L'informatique

L'ordinateur

Un peu d'histoire sur les ordinateurs

1973

André Truong, de R2E (Réalisations études électroniques), lance en mai le premier micro-ordinateur, c'est-à-dire le premier ordinateur utilisant un micro-processeur ; il s'appelle le "Micral". Ca se passe en France. R2E sera absorbée en 1978 par Bull.

1974

Altair, premier micro-ordinateur qui remporte un succès commercial, est vendu en kit. Il est difficile à utiliser mais enthousiasme les hobbyistes.

1975

Bill Gates et Paul Allen développent un interpréteur BASIC pour l'Altair. Création du nom "Microsoft" en novembre ; il sera déposé un an plus tard.

1976

3 février 1976 : Bill Gates publie dans "Computer Notes", newsletter de l'Altair, une "Open Letter to Hobbyists" où il accuse de vol les hackers qui avaient copié son interpréteur BASIC : c'est le début de l'économie du logiciel compilé et marchand, et de la fortune de Gates.

Steven Wozniak et Steven Jobs conçoivent l'Apple I, qui n'est pas pris au sérieux par les hobbyistes. Création d'Apple Computer en avril.

1977

Lancement du Apple II, premier ordinateur personnel carrossé en plastique et présentant une interface graphique en couleur.

1979

Visicalc, le premier tableur, est écrit pour l'Apple II. Début de la conception du Lisa par Apple, inspirée par les travaux réalisés par le PARC de Xerox..

1980

Signature du contrat entre IBM et Microsoft pour le développement du système d'exploitation du futur PC.

Sortie de l'Apple III.

1981

Sortie du PC d'IBM :

1982

Sortie du premier "portable" de Compaq

1983

Sortie du Lisa d'Apple, premier ordinateur possédant une interface graphique (fenêtres, corbeille etc.)

Publication de la norme IEEE 802.3 pour RLPC (1) (Ethernet)

1984

Le tableur pour PC Lotus 1-2-3 incite les entreprises à acheter des PC.

Apple commercialise le Macintosh, alternative au PC MS-DOS.

1985

Le PC AT d'IBM remporte un grand succès.

IBM annonce Token Ring en octobre : 260 PC peuvent être reliés par une paire torsadée. Token Ring est adopté presque instantanément comme un standard. Dans le même mois, Intel annonce le processeur 386 à 16 MHz, qui améliore de façon significative la puissance du PC. Microsoft livre Windows 1.0 en novembre, apportant l'interface graphique aux utilisateurs.

1986

C’est l’année de la base de données sur PC avec dBASE.

Excel émerge.

Digital Equipment connaît sa meilleurs année et devient une menace pour IBM, mais ce sont les derniers feux du mini-ordinateur.

Compaq introduit le premier PC 386, lançant le marché des clones PC. Le nombre d’ordinateurs aux Etats-Unis dépasse 30 millions, et l’utilisation de la messagerie s’accroît. MCI et Compuserve, par exemple, offrent des liens entre leurs messageries respectives ; c’est la première interconnexion - certes limitée - entre fournisseurs concurrents de messagerie.

1987

Les 386 commencent à détrôner les PC AT.

IBM lance la série PS/2 ; elle ne connut pas le succès, mais l’inclusion de l’écran VGA est la première intégration du graphique sur interface PC. IBM lance aussi OS/2. Cédant à la demande des utilisateurs, Lotus ôte de son tableur 1-2-3 la protection contre les copies.

12 juillet 1987 : Robert Solow formule dans la New York Review of Books son célèbre paradoxe: “You can see the computer age everywhere but in the productivity statistics.” ("On voit des ordinateurs partout, sauf dans les statistiques de productivité")

Apple lance le Mac II.

1988

Unix gagne en notoriété et érode la confiance dans les mini-ordinateurs et les mainframes.

Apple poursuit Microsoft et HP en justice à propos de l’interface PC. Sur le front du matériel, Compaq prend la tête d’un consortium de fournisseurs connu comme " gang des neuf ", et crée le standard EISA pour contrer le Micro Channel du PS/2 d’IBM. Quelques semaines après l’annonce de l’EISA, IBM ressuscite son bus AT avec le modèle PS/2 30-286. Il révèle aussi son offre de mini AS/400.

1989

Ethernet 10BaseT démarre. C’est l’année des RLPC. Les hubs et adaptateurs de SynOptics et 3Com sont partout. Cela prépare la voie des applications client / serveur des années 90.

