Le système informatique

La preuve de la valeur d’un système informatique est son existence — Alan Jay Perlis

 

Un programme informatique fait ce que vous lui avez dit de faire, pas ce que vous voulez qu’il fasse — Troisième loi de Greer

Quelle prétention de prétendre que l’informatique est récente: Adam et Ève avaient déjà un Apple ! — Anonyme

Je n’avais pas prévu ce chapitre lorsque j’écrivais le chapitre précédent sur la préparation des outils. Je partais de l’hypothèse que tu connais déjà le système informatique en général et l’ordinateur, en particulier. Mais, après réflexion, j’ai jugé bon d’écrire ce chapitre d’introduction à l’informatique. Nous apprendrons ici plusieurs termes qui sont utiles pour le codeur car ça lui permet d’avoir une vue globale de son champ d’action. Je vois déjà que vous êtes motivés, alors trêve de bavardage et entrons maintenant dans le vif du sujet.

Le système informatique

L’informatique est la science du traitement automatique de l’information. Cette définition, quoique simple, donne une compréhension complète de l’informatique et de sa raison d’être. Traiter quelque chose automatiquement, c’est réaliser, accomplir cette chose en suivant des étapes déjà établies. C’est, en quelque sorte, réaliser cette chose sans réfléchir. Par exemple, pour cuire une omelette, vous ne réfléchissez plus parce que vous connaissez déjà les différentes étapes pour atteindre l’objectif. Et donc vous appliquez ces étapes dans l’ordre de façon mécanique, automatique. Une information, c’est toute donnée qui nous parvient sous une certaine forme et par un certain moyen. Le chapitre que vous lisez actuellement contient beaucoup d’informations, écrites en français et qui vous parvient à partir d’Internet. Nous pouvons maintenant donner une définition plus détaillée de l’informatique. L’informatique est la science grâce à laquelle on accomplit des tâches en suivant des étapes déjà établies et acceptées.

L’informatique est la science du traitement automatique de l’information.

Pour arriver à accomplir cette tâche, il nous faut un outil. C’est l’ordinateur ou PC (Personal Computer). De nos jours, d’autres outils comme le smartphone et la tablette peuvent être considérés comme des outils pour faire de l’informatique. Eh oui ! Ton téléphone est sans aucun doute un outil informatique. Ce n’était pas le cas lorsque j’apprenais l’informatique 😀 .

Image annotée de l'ordinateur
L’ordinateur et quelques périphériques

 

Prenez un ordinateur, connectez-le à une imprimante et à un modem lui permettant d’accéder au monde extérieur. Vous venez de constituer un système informatique. Un système informatique peut être vu comme l’association d’un ordinateur et de ses périphériques. Un périphérique est un outil qui vient en supplément à un outil principal afin de lui permettre de réaliser plus de tâches. On distingue trois principaux types de périphériques :

– Les périphériques d’entrée: Ce sont des outils qui permettent d’entrer des informations dans l’ordinateur. Cela est un peu évident car pour communiquer avec quelqu’un, il faut qu’il ait un moyen d’entendre ce qu’on lui dit. Les oreilles, les yeux et le nez sont des exemples de périphérique d’entrée pour l’homme. Pour l’ordinateur, nous avons principalement le clavier et la souris.
– Les périphériques de sortie: Ils permettent d’envoyer des informations depuis le PC vers le monde extérieur. Chez l’homme, nous avons les bras et les pieds. Pour l’ordinateur, nous avons principalement l’écran (ou moniteur), les haut-parleurs et la webcam.
– Les périphériques d’entrée-sortie: Vous vous doutez bien qu’il s’agit de périphériques qui jouent alternativement les rôles de périphérique d’entrée et de périphérique de sortie. Chez l’homme, nous avons la bouche (entrée : aliments, sortie: parole). Pour l’ordinateur, nous avons principalement l’imprimante et le modem.

Une imprimante
Une imprimante

 

Un modem
Un modem

 

Une webcam
Une webcam

 

Des haut-parleurs
Des haut-parleurs

 

Avant de fermer cette section, je tiens à vous dire que la définition du système informatique, que nous venons d’énoncer, est simplifiée. Dans la réalité, c’est beaucoup plus complexe mais nous nous sommes limités à ce qui est nécessaire pour nous.

