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HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Hal 9000 est le nom d'un puissant ordinateur doté d'intelligence artificielle, gérant le vaisseau.

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2 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique 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).

3 Informatique Histoire & notions de base ISFATES – L1 : UE Informatique1 Par Julien Brancher UFR MIM Université Paul Verlaine – METZ Version sept. 2006

4 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique PLAN DU COURS Historique et les métiers de linformatique Architecture dun micro-ordinateur Systèmes dexploitation Du langage binaire au langage hexadécimal Algorithmique et programmation

5 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Un peu dhistoire … Antiquité Invention du calcul 2. Mécanisation du calcul 3. 1ers calculateurs mécaniques 4. Calculateurs électriques 5. Calculateurs électroniques 6. Micro-ordinateurs

6 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Un peu dhistoire … 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 XII ème siècle en Europe Mise en place de la numérotation décimale

7 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Un peu dhistoire … Mécanisation du calcul 1 er boulier (Chine -300) Logarithmes de NEPER Pascaline (1642) Leibniz (1670) Machine différentielle (1822) Machine analytique (1830) Le boulier chinoisLa Pascaline La machine analytique

8 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Un super ordinateur Un peu dhistoire … Au XXème siècle… Cryptage/décryptage « Machine de Turing » Calculateur à cartes perforées (IBM – 1935) ENIAC (Neumann ) TI invente le circuit intégré (1958 et 1 er ordinateur en 1968) 1 er super-ordinateur CRAY (1970) : 160MOS Alan Mathison TURING ( ) Mathématicien anglais CRAY 2Un circuit intégré …

9 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Un peu dhistoire … ENIAC : quelques chiffres… 5000 opérations / s $ 30 t. 30 mètres le long 2.50 mètres de haut 160 m² 1500 relais tubes à vide Apparition du 1 er bug !

10 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Un peu dhistoire … Micro-informatique… MICRAL N : (INRA – 1973) Steve Jobs/Steve Wozniak : Apple1 (1976) = 1 er micro- ordinateur (1MHz - 8ko RAM) Macintosh (1984) à 8MHz/128ko RAM + souris IBM PC (1981) - CHER Nouvelle ère : Écrans plats LCD PowerPC G4 à 1,42 GHz Intel Pentium 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.

11 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Un peu dhistoire … Loi de moore Gordon Moore (1965) Cofondateur INTEL Généralisation 40 années vérifiées Limite théorique : 2018

12 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Métiers de l'informatique Fonctions spécialisées : Réseau Développement informatique Sécurité des systèmes informatiques Infographie Ergonomie…

13 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Métiers de l'informatique Métiers de l'exploitation et de la production Systèmes informatiques et des réseaux Assister les utilisateurs de nouvelles technologies Métiers de la conception et du développement Analyser un besoin Concevoir des solutions et les modéliser Implémenter programmer en un langage informatique 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.systèmes d'informationsécurité informatique

14 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Métiers de l'informatique Domaines d'application L'informatique industrielle, scientifique et technologique L'informatique de gestion Les télécommunications et réseaux

15 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Métiers de l'informatique 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. Informatique de gestion Simplification de la gestion administrative : suivi des clients, fiche de paye, facturation. Système d'information : progiciel de gestion intégré (ERP). Système d'informationprogiciel de gestion intégré Télécommunications et réseaux Transmission d'information : réseaux informatiques et téléphonie

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

17 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC Plusieurs types de PC (Personal Computer) PC de bureau PC portable Pocket PC

18 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC Constitution générale dun PC Unité centrale Carte mère, Microprocesseur, Disques de stockage : –Disques durs –Lecteur de disquette –CD-ROM, DVD-ROM –Lecteur ZIP –…–… … Périphériques internes Carte vidéo Carte son … Périphériques externes : Périphériques dentrés –souris, clavier, scanner, … Périphériques de sorties –écrans, imprimantes, … Entrés-sorties –Disques amovibles (clé USB)

19 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC Processeur (CPU) Mémoire principale (M.P.) Unité de commande Unité de traitements U.A.L. Unité dentrées/sorties Programme Données Code instructions Données binaires Informations codées en binaire BUS système

20 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC La carte mère Elément constitutif principal de lUC (« Socle de connexion ») Ports = emplacements de cartes dextension et périphériques AGP : carte vidéo PCI : carte son, … PS2 : souris, clavier IDE : disques durs // : imprimantes Microprocesseur socket

