Faculté des Lettres et des Sciences Humaines Université Ibn Tofail Faculté des Lettres et des Sciences Humaines -Kénitra- Informatique de base Mohamed DAOUDI mohamed.daoudi@gmail.com Année universitaire 2012-2013

plan du cours Codage de l’information Architecture de base Principe de codage Le décimal Le binaire L’octal Le hexadécimal Le code ASCII L’ Unicode Le principe de conversion Les opérations arithmétiques Architecture de base Notion de hardware et software L'ordinateur et ses périphériques Les mémoires Objectif de la première séance

Codage de l’information => Principe de codage I = {i1, . . . ,im} ensemble d’informations A = {a1, . . . ,an} alphabet ai caractères de A a1a3a4a8 mot de A |A| base du codage coder I : associer à chaque i ∈ I un mot de A Exemple : I = {histoire, arabe, philosophie, . . .} A = {0, . . . ,9} |A| = 10 histoire est associé à 1 français est associé à 8 ……

Codage de l’information => Principe de codage Quelques codes – codage des nombres – codage des données alphanumériques – codage détecteur d’erreur

ne pas confondre un nombre avec sa représentation ! Codage de l’information => Principe de codage Notation positionnelle la représentation d’un nombre est un codage ne pas confondre un nombre avec sa représentation ! la quantité dix peut être représentée par dix, 10, **********, 1010, A, X, etc...

Codage de l’information => Le décimal (base 10) Pour bien comprendre comment on compte dans les autres bases, il est indispensable de revoir comment est fait notre système en base dix. Dans la pratique, nous comptons en base 10. Certains diront que cette pratique est venue du fait que nous avons 10 doigts. Il en découle principalement deux choses : Il existe 10 chiffres : 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9. Avec ces chiffres ont peut compter jusqu'à 9. (La plus haute valeur des chiffres.) Pour aller au delà de 9 il faut changer de rang. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9,10,11,12,13,… Décimale : { 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 }

Codage de l’information => Le décimal (base 10) le nombre 56 = 50 + 6 mais que l'on peut aussi écrire 56 = 5×101 + 6×100. an,an−1, . . . : poids forts . . . ,a1,a0 : poids faibles Ce que je viens de faire, c'est décomposer 56 en puissances de 10 (unités, dizaines, centaines…). On peut décomposer chaque nombre en puissances de 10 successives. Par exemple, 3506 = 3×103 + 5×102 + 6×100.

Codage de l’information => Le décimal (base 10) Avec cette explication, vous devez avoir compris qu'en base 10 : On change de rang dès que la précédente est à 9. On peut décomposer tous les nombres en puissance de 10. Si on décompose un nombre en puissances de 10, c'est parce que 10 est notre base. Ceci est important, car en base 2, il faudra décomposer en puissances de… Deux !

Codage de l’information => Le décimal (base 10) Exercice Décomposer chaque nombre en puissances de 10 successives 3, 14, 33, 110, 12 200

Codage de l’information => Le binaire ( base 2) Le binaire est le mode de comptage non plus en base 10 mais en base 2. Il est utilisé par les ordinateurs, car les machines ne peuvent comparer que deux valeurs : des 1 et des 0. Je vous avais parlé des rangs (unités, dizaines, centaines…), et bien sachez qu'en binaire on emploie le mot « bit » (contraction de « binary-digit », signifiant simplement « rang binaire »). Par exemple, le nombre en base 2 « 10011 » s'étale sur 5 bit.