Architecture matérielle et logicielle de l’ordinateur

Dans la section sur le système informatique, nous avons donné une description de l’apparence extérieure de l’ordinateur. En vrai, ce que nous avons vu de l’ordinateur, ce sont ses périphériques. C’est ici le lieu de voir ce qu’il a dans le ventre. Cette présentation ne saurait être formelle car nous ne sommes pas des architectes système, et nous ne songeons pas en devenir. Notre seul but est d’avoir des connaissances utiles au codeur. Notre discussion sera donc très ciblée.

L’ordinateur peut être vu comme une machine à deux parties : une partie matérielle et une partie logicielle. Le matériel fait référence à ce qui est visible et qu’on peut effectivement toucher. Le logiciel est beaucoup plus abstrait, il vit dans le matériel, il n’est pas palpable. D’un point de vue matérielle, tout l’ordinateur se trouve dans l’unité centrale (voir fig. ordinateur annoté). Cette unité centrale est fonctionnellement composée de la mémoire principale et du processeur. Plus haut, nous avons parlé d’informations que l’ordinateur doit traiter. C’est dans la mémoire principale que ces informations sont stockées. Le processeur, lui, exécute les instructions étape par étape sans réfléchir. Essayons de mieux comprendre ces deux composants.

La mémoire principale

Elle peut être représentée comme une grande grille divisée en plusieurs cases de taille fixe chacune (voir fig. mémoire). Ces cases servent à stocker les instructions et les données des programmes (Voir section Notion de programme pour la définition du mot programme). Ces cases sont appelées des cellules mémoire et leur taille est exprimée en octet (ou byte, en anglais). Un octet correspond à 8 bits. Il ne faut donc pas confondre byte et bit. C’est une erreur courante.

Mémoire de l'ordinateur
Mémoire de l’ordinateur représentée comme une grille

Alors, quand on dit que la mémoire est de taille \(N\), on veut dire qu’elle contient \(N\) cases. Chacune de ces cases a un identifiant unique, c’est son adresse. Cela permet de la retrouver facilement dans cette masse de cases et d’y stocker des données. Vous êtes géographiquement identifiables dans votre localité parce que vous avez une adresse unique. Deux maisons situées sur différents lots n’ont pas la même adresse. Il en est de même pour cases mémoire de l’ordinateur.

Rappelez-vous de notre discussion, dans le chapitre précédent, sur le langage binaire. Nous avons dit qu’un bit représentait 0 ou 1, donc deux (2) symboles (ou caractères). Du coup, 8 bits permet de représenter \(2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2 \times 2 = 2^8 = 256\) caractères. (Je suis désolé d’aborder des opérations mathématiques ici. Pour l’instant, utiliser une calculatrice pour réaliser ce calcul sans vous poser trop de questions, tout sera bientôt clair). Alors, si la mémoire de notre ordinateur n’était que de 8 bits, vous comprenez bien que nous ne pourrions y stocker que 256 caractères. Il est très peu probable qu’un tel ordinateur puisse stocker l’hymne nationale de la Côte d’Ivoire, l’Abidjanaise, dans sa mémoire principale. Les ordinateurs actuels ont des capacités mémoire exprimées en millions (voire milliards) de bits. Alors, pour éviter de devoir traîner beaucoup de zéros pour écrire la valeur en chiffres, on utilise des raccourcis tels que le kilo-octet pour exprimer les milliers d’octets, le méga-octet pour exprimer les millions d’octets, le giga-octet pour exprimer les milliards d’octets, et bien d’autres.
– 1 Ko (Kilo-octet) = \(2^{10}\) octets = \(1024\) octets
– 1 Mo (Méga-octet) = \(2^{20}\) octets = \(1 048 576\) octets
– 1 Go (Giga-octet) = \(2^{30}\) octets = \(1 073 741 824\) octets
– 1 To (Téra-octet) = \(2^{40}\) octets = \(1 099 511 627 776\) octets

Ceux qui ont des connaissances en unités de mesure se demanderont pourquoi 1 Ko n’est pas plutôt égale à 1000 octets, puisque 1 Kg = 1000 g, 1 Km = 1000 m, etc. En fait, puisque nous nous basons sur le binaire, en multipliant le nombre 2 par lui-même plusieurs fois, la première valeur des milliers qu’on obtient est 1024. C’est donc cette valeur qui a été conservée pour rester logique avec notre beau langage binaire.

