (1970)

• PC (Ordinateur individuel) (1981)

• Calcul distribué sur grappes (2000)


Les réseaux

• Les précurseurs

• Télégraphe Chappe 1793

• Télégraphe électrique 1840

• Réseaux à grande échelle

• Arpanet 1969, qui devient ensuit Internet

• Courrier électronique 1972

• France : Cyclades, puis Transpac 1979, Minitel 1980

• Réseaux locaux

• Ethernet 1973

• Le “web” (Internet + serveurs + hyperliens) : 1990


Transmettre : codage de caractères

Télégraphe Chappe


Transmettre : ASCII


Situation actuelle

• De l’informatique partout, y compris dans les parc-mètres ! 1/3 du prix d’un Airbus !

• Tendance à l’interconnexion• des ordinateurs,• des appareils domestiques

• Problèmes de sécurité, de confidentialité

• Des emplois variés (et intéressants) dans tous les secteurs : l’information est omniprésente


Une explosion continue depuis 1960

• Due à la puissance de calcul (typique: 107-108

opérations/secondes) et qui continue de croître (loi de Moore: doublement du nombre de transistors tous les deux ans)

• Due au volume d’information manipulable (grosse machine: >1010 caractères (octets))

• Due à la vitesse des transmissions (autoroute : 1010 bits/seconde)

• Due à la variété des applications: de la voiture (régulation de vitesse, diagnostique, trajet) aux finances (estimation de risque, prévision, gestion de comptes)


Loi de Moore pour l’intégration de circuits

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Supercomputers.png


Loi de Moore pour la puissance de calcul

• L’ordinateur le plus puissant au monde atteint 33 PFlops

Évolution de la puissance de calcul des 500 plus gros ordinateurs du monde (en giga-flop/s)

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Supercomputers.png


Langages de programmation

● Calculer 2+2 pour un processeur Intel (langage machine, compréhensible par le processeur) :

B80200000083C002 ➔ Bon, on ne va pas faire comme ça …

● Le même programme, en langage d'assemblage (ou langage assembleur)

movl $2, %eaxaddl $2, %eax

➔ Mieux, mais on ne va pas faire comme ça non plus !● En Python :

>>> 2+24


Le langage Python : introduction

● Langage de programmation moderne (crée en 1990)● 2e langage le plus utilisé aujourd'hui (source : index TIOBE)● Utilisateurs notables de Python :

● Web (presque tout Youtube est écrit en Python !)● calcul scientifique (LHC, Nasa, …)● IA (Intelligence Artificielle, deep learning)● Langage de script pour étendre un logiciel (plugin) :

blender, vi, …● Attention : nous utilisons Python 3, incompatible avec

Python 2.


Premier programme Python : Suite deFibonacci>>> a = 0>>> b = 1>>> while b < 10:... print(b)... c = a + b... a = b... b = c... 112358

En français :● Mettre 0 dans a● Mettre 1 dans b● Tant que b est plus petit que 10 :

● Afficher b● Mettre a+b dans c ● Mettre c dans b

Remarque : la valeur des variables (a, b et c) change !


Forces et faiblesses de Python

Forces ● Facile à apprendre● Concis (les programmes sont courts)● Structure claire● Langage de haut niveau (cache les

détails de l'ordinateur)Faiblesse principale : lenteur

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