En avril, Intel annonce le processeur 486. Autres annonces importantes : OfficeVision d’IBM, sa première suite d’applications Systems Application Architecture ; Lotus 1-2-3 Version 3.0; le portable Macintosh d’Apple ; les premiers systèmes utilisant le bus EISA. Compaq entre sur la scène du portable avec le LTE/286 alimenté par batterie. A la fin de l’année, il y avait 100 000 ordinateurs sur l’Internet, le nombre d’ordinateurs dans le monde dépassait 100 millions.

1990

C’est l’année des routeurs et des WAN (2) interconnectant les RLPC de l’entreprise.

Au début d’avril, Lotus et Novell annoncent une fusion qui échoue un mois plus tard. Pendant que Lotus se réorganise, Microsoft dépense 10 millions de $ pour lancer Windows 3.0. En septembre, IBM et Microsoft redéfinissent leur partenariat : IBM prend la responsabilité d’OS/1.x et 2.x, et Microsoft a l’OS/2 portable, DOS et Windows. Motorola lance le processeur 68040 et Apple lance les Macs bas de gamme : Classic, LC et IIsi.

1991

Windows est en position de monopole, OS/2 disparaît de la scène.

C’est l’année de naissance du WWW : Tim Berners-Lee, au CERN (3), monte le premier serveur Web. Les dépenses des entreprises en informatique dépassent les dépenses en équipement industriel, agricole et en construction.

Apple lance sa première génération de Powerbooks.

1992

C’est l’année des applications sur RLPC. NetWare est partout, tout le monde s’intéresse au groupware avec Lotus Notes. L’outsourcing émerge avec le gros contrat passé par Kodak.

IBM et Microsoft mettent fin à leur accord de coopération. Pour la première fois, les comptes annuels d’IBM font apparaître une perte de 564 millions de $. Le départ de Ken Olsen marque le début d’une ère nouvelle pour Digital. Intel annonce son " clock doubler " et lance le processeur 486DX2. IBM annonce le premier de ses notebooks : le ThinkPad. Le nombre d’ordinateurs sur l’Internet atteint 1 million.

1993

Début du déploiement du Pentium.

Les pertes d’IBM sont les pires de son histoire : 4,97 milliards de $ pour un chiffre d’affaires de 64,5 milliards. Lou Gerstner remplace John Akers à la tête d’IBM : c’est le premier " outsider " qui prenne le poste de CEO. Apple perd son procès contre Microsoft et HP. Intel lance le processeur 60 MHz Pentium, Apple sort le Newton, Novell annonce NetWare 4.0, Lotus Notes 3.0 démarre, et Microsoft lance Windows NT.

1994

L’architecture client / serveur prend pied sur le marché.

L’erreur de calcul révélée sur la puce Pentium suscite un cauchemar de relations publiques pour Intel, qui y met un terme en lançant une politique de remplacement de toutes les puces. Microsoft annonce que Windows 95 ne serait pas livré avant août 1995, mécontentant beaucoup d’utilisateurs contraints à revoir les plans de migration vers le 32 bits. La frénésie des fusions et acquisitions continue : Novell achète WordPerfect pour 1,14 milliard de $, Aldus et Adobe fusionnent pour 525 millions de $. Apple entre sur le marché de la vente en ligne avec eWorld, et Netscape, le chéri de Wall Street, fait ses débuts.

1995

Les Notebooks deviennent une alternative au desktop avec les portables Pentium. Il en résulte un développement du télétravail.

IBM fait une offre de 3,5 milliards de $ pour acheter Lotus. En août, Microsoft livre Windows 95 et Intel lance le Pentium Pro à 150-200 MHz. Compuserve, AOL et Prodigy commencent à offrir des accès au Web, et Netscape lance la troisième plus importante augmentation de capital sur le Nasdaq. A la fin de l’année, 9 millions d’ordinateurs sont connectés au Web.

1996

Windows 95 confirme son emprise sur le PC. NT gagne du terrain contre NetWare comme plate-forme pour serveur.

Le Web dynamise le secteur. Les Network Computers dépassent le stade du concept et se concrétisent par de vrais produits. Les Intranet d’entreprise deviennent une réalité, Java fait les premières pages des journaux. Les entreprises commencent à développer des sites Web. Microsoft adopte finalement le Web. En juillet, 12 800 000 ordinateurs sont connectés à l’Internet.

1997

C’est l’année de l’Intranet. Le commerce électronique émerge. Les suites ERP sont partout.

La frénésie du Web continue de plus belle. La navigation devient facile avec des browsers et des outils de recherche améliorés. La puissance de traitement s’accroît lorsque Intel annonce le Pentium 200 MHz avec la technologie MMX.

1998

L’an 2000 effraie tout le monde. Le manque de personnel en informatique devient aigu. L’outsourcing et les services s’épanouissent.