Codage de l’information => Le binaire ( base 2) Là où cela se complique, c'est qu'en binaire chaque rang ne peut prendre que deux valeurs (il pouvait en prendre dix en décimal). Donc, dès que le rang atteint sa deuxième – la plus haute – valeur on change de rang. En binaire, un rang commence à 0 et se termine à 1. Vous pouvez en comprendre que chaque bit représente une puissance de 2, tout comme chaque rang en base 10 est une puissance de 10. Exemple : (11010)2= 1×24 + 1×23 + 0×22 + 1×21 + 0×20 =(26)10

équivalent en binaire : Codage de l’information => Le binaire ( base 2) Bon, pour commencer et tenter d'y voir un peu plus clair, on va compter en binaire jusqu'à dix : valeur en décimal : équivalent en binaire : explications : logique ! 1 simple ! 2 10 Le premier rang a atteint le maximum autorisé ! Qu'à cela ne tienne, on passe au rang suivant. On met le second à 1 et on remet le premier à 0. 3 11 On re-remplit le rang 1. 4 100 Le rang 1 est plein, mais le 2 aussi ! On passe donc au troisième et on remet les précédents à 0 (comme on le fait lorsque l'on passe de 0999 à 1000, par exemple). 5 101 On procède de même. 6 110 7 111 8 1000 On entame le quatrième rang. 9 1001 On recommence au premier… 1010 On rempli les rangs.

Codage de l’information => Le binaire ( base 2) Exercice Décomposer chaque nombre en puissances de 2 successives 110, 001101, 01111, 10001101

Codage de l’information => Le hexadécimal (base 16) Après le binaire, voici venu une autre base : le système hexadécimal qui travaille en base 16. Si vous avez suivi jusqu'ici, vous devinerez qu'il faudra 16 caractères différents pour représenter chacune des 16 valeurs. En hexadécimal, les caractères sont : 0 ; 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; A ; B ; C ; D ; E ; F. Vous l'aurez compris : A en hexadécimal vaut 10 en décimal, B vaut 11, … et F vaut 15.

Codage de l’information => Le hexadécimal (base 16)  exemple : 2CF16  vaut 15* 160 + 12* 161 + 2* 16 2 = 15 + 192 + 512= 71910.

Codage de l’information => Le hexadécimal (base 16) Exercice : Décomposer chaque nombre en puissances de 16 successives 6DFE , FF28, 338F

Codage de l’information => l’octal (base 8)  Le système de numération à base 8 est un moyen de représenter les nombres avec 8 symboles. Selon sa place, le symbole indique une valeur particulière. Symboles  0  1  2  3  4  5  6  7.   Positions: chaque position successive vers la droite indique une valeur huit fois plus importante que celle juste à droite.    …. 512  64  7 1. Ce que cela veut dire: Position … 3 2 1 Valeur 83 82 81 80 Ou 512 64 8

Codage de l’information => l’octal (base 8) La numération octale est simple comme le binaire Elle a longtemps été utilisée aux débuts des ordinateurs, abandonnée au profit de l'hexadécimal. Exemple: (4321)8 = 1 x 80 + 2 x 81 + 3 x 82 + 4 x 83  = 1+ 16+192+ 2 048 = 2 257

Codage de l’information => l’octal (base 8) Exercice : Décomposer chaque nombre en puissances de 8 successives 3474, 333, 222

Codage de l’information => Le code ASCII ASCII  ( American Standard Code for Information ) : Norme d'encodage informatique des caractères alphanumériques de l'alphabet latin. La norme ASCII (on prononce phonétiquement "aski") établit une correspondance entre une représentation binaire des caractères de l'alphabet latin et les symboles, les signes, qui constituent cet alphabet. Par exemple, le caractère "a" est associé à "01100001" et "A" à "01000001". Consultez : http://www.table-ascii.com/

Codage de l’information => L’ Unicode Le code Unicode est un système de codage des caractères sur 16 bits mis au point en 1991. Le système Unicode permet de représenter n'importe quel caractère par un code sur 16 bits, indépendamment de tout système d'exploitation ou langage de programmation.  Il regroupe ainsi la quasi-totalité des alphabets existants (arabe, arménien, cyrillique, grec, hébreu, latin, ...) et est compatible avec le code ASCII.  L'ensemble des codes Unicode est disponible sur le site http://www.unicode.org.

