Hal 9000 est le nom dun puissant ordinateur

Hal 9000 est 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). Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

ISFATES – L 1 : UE Informatique 1 Informatique Histoire & notions de base Par Julien Brancher UFR MIM Université Paul Verlaine – METZ Version sept. 2006

PLAN DU COURS q Historique et les métiers de l’informatique q Architecture d’un micro-ordinateur q Systèmes d’exploitation q Du langage binaire au langage hexadécimal q Algorithmique et programmation Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Un peu d’histoire … 1. 2. 3. 4. 5. 6. Invention du calcul Mécanisation du calcul 1 ers calculateurs mécaniques Calculateurs électroniques Micro-ordinateurs 1 Antiquité Historique 2 1200 Architecture 1600 3 1889 Systèmes 4 1945 Binaire et hexa. 5 1956 6 1980 Algorithmique

Un peu d’histoire … q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Un peu d’histoire … q Mécanisation du calcul § 1 er boulier (Chine -300) § Logarithmes de NEPER § Pascaline (1642) § Leibniz (1670) § Machine différentielle (1822) Le. La boulier Pascaline chinois § Machine analytique (1830) La machine analytique Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Un peu d’histoire … q Au XXème siècle… § Cryptage/décryptage § « Machine de Turing » § Calculateur à cartes perforées (IBM – 1935) § ENIAC (Neumann - 1945) § TI invente le circuit intégré (1958 et 1 er ordinateur en 1968) § 1 er super-ordinateur CRAY (1970) : 160 MOS Un super ordinateur Un circuit CRAY intégré 2 … Alan Mathison TURING (1912 -1954) Mathématicien anglais Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Un peu d’histoire … q 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 1 er bug ! Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Un peu d’histoire … q Micro-informatique… § MICRAL N : (INRA – 1973) § Steve Jobs/Steve Wozniak : • Apple 1 (1976) = 1 er microordinateur (1 MHz - 8 ko RAM) • Macintosh (1984) à 8 MHz/128 ko RAM + souris § IBM PC (1981) - CHER § Nouvelle ère : • Écrans plats LCD • Power. PC G 4 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. Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Un peu d’histoire … q. Loi de moore § Gordon Moore (1965) § Cofondateur INTEL § Généralisation § 40 années vérifiées § Limite théorique : 2018 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Métiers de l'informatique q Fonctions spécialisées : § Réseau § Développement informatique § Sécurité des systèmes informatiques § Infographie § Ergonomie… Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Métiers de l'informatique q Métiers de l'exploitation et de la production § Systèmes informatiques et des réseaux § Assister les utilisateurs de nouvelles technologies q Métiers de la conception et du développement § Analyser un besoin § Concevoir des solutions et les modéliser § Implémenter programmer en un langage informatique q 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. Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Métiers de l'informatique q Domaines d'application § L'informatique industrielle, scientifique et technologique § L'informatique de gestion § Les télécommunications et réseaux Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Métiers de l'informatique q 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. q Informatique de gestion § Simplification de la gestion administrative : suivi des clients, fiche de paye, facturation. § Système d'information : progiciel de gestion intégré (ERP). q Télécommunications et réseaux § Transmission d'information : réseaux informatiques et téléphonie Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture : mainframe et PC q 1 ers réseaux Ordinateur central : le «mainframe» q Relié à différents terminaux utilisateurs q Grande puissance chargé de § Gérer les sessions utilisateurs des terminaux § Gérer de manière centralisée les applications entreprise q Cependant : § La performance du système tout entier repose sur les capacités de traitement de l'ordinateur central § Qualifié d' « informatique lourde » Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q Plusieurs types de PC (Personal Computer) § PC de bureau § PC portable § Pocket PC Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q Constitution générale d’un PC § Unité centrale • Carte mère, • Microprocesseur, • Disques de stockage : – – – Disques durs Lecteur de disquette CD-ROM, DVD-ROM Lecteur ZIP … – souris, clavier, scanner, … • Périphériques de sorties – écrans, imprimantes, … • Entrés-sorties – Disques amovibles (clé USB) • … Historique § Périphériques internes • Carte vidéo • Carte son • … § Périphériques externes : • Périphériques d’entrés Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC Processeur (CPU) Unité de commande Code instructions Mémoire principale (M. P. ) Programme Données binaires Unité de traitements U. A. L. Données Informations codées en binaire Unité d’entrées/sorties BUS système Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q. La 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, … PS 2 : souris, clavier IDE : disques durs // : imprimantes § Microprocesseur socket Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q Unité centrale : le processeur § Marques : AMD Athlon, Intel Pentium, Intel 4004 § Fréquence de l’horloge : en Mega. Hertz (MHz) …mesure le nombre de calculs à la seconde : 1000 MHz = 1 GHz = 1. 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q 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, 512 Ko) § 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) Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q 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) Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q Périphériques internes § Connectés à l'intérieur du PC (ports AGP, PCI, ISA) • La carte vidéo (indispensable) l'image au moniteur • de la carte 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. . . Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Architecture d’un micro-PC q Périphériques externes § Input : saisie des données (clavier, souris, scanner, webcam) § Output : affichage des données (moniteur, imprimante, enceintes) § Notion de Plug & Play : (connecter et utiliser) Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Introduction au système : BIOS q q « 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) : § § § q 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. q Si aucune erreur : bip bref Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation Assure les échanges entre le processeur, la mémoire, et les ressources physiques q Transmet au périphérique via son pilote q Offrir à l'utilisateur une interface homme-machine (IHM) q Permet la gestion : q § 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. Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation q Comment fonctionne un O. S. ? APPLICATIONS (software) gestion des travaux gestion des fichiers gestion des E/S gestion mémoire Système d’exploitation Noyau MATERIEL (hardware) Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation q Répertoires § Dossier (folder) : organise des fichiers et des « sous-répertoires » § Répertoire racine : 1 er dossier : "" Windows ou "/" UNIX / Linux § Répertoire parent ("cd. . " DOS/UNIX) q 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 q Chemin (path) = succession de dossiers de la racine pour atteindre un fichier : § Windows « x: repertoire 1repertoire 2 » § Unix « /repertoire 1/repertoire 2/ » Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation q Extensions à connaitre : § exe, dll § bmp, jpg, gif, png § txt § avi, mp 3, wmv, mpg § pdf § html, htm, xml § zip, rar, cab § doc, xls, ppt § odt, odc, odp Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation : marché q Distributions Linux : q Windows : q Autres : Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation q 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 (FAT 16 NTFS) Historique Architecture Systèmes Types supportés MS DOS, Win 95 FAT 16 MS Win 95 OSR 2/98 FAT 16, FAT 32 MS Win 2000 / XP FAT 16, FAT 32, NTFS Linux Ext 2, Ext 3, … Mac. OS HFS, MFS, … SUN, Free/Open. BSD UFS (Unix) Windows VISTA Win. FS ? Binaire et hexa. Algorithmique