21 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC Unité centrale : le processeur Marques : AMD Athlon, Intel Pentium, Intel 4004 Fréquence de lhorloge : en MegaHertz (MHz) …mesure le nombre de calculs à la seconde : 1000MHz = 1 GHz = calculs/s Transistors …pour faire des opérations de base = plusieurs millions sur un seul processeur (Loi de Moore : double tous les 18 mois)Loi de Moore : double tous les 18 mois Silicium = cher

22 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC 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, 512Ko) 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, dapplications, … Mémoire de masse : DD, CD-ROM (40,80,160 Go)

23 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC 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 daccès aux données Interface (SCSI, IDE, USB) = ports de branchement du disques (~ taux de transfert)

24 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC Périphériques internes Connectés à l'intérieur du PC (ports AGP, PCI, ISA) La carte vidéo (indispensable) l'image au moniteur de la carte son son vers les enceintes …et depuis quelques années : d'un modem interne de la carte réseau (interconnexion de plusieurs ordinateurs) Cartes TV, carte dacquisitions (vidéos), radio...

25 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Architecture dun micro-PC Périphériques externes Input : saisie des données (clavier, souris, scanner, webcam) Output : affichage des données (moniteur, imprimante, enceintes) Notion de Plug & Play : (connecter et utiliser)

26 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Introduction au système : BIOS « 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) : 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. Si aucune erreur : bip bref

27 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation Operating System (O.S.) Deux fonctions principales : gérer les ressources de linstallation matérielle assurer un ensemble de services (Interface Homme Machine - IHM) Qualités dun O.S. Fiabilité sur les défaillances matérielles ou des erreurs des utilisateurs (éviter les pertes dinformation) Efficacité : Utiliser au mieux les ressources et possibilités matérielles Simplicité : langage de commande et des diagnostics derreurs Adaptabilité : permettre des modifications matérielles et logicielles

28 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation Assure les échanges entre le processeur, la mémoire, et les ressources physiquesprocesseurmémoire ressources physiques Transmet au périphérique via son pilote Offrir à l'utilisateur une interface homme-machine (IHM) Permet la gestion : Du processeur : algorithme d'ordonnancementprocesseur De la mémoire vive : espace mémoire alloué à chaque application, «mémoire virtuelle» sur le disque (plus lente)mémoire vive 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.système de fichiers

29 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation 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

30 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation Comment fonctionne un O.S. ? Système dexploitation APPLICATIONS (software) MATERIEL (hardware) gestion des travaux gestion des fichiers gestion des E/S gestion mémoire Noyau

31 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation Répertoires Dossier (folder) : organise des fichiers et des « sous-répertoires » Répertoire racine : 1er dossier : "\" Windows ou "/" UNIX / Linux Répertoire parent ("cd.." DOS/UNIX) 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 louverture du fichier Chemin (path) = succession de dossiers de la racine pour atteindre un fichier : Windows « x:\repertoire1\repertoire2\ » Unix « /repertoire1/repertoire2/ »

32 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation Extensions à connaitre : exe, dll txt pdf zip, rar, cab doc, xls, ppt odt, odc, odp bmp, jpg, gif, png avi,mp3, wmv, mpg html, htm, xml

33 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation : marché Distributions Linux : Windows : Autres :

34 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation Systèmes de fichiers (SF) Organiser les données Gestion de la mémoire sur les espaces de stockages Choix de lOS = SF imposé Pb de compatibilités si plusieurs OS sur un PC SF améliorés car capacités (FAT16 NTFS) SystèmesTypes supportés MS DOS, Win95FAT16 MS Win95 OSR2/98FAT16, FAT32 MS Win2000 / XPFAT16, FAT32, NTFS LinuxExt2, Ext3, … MacOSHFS, MFS, … SUN, Free/OpenBSDUFS (Unix) Windows VISTAWinFS ?

35 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Systèmes dexploitation Et le bug de lan 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 1er janvier 1900 // samedi 1er janvier 2000 Année 2000 bissextile // année 1900 non bissextile Les systèmes fonctionnent avec l'horloge du système manière aléatoire ( s, des fichiers, …) résultats erronés arrêt du système Patchs (corrections logicielles) à installer/programmer

36 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Ce quon 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 Mais nous naurions eût que 2 doigts ??? 5 +8 ____ 3 retenue ____ 1 retenue ____ 2 retenue retenue

37 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Ce que lordinateur connaît : la base 2 (binaire) Passage électrique dans un transistor : 0 ou 1 (booléen) Calculs arithmétiques du CPU avec 2 chiffres ? Un chiffre binaire représente un bit informatique 8 bits représente un octet 0 +0 ____ 0 pas de problème! 1 +0 ____ 1 pas de problème! 1 +1 ____ 0 car 2 nexiste plus! retenue = 1 donc 10