Le grand thème est le commerce sur l’Internet. Plusieurs événements importants non reliés au Web se produisent : achat de Digital par Compaq, durcissement de la bataille entre Microsoft et le ministère de la justice.

L’unité centrale d’un ordinateur

L’unité centrale (ou couramment UC ou ordinateur) est la partie du complexe effectuant les calculs. Plus précisément, cela peut être deux choses :

-le boîtier d'un ordinateur et ses composants internes ;

-une partie du processeur de l'ordinateur.

Unité centrale en tant que boîtier

Le boîtier d'un ordinateur de bureau contenant la carte mère, le processeur, la mémoire vive, l'alimentation, les périphériques de stockage (disque dur interne) peut se nommer unité centrale.

Cette unité est reliée à l'extérieur par des branchements et des voies d'insertion (disquettes, CD, DVD, etc).

Unité centrale en tant que partie de processeur

Dans les années 2000, l'unité centrale occupait moins d'un millimètre cube. L'unité centrale n'est plus qu'une partie de la puce processeur, car entre-temps cette puce (en plus de s'être nettement complexifiée) a intégré d'autres composants autrefois séparés, voire inexistants tels que les caches L1 et L2, l'unité de gestion de la mémoire (qui sert de base au multitâche actuel)... Pour des raisons de performances, tous ces composants ont été intégrés dans la puce contenant l'unité centrale, mais ne font pas partie de l'unité centrale.

L'unité centrale est entourée de périphériques : disque dur, processeur graphique... auxquels l'unité centrale accède au travers de contrôleurs dédiés.

 

Écran d'ordinateur

Un écran d'ordinateur est un périphérique de sortie vidéo d'ordinateur. Il affiche les images générées par la carte graphique de l'ordinateur. Grâce au taux de rafraîchissement d'écran élevé, il permet de donner l’impression de mouvement. Il permet donc de travailler agréablement, de visionner de la vidéo, des films, de jouer à des jeux vidéo…

Un écran tactile est aussi un périphérique d'entrée : l'utilisateur peut choisir une action en touchant la partie correspondante de l'écran.

Un écran à cristaux liquides (LCD) se compose d'une dalle (qui est le support des images), des circuits vidéo dont un multiplexeur électronique et une alimentation stabilisée.

Types d'écrans

Écrans cathodiques

Type d'écran le plus ancien : les écrans à tube cathodique (ou écran CRT, qui est une abréviation de l'anglais Cathode Ray Tube) sont analogiques. Ils ont un angle de vision large et un rendu des couleurs fidèle mais ils sont lourds, volumineux et grands consommateurs d'énergie.

Ils consomment deux à trois fois plus de courant qu’un écran LCD. Leur durée de vie moyenne est d'environ 25 000 heures soit 13,7 ans si l’écran reste allumé 5 heures par jour.

Les écrans cathodiques sont toujours utilisés en mode paysage, mis à part quelques exceptions, comme les écrans des Xerox Alto, et de certains écrans Apple comme celui des Macintosh IIsi de secrétariat.

 

Description de l'intérieur d'une unité centrale

Entrées-sorties

Dans un système à base d'un processeur, d'un microprocesseur, d'un micro-contrôleur ou d'un automate, on appelle Entrées-Sorties les échanges d'informations entre le processeur et les périphériques qui lui sont associés. De la sorte, le système peut réagir à des modifications de son environnement, voire le contrôler. Elles sont parfois désignées par l'acronyme I/O, issu de l'anglais Input/Output.

Dans un système d'exploitation,

.Les entrées sont les données envoyées par un périphérique (disque, réseau, clavier.....) à destination de l'unité centrale,

.Les sorties sont les données émises par l'unité centrale à destination d'un périphérique (disque, réseau, écran....).

Exemple simplifié:

.taper sur les touches du clavier envoie une série de codes vers le processeur, ces codes sont considérés comme des données d'entrée,

.le processeur affiche les résultats du traitement des données sur un écran, ce sont des données de sortie. Habituellement, l'écran est géré par un programme de gestion d'affichage.

Structure d'un système à microprocesseur

   

Un système à microprocesseur comporte nécessairement les éléments suivants:

.un processeur, qui est le cerveau du système, il est capable d'effectuer des opérations arithmétiques et logiques et d'organiser des transferts de données entre les différents éléments du système,

.une zone de mémoire morte (ROM, EPROM, EPROM Flash) qui stocke le programme,

.une zone de mémoire vive (RAM) qui stocke les données pendant l'exécution du programme, le contenu de cette mémoire est perdu lorsqu'on coupe l'alimentation du système,

.des périphériques, leur nombre et genre dépendent de l'application.