Systèmes d’exploitation q 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 1 er janvier 1900 // samedi 1 er 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Du binaire à l’hexadécimal q 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 5 + 8 ____ 5 + 26 ____ 3 retenue 1 13 124 + 458 ____ 1 retenue 1+2 31 2 retenue 1+7 82 8 retenue 0+5 582 § Mais nous n’aurions eût que 2 doigts ? ? ? Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Du binaire à l’hexadécimal q 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 ? 0 + 0 ____ 1 + 0 ____ 0 pas de problème! 1 + 1 ____ 1 pas de problème! 0 car 2 n’existe plus! retenue = 1 donc 10 § Un chiffre binaire représente un bit informatique § 8 bits représente un octet Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Du binaire à l’hexadécimal q Valeur binaire sur 3 bits : § Il y a 8 états différents (23 possibilités) Base 2 Base 10 (sur 3 bits) 000 001 010 011 100 101 110 111 Historique Architecture 0 1 2 3 4 5 6 7 Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Du binaire à l’hexadécimal q Valeur binaire sur 8 bits (1 octet) : § Il y a 256 états différents (28 possibilités) Base 2 Base 10 (sur 8 bits) 0000 0001 0000 0010 … 1000 1111 1001 0000 … 1111 1101 1110 1111 Historique Architecture Systèmes 0 1 2 … 143 144 … 253 254 255 Binaire et hexa. Algorithmique

Du binaire à l’hexadécimal q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Du binaire à l’hexadécimal q Ce qui explique bien des choses … 1 octet = 23 bits = 8 bits = 1 caractère 1 Ko = 210 octets = 1. 024 octets 1 Mo = 220 octets = 1. 048. 576 octets 1 Go = 230 octets = 1. 073. 741. 824 octets 1 To = 240 octets = 1. 099. 511. 627. 776 octets Attention : 1 byte = 1 octet en anglais Remarque : 1 fichier texte vide = 0 octet 1 fichier texte de 50. 000 car. = 50 Ko Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Du binaire à l’hexadécimal q 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 1010 Base 10 11 12 13 14 15 Base 16 B C D E F Base 2 Historique 1011 1100 1101 1110 1111 Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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) Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q Notions d’algorithme et de programmation § Caractéristiques d'un algorithme • Lisible : l'algorithme doit être compréhensible même par un noninformaticien • 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q Exemple : Nom : add. Deux. Entiers Rôle : Additionner 2 entiers a et b et mettre le résultat dans c Entrée : a, b : entier Sortie : c : entier Déclaration : début c a+b fin Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q Exemple d’algorithme : Nom : euro. Vers. Francs Rôle : Convertisseur d’un prix en euros en francs, avec saisie du prix en euros et affichage en francs Entrée : Sortie : Déclaration : valeur. Euro, valeur. Franc, taux. Conversion : Réel début taux. Conversion 6. 55957 écrire("Votre prix en euros ? ") lire(valeur. Euro) valeur. Franc valeur. Euro x taux. Conversion écrire(valeur. Euro, "€=", valeur. Franc, "francs") fin Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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 Historique Architecture Systèmes SI conditions ALORS …instructions si VRAI … SINON …instructions si FAUX … FINSI Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q Exemple d’algorithme avec une conditionnelle : Nom : affiche. Maxi Rôle : Affiche le maximum entre 2 valeurs saisies au clavier Entrée : Sortie : Déclaration : valeur. Saisie 1, valeur. Saisie 2 : entier début écrire("Saisir la première valeur : ") lire(valeur. Saisie 1) écrire("Saisir la seconde valeur : ") lire(valeur. Saisie 2) SI valeur. Saisie 1 > valeur. Saisie 2 alors écrire("Le maximum est : ", valeur. Saisie 1) SINON écrire("Le maximum est : ", valeur. Saisie 2) FINSI fin Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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) Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique

Algorithmique et langages q 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 Historique Architecture Systèmes Binaire et hexa. Algorithmique