Codage de l’information => Conversion Conversion décimal –> binaire : Méthode de divisions euclidiennes Il s'agit de faire une suite de divisions euclidiennes par 2. Le résultat sera la juxtaposition des restes. Le schéma ci-dessous explique la méthode:

Codage de l’information => Conversion Conversion binaire–> décimal Prenons le nombre (au hasard) : 101 0110. On voit qu'il s'étale sur 7 rangs, et sait que chaque rang correspond à une puissance de 2 : le premier (en partant de la droite) est le rang 0, le second est le rang 1, etc. Pour le convertir en décimal, on procède de la manière suivante : on multiplie par 20 la valeur du rang 0, par 21 la valeur du rang 1, par 22 la valeur du rang 2, […], par 210 la valeur du rang 10, etc. Pour notre nombre 101 0110 : 0×20 + 1×21 + 1×22 + 0×23 + 1×24 + 0×25 + 1×26. Ensuite, il suffit simplement de remplacer les puissances de 2 par leurs valeurs et de faire la somme : 0×1 + 1×2 + 1×4 + 0×8 + 1×16 + 0×32 + 1×64 = 86.

Codage de l’information => Conversion Conversion décimal -> hexadécimal La conversion d'un nombre de la base 10 en base 16 est aussi “facile” qu'avec le binaire. Pour le binaire il fallait décomposer en puissances de 2, ici on décompose en puissances de 16. Ces puissances de 16 sont : 160= 1 ; 161= 16 ; 162= 256 ; 163= 4096 ; 164= 65536 ; … convertissons 1680 en hexadécimal. Il faut donc commencer par le décomposer en puissances de 16 : 1680 = 6×256 + 9×16 + 0×1 1680 = 6×162 + 9×161 + 0×160. La conversion en hexadécimal de 1680 est donc 690 (lire “six-neuf-zéro”). Un autre exemple : convertissons 2009 en hexadécimal : 2009 = 7×162 + 13×161 + 9×160. Le nombre en base 16 correspondant à 2009 est donc 7D9 (rappelez vous, chaque rang peut monter jusqu'à 15 en base 16, et le D vaut 13). C'est le même principe qu'avec le binaire, le changement de base se fait juste à 16 au lieu de 2.

Codage de l’information => Conversion Conversion hexadécimal -> décimal Prenons un nombre : 4F2C. Il a 4 rangs : chaque rang est une puissance de 16 : pour convertir, on multiplie le premier rang (en partant de la droite) par 160, le second par 161, etc. Ainsi on obtient : 4F2C = 4×163 + F×162 + 2×161 + C×160 4F2C = 4×163 + 15×162 + 2×161 + 12×160 4F2C = 4×4096 + 15×256 + 2×16 + 12×1 (4F2C)16 = (20 268)10.

Codage de l’information => Conversion Conversion binaire -> hexadécimal La conversion entre l'hexadécimal et le binaire est super facile si vous savez manipuler ces bases entre les nombres 0 et 15. Prenons un nombre en binaire : 101  0011  1011. Ceci nous simplifie la tache : en effet, on sait que 4 rangs binaires permettent de monter jusqu'à 15. Et bien, 1 rang en hexadécimal aussi ! (Cela vient du fait que 24 (4 rangs en base 2) = 161 (1 rang en base 16)). De cette façon, 4 bits en binaire seront représentés par un rang en hexadécimal ! Ainsi, le premier quadruplet : 1011 deviendra un seul rang en hexadécimal : 1011 = 11 en décimal = B en hexadécimal. Le second quadruplet 0011 devient 3 en hexadécimal ; et finalement le dernier : 101 (ou 0101) devient : 5. Ainsi, (101 0011 1011)2= (53B)16.