Les différents éléments du système sont reliés par 3 bus:

.le bus de données permet, comme son nom l'indique, la circulation des données, mais aussi des instructions, entre les 4 grands blocs,

.le bus de contrôle est également géré par le processeur et indique, par exemple, s'il veut faire une écriture ou une lecture dans une case mémoire, ou une entrée/sortie de vers un périphérique, on trouve également, dans le bus de contrôle, une ou plusieurs lignes qui permettent aux circuits périphériques d'effectuer des demandes au processeur, ces lignes sont appelées lignes d'interruptions matérielles (IRQ).

L'évolution de la technologie fait que des systèmes qui, précédemment, nécessitaient plusieurs boîtiers, peuvent parfaitement être intégrés dans un seul boîtier qui regroupe les différentes fonctions, voir par exemple la famille ADUC d'Analog Devices.

Exemples de systèmes à microprocesseur

Une machine à laver est un excellent exemple de système de contrôle piloté par microprocesseur. Les principaux éléments de la machine sont:

.un tambour dans lequel sera placé le linge à laver,

.un moteur pour faire tourner ce tambour à vitesse plus ou moins grande selon la phase du programme (lavage, essorage....),

.une résistance chauffante pour chauffer l'eau,

.une électro-vanne pour autoriser l'entrée de l'eau de la distribution dans la cuve de lavage au début du cycle, 

.une pompe pour vider l'eau en fin de cycle,

.un détecteur de niveau d'eau pour arrêter le remplissage de la cuve,

.un thermomètre électronique pour arrêter le chauffage lorsque l'eau a atteint la température désirée,

.un ou plusieurs commutateurs pour sélectionner le programme, la température de l'eau, la vitesse d'essorage,

.un bouton de mise en marche et d'arrêt de la machine,

.un ou plusieurs voyants ou indicateurs (témoin de marche, état d'avancement du programme....).

Le processeur va recevoir des informations des périphériques d'entrée:

.commutateur(s),

.détecteur de niveau,

.thermomètre électronique pour arrêter le chauffage lorsque l'eau a atteint la température désirée,

un ou plusieurs commutateurs pour sélectionner le programme, la température de l'eau, la vitesse d'essorage,

.un bouton de mise en marche et d'arrêt de la machine,

.un ou plusieurs voyants ou indicateurs (témoin de marche, état d'avancement du programme....)

Le processeur va recevoir des informations des périphériques d'entrée:

.commutateur(s),

.détecteur de niveau,

.thermomètre électronique.

En fonction de ces informations, il va envoyer des commandes aux périphériques de sortie:

.moteur,

.résistance chauffante,

.électro-vanne,

.pompe,

.voyants et indicateurs.

Ports d'entrées/sorties

Les périphériques sont reliés au reste du système par des circuits appelés ports d'entrées et ports de sortie (certains ports peuvent combiner les deux fonctions).

Un port d'entrée est essentiellement composé de tampons trois états. Ceux-ci se comportent comme des interrupteurs électroniques qui font apparaître, au moment voulu, les niveaux logiques du périphérique d'entrée (choisi par le bus d'adresse) sur le bus de données, ces niveaux seront mémorisés dans un registre du processeur (le registre est une case de RAM).

Un port de sortie est essentiellement composé de bascules de types D. Celles-ci se comportent comme des petites mémoires. Leur entrée est reliée au bus de données. Le processeur vient écrire un niveau logique 0 ou 1 dans chacun des bascules. Les sorties des bascules contrôlent les périphériques, généralement via un étage de puissance.

Périphériques d'entrée

Une entrée est un flux de données provenant soit:

.un réseau,

.d'une lecture d'information sur disque,

.d'une saisie clavier, d'un mouvement de souris, d'un crayon optique

.ou de tout autre périphérique prévu pour interagir avec un système informatique.

Ces signaux d'entrée génèrent des Interruptions matérielles qui sont traitées en priorité par le gestionnaire d'interruptions du noyau du système d'exploitation.

Dans les systèmes à microprocesseurs, tels la machine à laver évoquée ci-dessus, on trouve des boutons poussoirs, des commutateurs.

De nombreux microcontrôleurs incorporent des compteurs, les signaux mis en forme et appliqués aux entrées de compagne constituent aussi des signaux d'entrée du système.

Dans les systèmes informatiques, le choix est bien plus vaste: clavier, souris, crayon optique, numériseur, convertisseurs analogiques/numériques....

Insistons sur le fait que, pour être traités par le processeur, les signaux, quels qu'ils soient, doivent être convertis en signaux logiques compatibles avec le processeur. Dans certains cas, il faudra donc placer des convertisseurs de niveau ou des étages d'isolement (souvent des opto-coupleurs).

