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Chapitre 1 : l’ordinateur
Définition : Un ordinateur est une machine électronique qui fonctionne par la lecture séquentielle d'un ensemble d'instructions, organisées en programmes, qui lui font exécuter des opérations logiques et arithmétiques sur des chiffres binaires. Dès sa mise sous tension, un ordinateur exécute, l'une après l'autre, des instructions qui lui font lire, manipuler, puis réécrire un ensemble de données. Des tests et des sauts conditionnels permettent de changer d'instruction suivante, et donc d'agir différemment en fonction des données ou des nécessités du moment.
Composants de base d’un ordinateur
L’écran: c’est un périphérique de sortie, pour afficher les informations. Le clavier: c’est un périphérique d’entrée, pour taper du texte. La souris: c’est un périphérique d’entrée, c’est un support de pointage, pour déplacer le curseur sur l’écran. L’unité centrale: est le composant principal de l’ordinateur. L’imprimante: c’est un périphérique de sortie, pour imprimer des textes et des images sur des papiers. Un supports de stockage: il permet de stocker les informations. Exemple:
• Disquette • CD • Disque dur
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Les composants internes
Unité Central Il s’agit d’un coffret compartimenté qui accueille tous les composants de l’ordinateur. C’est là que s’opèrent la mémorisation et le traitement des informations.
Carte Mère La carte mère est le circuit imprimé principal qui se trouve au centre de votre ordinateur. Sur cette carte tous les composants de votre PC sont connectés. La carte mère contient les connexions pour le processeur, la mémoire, les cartes d’extension et les périphériques de stockage.
Les ports
Sont appelés ports tous les dispositifs permettant de brancher quelque chose sur l’ordinateur.
Processeur
C’est le cerveau de votre ordinateur. C’est lui qui effectue tous les calculs, les analyses, les traitements de l’information.
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La mémoire vive
C’est une unite de stockage temporaire d’informations. Le processeur l’utilise pour stocker des informations utiles au bon fonctionnement de l’ordinateur mais pas nécessaires à sauvegarder.
Le Disque dur C’est une unite de stockage d’information durable. Sont stockes dessus : -‐ votre système d’exploitation (Windows, OSX, Linux, ...) -‐ tous les logiciels installés -‐ les documents que vous allez créer.
Fonctionnement : Parmi toutes les machines inventées par l'Homme, l'ordinateur est celle qui se rapproche le plus du concept anthropologique suivant : Organe d'entrée, organe de traitement de l'information et organe de sortie. Chez l'humain, les organes d'entrée sont les cinq sens, l'organe de traitement est le cerveau dont les logiciels sont l'apprentissage avec des mises à jour constantes en cours de vie, puis les organes de sortie sont les muscles. Pour les ordinateurs modernes, les organes d'entrée sont le clavier et la souris et les organes de sortie, l'écran, l'imprimante, le graveur de DVD, etc. Les techniques utilisées pour fabriquer ces machines ont énormément changé depuis les années 1940 et sont devenues une technologie (c’est-‐à-‐dire un ensemble industriel organisé autour de techniques) à part entière depuis les années 1970. L’architecture de Von Neumann décomposait l’ordinateur en quatre parties distinctes : L’unité arithmétique et logique (UAL) ou unité de traitement : son rôle est d’effectuer les opérations de base, un peu comme le ferait une calculatrice ;
L’unité de contrôle C’est l’équivalent des doigts qui actionneraient la calculatrice ; La mémoire qui contient à la fois les données et le programme qui dira à l’unité de contrôle quels calculs faire sur ces données. La mémoire se divise entre mémoire vive (programmes et données en cours de fonctionnement) et mémoire permanente (programmes et données de base de la machine) ; Les entrées-‐sorties: dispositifs qui permettent de communiquer avec le monde extérieur.
UAL et UC L’unité arithmétique et logique ou UAL est l’élément qui réalise les opérations élémentaires (additions, soustractions), les opérateurs logiques (ET, OU, NI, etc.) et les opérations de comparaison (par exemple la comparaison d’égalité entre deux zones de mémoire). C’est l’UAL qui effectue les calculs de l’ordinateur. L’unité de contrôle prend ses instructions dans la mémoire. Celles-‐ci lui indiquent ce qu’elle doit ordonner à l’UAL et, comment elle devra éventuellement agir selon les résultats que celle-‐ci lui fournira. Une fois l’opération terminée, l’unité de contrôle passe soit à l’instruction suivante, soit à une autre instruction à laquelle le programme lui ordonne de se brancher. L'unité de contrôle facilite la communication entre l'unité arithmétique et logique, la mémoire ainsi que les périphériques. Elle gère la plupart des exécutions des instructions dans l'ordinateur.
Mémoire Au sein du système, la mémoire peut être décrite comme une suite de cellules numérotées 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. Cette pratique était jadis courante, mais les impératifs de lisibilité du génie logiciel l'ont fait régresser, hormis dans ce cas particulier, 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 être trouvé autour de l’octet comme unité adressable et d’instructions sur format de 4 ou 8 octets. Dans tous les cas de figure, l'octet reste adressable, ce qui simplifie l'écriture des programmes. 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.
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Entrées-‐Sorties Les dispositifs d’entrée/sortie permettent à l’ordinateur de communiquer avec l’extérieur. Ces dispositifs sont très importants, du clavier à l’écran. La carte réseau permet par exemple de relier les ordinateurs en réseau informatique, dont le plus grand est Internet. 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 compréhensible par l’utilisateur.
Bus Ces différentes parties sont reliées par trois bus, le bus d'adresse, le bus de données et le bus de commande. Un bus est un groupement d'un certain nombre de fils électriques réalisant une liaison pour transporter des informations binaires codées sur plusieurs bits. Le bus d'adresse transporte les adresses générées par l'UCT (Unité Centrale de Traitement) pour sélectionner une case mémoire ou un registre interne de l'un des blocs. Le nombre de bits véhiculés par ce bus dépend de la quantité de mémoire qui doit être adressée. Le bus de données transporte les données échangées entre les différents éléments du système. Le bus de contrôle transporte les différents signaux de synchronisation nécessaires au fonctionnement du système : signal de lecture (RD), signal d'écriture (WR), signal de sélection (CS : Chip Select).
Logiciels Les logiciels informatiques sont de longues listes d’instructions exécutables par un ordinateur. De nombreux programmes contiennent des millions d’instructions, effectuées pour certaines de manière répétitive. De nos jours, un ordinateur personnel exécute plusieurs milliards d’instructions par seconde. Depuis le milieu des années 1960, des ordinateurs exécutent plusieurs programmes simultanément. Cette possibilité est appelée multitâche. C’est le cas de tous les ordinateurs aujourd’hui .En réalité, chaque cœur de processeur n’exécute qu’un programme à la fois, passant d’un programme 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. Le système d’exploitation est le programme central qui contient les programmes de base nécessaires au bon fonctionnement des applications de l’ordinateur. Le système d’exploitation alloue les ressources physiques de l’ordinateur (temps processeur, mémoire) aux différents programmes en cours d’exécution. Il fournit aussi des outils aux logiciels (comme les pilotes) afin de leur faciliter l’utilisation des différents périphériques sans avoir à en connaître les détails physiques.