  • On distingue plusieurs types de mémoire :
    La mémoire vive : Elle est communément appelée la mémoire RAM ou la RAM (Random Access Memory : mémoire à accès aléatoire). Je parie que vous avez déjà entendu (ou même dit) ce nom. Cette mémoire est vive car elle sert à stocker des données temporairement. Quand vous ouvrez beaucoup de pages (ou fenêtres) sur votre ordinateur, smartphone ou tablette, c’est dans la RAM que les données liées à ces pages sont stockées. Ouvrez donc beaucoup de fenêtres et vous constaterez que votre appareil devient de plus en plus lent. On dit qu’il est en train de ramer, c’est-à-dire qu’il commence à manquer de mémoire RAM. Maintenant, redémarrer votre appareil (l’arrêter et le remettre en marche) et vous constaterez que toutes les fenêtres précédemment ouvertes sont fermées et que votre appareil ne rame plus.
    C’est une caractéristique fondamentale de la RAM. On dit qu’elle est volatile. Un ordinateur ne peut vivre sans mémoire RAM, c’est comme la mémoire court terme chez l’homme. Le processeur y stocke des données qui lui seront immédiatement nécessaires. Nous stockons dans notre mémoire court terme les données dont nous voulons nous rappeler assez rapidement. Si nous y stockons beaucoup trop de données, elle commencera à ramer, et bonjour les migraines ! Physiquement, la mémoire vive se présente sous forme de composants électroniques, appelés barrettes (voir fig. barrettes mémoire vive). Chaque barrette a une taille (ou capacité) exprimée en Mo ou Go. Plus on installe de barrettes sur son ordinateur et plus on a de la mémoire.
    Les ordinateurs actuelles ont des mémoires RAM de 4 Go, 6 Go, 8 Go, 16 Go, etc. Celui que j’utilise pour écrire ce chapitre a une RAM de 16 Go. Énorme, non ? 😉
Barrettes de mémoire vive
Barrettes de mémoire vive

 

  • La mémoire virtuelle : Je n’ai pas été très juste quand j’ai dit précédemment que notre appareil commencera à ramer dès qu’il manquera de mémoire RAM. En fait, quand l’appareil commencera à manquer de mémoire, les données immédiatement nécessaires au processeur seront stockées quelque part sur le disque dur (voir section Mémoire des masse pour une discussion sur le disque dur). La mémoire allouée sur le disque dur pour jouer ce rôle est appelée mémoire virtuelle. Elle est virtuelle parce qu’elle n’existe pas réellement, on la créée dès que cela est nécessaire. Mais cela a un coup considérable, car le disque dur est plus lent que la mémoire RAM. Du coup, le processeur ne pourra pas récupérer ses données à la vitesse qu’il voudrait, ce qui ralentira finalement l’appareil.
  • La mémoire morte : Haha, on ne pourrait parler de vie sans parler de mort. Alors à côté de la mémoire vive, il y a la mémoire morte ou ROM (Read Only Memory : mémoire en lecture seule). Elle est en lecture seule car, contrairement à la RAM, elle ne perd pas son contenu à chaque redémarrage de l’appareil. On dit aussi qu’elle est statique.
  • La mémoire graphique : C’est une sorte de mémoire vive dont le rôle est de stocker l’image qui doit être affichée à l’écran. Il est donc évident que si notre appareil a une faible mémoire graphique, il ne saurait afficher des images d’une très grande résolution. C’est pourquoi certaines images prises par certains appareils ne peuvent pas s’afficher sur d’autres appareils, ou si elles s’affichent, l’appareil n’est presque plus utilisable. C’est aussi important pour les fans de jeux sur PC. Les meilleurs jeux demandent une grande mémoire graphique pour afficher les textures, les effets spéciaux et autres. La mémoire graphique est donc un critère important pour acheter un PC. Elle est physiquement représentée par une carte graphique (fig. carte graphique).
Une carte graphique ASUS de 8 Go
Une carte graphique ASUS de 8 Go (Parfaite pour les jeux)
  • Les mémoires de masse : Ce sont des mémoires périphériques ou auxiliaires. Elles ont généralement une très grande capacité, donc permettent de stocker de grandes quantités d’informations de façon durable (ou persistante) et sans avoir besoin d’alimentation électrique (elles ne sont pas volatiles). On peut citer comme mémoire de masse les disques durs, les disques optiques (CD et DVD), les clés USB et les cartes mémoires. Les ordinateurs sont généralement vendus avec un disque dur intégré. On rencontre actuellement des disques durs de 250 Go, 500 Go, 1 To, 2 To, etc.