Périphériques de sortie

Les sorties sont associées à des trappes ou appels systèmes

Une sortie peut être (cette liste n'est pas exhastive):

-un signal (électrique, onde....),

-un flux de données (réseau), une écriture sur disque ou une mise en mémoire,

-un affichage, un son,

Dans les systèmes à microprocesseurs, on utilise des diodes électroluminescentes (DELs) ou des ampoules à incandescence comme voyants ou indicateurs, des afficheurs numériques ou alphanumériques à DELs ou à cristaux liquides pour affichage des messages du système, des relais (pour commander des charges nécessitant des courants et/ou des tensions élevés), des optocoupleurs...

Dans les systèmes informatiques, le choix est vaste: écran pour l'affichage, imprimante pour la production de documents sur papier, convertisseurs numériques/analogiques....

Périphériques d'entrées/sorties

Un grand nombre de périphériques sont à la fois des périphériques d'entrée et de sortie. Le modem, par exemple, permet d'envoyer ou de recevoir des informations en provenance du monde extérieur: courrier électronique, navigation Internet, mais aussi envoi et réception de fax, téléphonie par ordinateur (VoIP, Voice over IP).

Les cartes réseau permettent de relier entre eux plusieurs ordinateurs afin de réaliser un réseau local d'ordinateurs, ce qui permet de partager des fichiers ou des ressources telles une imprimante réseau, un numériseur...

Il y a aussi toute la gamme des mémoires de masse: disque dur, carte mémoire, lecteur de disquette, lecteur de DVD, clé USB.

De même, les moniteurs d'ordinateurs lorsqu'ils sont dotés d'écran tactile.

Gestion des entrées/sorties

On distingue principalement trois façon de gérer les entrées/sorties

Entrées/sorties programmées

Pendant l'exécution de son programme principal, le microprocesseur va périodiquement lire l'état des périphériques d'entrée et modifie, si nécessaire, l'état des ports de sortie. C'est la technique la plus simple.

Exemple: système de régulation de chauffage d'un bâtiment

Interruptions

Cette technique est utilisée lorsque le processeur doit réagir rapidement à un changement d'état d'un port d'entrée. Le périphérique prévient le processeur par une ligne d'interruption prévue à cet effet. Le processeur interrompt la tâche en cours, saute dans le sous-programme destiné à gérer la demande spécifique qui lui est adressée, à la fin du sous-programme, le processeur reprend l'exécution du programme principal là où il l'avait laissée.

Accès direct à la mémoire

Cette technique, connue souvent par ses initiales DMA (Direct Memory Access), est utilisée lorsque l'on doit procéder à un transfert rapide d'un grand nombre de données entre, par exemple, un lecteur de CD et un disque dur. Plutôt que de transférés directement d'un périphérique à l'autre sans passer par les registres du processeur.Le transfert des données est organisé par un circuit spécial appelé contrôleur DMA, qui prend la place du processeur pendant le transfert et gère les bus d'adresses et du contrôle.

Performances

Les performances d'un ordinateur mesurent le temps qui lui est nécessaire pour effectuer un traitement donné.

Trois éléments influencent ces performances:

.la puissance du processeur,

.la mémoire disponible,

.le temps consacré aux opérations d'entrées/sorties

Le temps nécessaire pour un traitement informatique quel qu'il soit est toujours déterminé par un de ces trois éléments mais celui des entrées/sorties est généralement prépondérant. En effet, le temps consacré aux opérations I/O se compte en millsecondes alors que celui consacré aux instructions effectuées par le processeur se compte en nanosecondes.

La taille de la mémoire est surtout importante dans la mesure où elle permet de réduire le nombre d'opérations d'entrées/sorties, soit parce qu'une part plus importante des programmes applicatifs peut résider en mémoire, réduisant ainsi les phénomènes de pagination, soit parce qu'une partie de cette mémoire peut-être utilisée comme tampon (mémoire cache) pour le stockage des flux de données des opérations I/O.

En programmation comme au niveau système (par exemple sur les mainframes), deux éléments matériels (entre autres) influencent les performances des entrées/sorties, c'est-à-dire leur vitesse:

.la charge du processeur (i.e. son taux d'occupation), qui fournit les données sortantes ou traite les données entrantes,

.la charge du dispositif d'entrée/sortie, qui émet ou reçoit les données (on parle généralement des lectures/écritures notamment pour les accès disques).

Si les ressources CPU ou I/O sont insuffisantes lors de l'exécution d'un ou plusieurs traitements simultanés, on parle de saturation.