38 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Valeur binaire sur 3 bits : Il y a 8 états différents (2 3 possibilités) Base 2 Base 10 (sur 3bits)

39 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Valeur binaire sur 8 bits (1 octet) : Il y a 256 états différents (2 8 possibilités) Base 2Base 10 (sur 8bits) … …

40 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Codage des caractères ASCII (années 60) « Code Americain Standard pour l'Echange d'Informations » Codage reconnu par lordinateur : binaire texte humain Codées sur 8 bits = 1 octet ( =poids dun caractère) 2 8 = 256 caractères (codés de 0 à 255) Table standard du codage ASCII

41 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique

42 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Ce qui explique bien des choses … 1 octet = 2 3 bits = 8 bits = 1 caractère 1 Ko = 2 10 octets = octets 1 Mo = 2 20 octets = octets 1 Go = 2 30 octets = octets 1 To = 2 40 octets = octets Attention : 1 byte = 1 octet en anglais Remarque : 1 fichier texte vide = 0 octet 1 fichier texte de car. = 50 Ko

43 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Passage de la base 10 à la base 2 Chaque bit a un poids Multiplier la valeur de chaque bit par son poids Additionner chaque résultat Exemples : Nombre binaire Poids 2 7 = =642 5 =322 4 =162 3 =82 2 =42 1 =22 0 =1 Nombre décimalégal àNombre binaire 441x x x2 0 = x x x x2 0 = x x x x x x x2 0 =

44 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Exemples : Nombre binaire Poids 2 7 = =642 5 =322 4 =162 3 =82 2 =42 1 =22 0 =1 Nombre décimalégal àNombre binaire

45 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal Exemples (binaire décimal) : Nombre binaire Poids 2 7 = =642 5 =322 4 =162 3 =82 2 =42 1 =22 0 =1 Nombre binaireégal àNombre décimal x x x x x x x

46 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Du binaire à lhexadécimal 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 Base A Base Base Base 16 BCDEF Base

47 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Notions dalgorithme 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)

48 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Notions dalgorithme et de programmation Caractéristiques d'un algorithme Lisible : l'algorithme doit être compréhensible même par un non- informaticien 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

49 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Exemple : Nom : addDeuxEntiers 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

50 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Formalisme utilisé : Entête Nom Rôle Paramètres dentrée (données indispensables) Résultats en sortie (données calculées et produites) Déclarations locales : variables locales utiles Corps Mot-clef : debut Suite dinstructions indentées Mot-clef : fin

51 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages 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 … Réel : peut prendre les valeurs 0,5 12, ,1415 …. Chaîne de caractères : g,bonjour,ma maison Booléen : 0 ou 1 (VRAI ou FAUX) Identifiant de la variable : type de variable

52 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Exemple dalgorithme : Nom : euroVersFrancs Rôle : Convertisseur dun prix en euros en francs, avec saisie du prix en euros et affichage en francs Entrée : - Sortie : - Déclaration : valeurEuro, valeurFranc, tauxConversion : Réel début tauxConversion écrire("Votre prix en euros ?") lire(valeurEuro) valeurFranc valeurEuro x tauxConversion écrire(valeurEuro,"=",valeurFranc,"francs") fin

53 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Instructions : Opérateurs daffectation 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 SI conditions ALORS …instructions si VRAI … SINON …instructions si FAUX … FINSI

54 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Lexpression conditionnelle : Renvoie un booléen : VRAI ou FAUX Compare, vérifie, teste des valeurs Opérateurs logiques utiles : '<' : SI a' : 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

55 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Exemple dalgorithme avec une conditionnelle : Nom : afficheMaxi Rôle : Affiche le maximum entre 2 valeurs saisies au clavier Entrée : - Sortie : - Déclaration : valeurSaisie1, valeurSaisie2 : entier début écrire("Saisir la première valeur :") lire(valeurSaisie1) écrire("Saisir la seconde valeur :") lire(valeurSaisie2) SI valeurSaisie1 > valeurSaisie2 alors écrire("Le maximum est : ",valeurSaisie1) SINON écrire("Le maximum est : ",valeurSaisie2) FINSI fin

56 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages 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

57 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages 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)

58 HistoriqueArchitectureSystèmesBinaire et hexa.Algorithmique Algorithmique et langages Langages de programmation LangageDomaine dapplicationCompilé/interprété ADATemps réelCompilé CProg. SystèmeCompilé C++Prog. Système objetCompilé COBOLGestionCompilé FORTRANCalcul scientifiqueCompilé JAVAProg. ObjetIntermédiaire LISPI.A.Intermédiaire MathématicaCalcul scientifiqueInterprété PASCALEnseignementCompilé


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