Le processeur

Le processeur est un circuit électronique chargé d’exécuter très rapidement les instructions qui lui sont données. Il est caractérisé par sa vitesse, exprimée en cycles d’horloges. Toutes ces horloges sont contrôlées par une horloge principale qui cadence toute l’activité de l’ordinateur. Pour continuer avec notre analogie avec l’homme, on peut dire que le cœur est le processeur de l’homme car c’est lui qui cadence la circulation sanguine dans le corps. La fréquence (le nombre de battements par seconde) de l’horloge principale est exprimée en Hz (KHz, MHz, GHz). Le battement des artères est appelé pouls ; une activité sanguine trop intense indique un pouls anormalement élevé, c’est le cœur qui est chargé de réguler cette activité. De son côté aussi, le processeur est le chef d’orchestre de toute l’activité de l’ordinateur. Ok, c’est bien beau d’avoir des mémoires mais s’il n’y a personne pour traiter efficacement les données, elles ne servent à rien.

le processeur est le chef d’orchestre de toute l’activité de l’ordinateur

Le processeur peut être fonctionnellement scindé en deux parties qui sont :
– l’Unité de commande (UC) : Cette unité est chargée de la lecture de données en mémoire et du décodage des instructions, et
– l’Unité de traitement, appelée Unité Arithmétique et Logique (UAL) : Elle exécute les instructions.

La figure ci-après présente l’architecture simplifiée d’un ordinateur. On y voit les interactions entre le processeur, la mémoire principale et les périphériques.

Architecture simplifiée d'un ordinateur
Architecture simplifiée d’un ordinateur

 

Notion de programme

J’ai plusieurs fois énoncé le terme programmation sans toutefois donner sa signification. Sur la figure de l’architecture, on voit également le terme programme dans la mémoire principale. Alors, c’est quoi un programme ? C’est tout simplement une suite d’instructions élémentaires résolvant un problème spécifique. Ces instructions sont envoyées au processeur, qui les exécute dans l’ordre. À la base, l’ordinateur n’est qu’une masse électronique qui ne sait accomplir que des opérations rudimentaires telles que l’addition de deux nombres, lire et écrire dans la mémoire. Pour amener l’ordinateur à accomplir des tâches comme la mise en forme d’un texte, il faut le programmer, c’est-à-dire il faut écrire un programme qui fera cette tâche.

Alors, d’un côté, nous avons les utilisateurs de l’ordinateur. Ils se servent des programmes disponibles sur l’ordinateur sans se poser de questions. Nous sommes actuellement à ce stade. D’un autre côté, nous avons ceux qui rendent ces programmes disponibles. Ce sont les programmeurs ou codeurs (C’est ce que nous essayons de devenir 🙂 ). L’activité qui consiste à écrire des programmes est appelée programmation. On utilise aussi le terme logiciel pour désigner un ensemble de programmes. Le logiciel peut donc accomplir plusieurs tâches différentes. De nos jours, le terme applications est beaucoup utilisé dans le secteur des smartphones et tablettes pour désigner les logiciels qu’on installe sur ces appareils. Mais, pour le codeur, les termes programme, logiciel et application sont équivalents.

La programmation est l’art d’écrire des programmes compréhensibles par l’ordinateur.

Comme je l’ai dit tantôt, l’ordinateur ne sert vraiment à rien sans logiciel. Et le premier logiciel qui est installé sur l’ordinateur est appelé système d’exploitation (à l’exception du BIOS (Basic Input Output System), qui nous intéresse moins ici). On peut même dire que c’est le plus gros logiciel installé sur l’ordinateur. Quand on démarre l’ordinateur, le smartphone ou la tablette, le premier programme avec lequel on rentre en contact est le système d’exploitation. Microsoft Windows, Apple Mac OSX, Linux, Google Android, Apple iOS, sont tous des systèmes d’exploitation.
En gros, le système d’exploitation joue le rôle d’intermédiaire entre nous (ainsi que nos programmes) et le matériel. Il est le garant du bon fonctionnement de l’ordinateur. Il gère l’accès aux périphériques, l’installation des programmes, et d’autres activités similaires.

Il y a une tonne de choses à dire sur le système d’exploitation mais cela nous éloignerait de notre objectif. J’ai aussi rendu ce chapitre aussi court que possible pour qu’il soit digeste et pour pas qu’on aille dans tous les sens.
Alors, on la prend maintenant cette pause ? 😀

PDF du cours

Le système informatique.pdf
Le système informatique



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Oumar Traore
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Oumar Traore

Très bon cours et bien expliqué.

Mor gueye Ndiaye
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Mor gueye Ndiaye

Je viens juste de rejoindre mais c’est vraiment intéressant merci encore

Gerome Tounkara
Membre
Gerome Tounkara

super ce cours est bien détaillé je vous remercie vous êtes les meilleurs