ordinateur (suite)

Constitution générale d’un ordinateur

L’élaboration d’un programme fiasse d’abord par une phase d’analyse du problème à résoudre, dans laquelle on l’exprime sous une forme algorithmique, c’est-à-dire susceptible d’un traitement automatique, puis par une phase de programmation proprement dite, qui consiste à décomposer les algorithmes en une suite d’opérations élémentaires exécutables par l’ordinateur et à coder cette suite dans un langage de programmation. Le programme est écrit une fois pour toutes, indépendamment des données sur lesquelles il porte, ce qui permet de l’utiliser sur plusieurs jeux de données différents, mais implique que toutes les hypothèses possibles aient été prévues par son auteur. Programme et jeu de données sont transcrits sur un support lisible par l’ordinateur, par exemple sur des cartes perforées, à l’aide d’appareils manuels de saisie d’informations. Les cartes du programme sont lues sur un lecteur de cartes connecté à l’ordinateur, leur contenu étant traduit dans le langage interne de la machine, appelé langage-machine, et rangé en mémoire. L’ordinateur peut alors exécuter le programme, qui contient notamment des instructions capables de lire les cartes de données sur le lecteur de cartes, de traiter ces données en conservant en mémoire les résultats intermédiaires, de sortir les résultats intéressants sur une imprimante. En gestion, la plupart des programmes emploient des fichiers qui sont généralement communs à plusieurs programmes : fichiers du personnel de l’entreprise, fichiers des produits fabriqués, fichiers des clients, etc. Ces fichiers, qui dépassent généralement la capacité de la mémoire centrale, sont conservés sur des mémoires auxiliaires, disques ou bandes magnétiques, et transcrits morceau par morceau en mémoire centrale, à la demande du programme, pour y être utilisés ou mis à jour.

Le matériel (hardware)

Un ordinateur est constitué d’une unité centrale de traitement, qui exécute automatiquement le programme instruction après instruction, et d’une mémoire centrale directement accessible par l’unité centrale contenant le programme (ou la partie du programme en cours de traitement) et ses données.

À la périphérie de cet ensemble se trouvent des unités d’entrée-sortie, permettant la communication avec l’homme ou avec d’autres machines, ainsi que des mémoires auxiliaires, permettant le stockage des fichiers et palliant la nécessaire limitation de la mémoire centrale.

Le logiciel (software)

Le matériel seul est inutilisable : il doit être complété par le logiciel. Un programme doit être lu à partir de son support, traduit en langage-machine et mis en exécution. Ces opérations nécessitent la mise en œuvre d’autres programmes : programmes d’exploitation gérant les programmes utilisateurs, traducteurs de langage, programmes de bibliothèque (résolution d’équations, gestion de fichiers, gestion des unités d’entrée-sortie) qui n’ont pas à être réécrits à chaque application, programmes de mise au point aidant le programmeur à retrouver ses erreurs. L’ensemble de ces programmes forme le logiciel de base, généralement fourni par le constructeur, par opposition au logiciel d’application, spécifique d’un utilisateur. Le système d’exploitation est la partie du logiciel de base permettant d’exploiter l’ordinateur en assurant un bon compromis entre ses performances globales et le confort apporté aux utilisateurs.

Représentation digitale de l’information

L’élément d’information élémentaire est l’alternative : oui-non, vrai-faux, le courant passe ou ne passe pas. Il est appelé le digit binaire (ou bit), dont, par convention, les deux valeurs sont notées 1 et 0. Avec 2 bits, on peut représenter 4 informations différentes respectivement par les configurations 00, 01, 10, 11. Avec n bits, on peut représenter 2ⁿ informations différentes. L’opération qui consiste à associer à chacune des informations une configuration binaire s’appelle le codage, et l’opération inverse le décodage. Beaucoup d’ordinateurs travaillent directement sur des nombres écrits dans le système de numération binaire. Les ordinateurs de gestion utilisent souvent la numération décimale, un nombre étant constitué d’une chaîne de chiffres décimaux codés chacun (par exemple en binaire) sur un ensemble de 4 bits. Pour les applications scientifiques, on utilise une représentation des nombres dite en virgule flottante, analogue à la notation 125 × 10³ pour 125 000 et 125 × 10^–3 pour 0,125. Cette représentation a le double avantage de libérer le programmeur de tout souci quant à la place de la virgule et de conserver le maximum de chiffres significatifs au cours des calculs. Les caractères de l’alphabet étendus aux chiffres et aux signes de ponctuation et d’opérations se codent sur des ensembles de 6 ou 8 digits binaires (caractères ou octets).

Les circuits logiques

Un ordinateur commute, transfère et mémorise des signaux électriques. Le digit binaire est représenté par un signal en tension qui est reconnu comme ayant la valeur logique 1 dans une certaine plage de tension et la valeur logique 0 dans une autre plage bien distincte de la première. Les commandes de commutation, transfert, mise en mémoire d’informations, sont souvent le fait de signaux impulsionnels, le 1 et le 0 étant alors représentés par la présence ou l’absence d’impulsion.

L’algèbre de Boole

L’étude des circuits traitant des signaux logiques relève de l’algèbre de Boole, qui définit une structure de type algébrique sur l’ensemble {0,1}. Les opérations de base sont la complémentation (PAS), qui transforme le 0 en 1 et le 1 en 0, le produit logique (ET), qui, à partir de deux entrées logiques, produit une sortie 1 si et seulement si l’une et l’autre des deux entrées sont à 1, et la somme logique (OU), qui produit une sortie 1 si l’une ou l’autre au moins des entrées est à 1. Tout circuit combinatoire, c’est-à-dire tout circuit dont les sorties ne dépendent que des entrées, peut être réalisé à partir des trois opérateurs logiques ET, OU, PAS.