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Ordinateur



Sommaire

Généralités

Un ordinateur est un équipement informatique permettant de traiter des informations selon des procédures.
Dès l'origine, les ordinateurs ont été utilisés pour le calcul arithmétique car ils répondaient à un besoin en recensement. Le premier ordinateur opérationnel a été utilisé à Boston aux États-Unis, en 1929.

L'expérience à enseigné à distinguer dans un ordinateur deux aspects, dont le second avait été au départ sous-estimé :

Fonctionnement d'un ordinateur

Les technologies utilisées ont énormément changé depuis les années 1940. Toutefois, pour la plupart, elles utilisent les concepts définis par John von Neumann.

L'architecture de von Neumann décompose l'ordinateur en 4 parties distinctes :

Mémoire

Au sein du système, la mémoire est une suite de cellules numérotées et contenant chacune une petite quantité d'informations. Cette information peut servir à indiquer à l'ordinateur ce qu'il doit faire (instructions) ou contenir des données à traiter. Dans la plupart des architectures, c'est la même mémoire qui est utilisée pour les deux fonctions. Dans les calculateurs massivement parallèles, on admet même que des instructions de programmes soient substituées à d'autres en cours d'opération lorsque cela se traduit par une plus grande efficacité, pratique jadis courante, mais qui avait été abandonnée depuis plusieurs décennies.

Cette mémoire peut être réécrite autant de fois que nécessaire. La taille de chacun des blocs de mémoire, ainsi que la technologie utilisée ont varié selon les coûts et les besoins : 8 bits pour les télécommunications, 12 bits pour l'instrumentation (DEC) et... 60 bits pour de gros calculateurs scientifiques (Control Data). Un consensus a fini par se réaliser autour de l'octet comme unité adressable, et d'instructions sur format de 4 ou 8 octets.

Les techniques utilisées pour la réalisation des mémoires ont compris des relais électromécaniques, des tubes au mercure au sein desquels étaient générées des ondes acoustiques, des transistors individuels, des tores de ferrite, et enfin des circuits intégrés incluant des millions de transistors.

Processeur

Entrées-Sorties

Les dispositifs d'entrée/sortie permettent à l'ordinateur de communiquer avec l'extérieur. Le nombre de ces dispositifs est très important, du clavier à l'écran.

Le point commun entre tous les périphériques d'entrée est qu'ils convertissent l'information qu'ils récupèrent de l'extérieur en données compréhensibles par l'ordinateur. À l'inverse, les périphériques de sortie décodent l'information fournie par l'ordinateur afin de la rendre utilisable par l'utilisateur.

Instructions

Les instructions que l'ordinateur peut comprendre ne sont pas celles du langage humain. Le matériel sait juste exécuter un nombre limité d'instructions bien définies. Des instructions typiques comprises par un ordinateur sont « copier le contenu de la cellule 123 et le placer dans la cellule 456 », « ajouter le contenu de la cellule 321 à celui de la cellule 654 et placer le résultat dans la cellule 777 » et « si le contenu de la cellule 999 vaut 0, exécuter l'instruction à la cellule 345 ». Mais la plupart des instructions se composent de deux zones : l'une indiquant quoi faire, qu'on nomme le code opération, et l'autre indiquant où le faire, qu'on nomme opérande.

Au sein de l'ordinateur, les instructions correspondent à des codes - le code pour une copie étant par exemple 001. L'ensemble d'instructions qu'un ordinateur supporte se nomme son langage machine. En général, les programmeurs n'utilisent plus ce type de langage mais passent par ce que l'on appelle un langage de haut niveau qui est ensuite transformé en langage machine par un programme dédié (interpréteur ou compilateur selon les besoins).

Certains langages, comme l'assembleur sont dits langages de bas niveau car les instructions qu'ils utilisent sont très proches de celles de l'ordinateur. Les programmes écrits dans ces langages sont ainsi très dépendants de la plateforme pour laquelle ils ont été développés. Le langage C, beaucoup plus facile à relire que l'assembleur, permet donc aux programmeurs d'être plus productifs. Pour cette raison, on l'a vu de plus en plus utilisé à mesure que les coûts du matériel diminuaient et que les salaires horaires des programmeurs augmentaient.

Architecture

La miniaturisation permet d'intégrer l'UAL et l'unité de contrôle au sein d'un même circuit intégré connu sous le nom de microprocesseur.

Logiciels

Article détaillé : Logiciel

Les logiciels informatiques correspondent à de larges listes d'instructions données à un ordinateur. De nombreux programmes contiennent des millions d'instructions, effectuées pour certaines de manière répétitive. Un PC classique en 2004 peut exécuter dans le cas de certaines boucles très courtes plus d'un milliard d'instructions par seconde.

Depuis le milieu des années 1960, des ordinateurs et des systèmes conçus à cette fin permettaient d'exécuter plusieurs programmes simultanément. Cette possibilité est appelée multitâche. C'est le cas de tous les ordinateurs et systèmes aujourd'hui.

En réalité, le processeur n'exécute qu'un programme à la fois, passant de l'un à l'autre chaque fois que nécessaire. Si la rapidité du processeur est suffisamment grande par rapport au nombre de tâches à exécuter, l'utilisateur aura l'impression d'une exécution simultanée des programmes. Les priorités associées aux différents programmes sont, en général, gérées par le système d'exploitation.

Système d'exploitation

Article détaillé : Système d'exploitation

Le système d'exploitation est le programme central qui contient les éléments de base nécessaires au bon fonctionnement de l'ordinateur.

Le système d'exploitation alloue les ressources physiques de l'ordinateur (temps processeur, mémoire etc.) aux différents programmes en cours d'exécution. Il fournit aussi des outils aux autres programmes (comme les drivers) afin de leur faciliter l'utilisation des différents périphériques sans avoir à en connaître les détails physiques.

Types d'ordinateurs


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