Codage de l’information => Conversion Conversion hexadécimal -> binaire On va utiliser le même principe que ci-dessus, à savoir qu'un rang en base 16 correspond à 4 rangs en base 2. On convertira le nombre hexadécimal BE57. On prend chaque rang que l'on convertit individuellement en binaire : (B)16 <=> (11)10 <=> (1011)2 (E)16 <=> (14)10 <=> (1110)2 (5)16 <=> (5)10 <=> (0101)2 (7)16 <=> (7)10 <=> (0111)2

Codage de l’information => Les opérations arithmétiques Addition en binaire Dans l'exemple ci dessous, on va calculer 1010 + 0011: Addition 1010 + 0011 1101 Comme dans toutes les additions, il faut penser à utiliser des retenus. En effet, lorsque l'ont a 1+1 (dont le résultat est égal à 10), il faut indiquer que le résultat est 0, et qu'il y a une retenus de 1. Exemple: Addition calcul 0110 + 0011 retenus 11     résultat 1001

Codage de l’information => Les opérations arithmétiques Soustraction en binaire Complément à 1 Le complément à 1 est un nombre qui existe dans toutes les bases, mais en binaire il est très facile à trouver : il suffit de changer les 1 en 0 et les 0 en 1. C'est tout : Nombre (B) Complément (B) 1 1100 0011 0001011 0000100

Codage de l’information => Les opérations arithmétiques Soustraction en binaire En fait, au lieu de faire A – B, on fera A + (B + 1). Ici, B (prononcer « B barre ») est le complément à 1 de B. Exemple : calculons 101010 – 1010. On voit que le premier nombre s'écrit sur 6 bit et le second seulement sur 4. Il font donc écrire le second sur 6bit aussi : 1010 devient 001010. C'est de ce nombre qu'il faudra inverser tous les bits. On écrit le plus petit nombre avec autant de bits que le grand : 1010 devient 001010. En inversant tous les bit de 001010 on obtient 110101. On ajoute 1, ce qui fait 110110. On fait maintenant 101010 + 110110. Cela donne : 1100000. En remarquant que la différence de deux nombre positifs ne peut pas être supérieure au plus grand des deux nombres, il est facile de conclure que le résultat doit être plus petit que 101010. Pour cela, on supprime de premier bit. Donc 1100000 devient 100000. - 100000 est le résultat de notre soustraction.

Codage de l’information => Les opérations arithmétiques Soustraction en binaire

Codage de l’information => Les opérations arithmétiques Multiplication en binaire On va commencer avec (1010)2 fois (101010)2 : En base 2 : 1010 × 10 1010 = 1 1010 0100. Or, (1010)2 = (10)10 ; (101010)2 = (42)10 ; donc théoriquement, on devrait avoir 420. Vous pouvez vérifier : (1 1010 0100)2 vaut bien 420 en base dix.

Architecture des ordinateurs

Informatique L'informatique est le traitement automatique de l'information. L'information manipulée dans l'entreprise est dépendante de son activité : pour l'université, ce sont les étudiants, leurs notes, leurs inscriptions, leur emploi du temps, ... pour une entreprise du secteur industriel, ce sont les produits, leur production, leur prix, leur stock...

Traitement Un traitement est une opération effectuée sur des informations suivant un ensemble des règles fini. Le traitement automatique implique un traitement qui suit des règles qui peuvent être identifiées et éventuellement programmées dans un ordinateur. Information Entrée Information Sortie Traitement Schéma simplifié du traitement de l’information

Système informatique Un système informatique est l’ensemble des moyens logiciels et Matériels nécessaires pour satisfaire les besoins informatiques des utilisateurs. Les termes Matériel et Logiciel correspondent aux expressions HARDWARE et SOFTAWARE. Le HARDAWRE : désigne atout ce qui a un caractère matériel dans une machine, tout ce qui est figé. - Le SOFTAWARE : désigne au contraire tout ce qui n’est pas matériel, tout ce qui peut être facilement modifié. C’est l’ensemble de programmes qui commandent le Hardware.

Structure de base d’un ordinateur Définition Le terme ordinateur désigne une machine électronique programmable destinée au traitement de l’information. Selon leur taille ou leur utilisation, on distingue différentes catégories d’ordinateur. Le micro-ordinateur est en principe une machine individuelle. Un mini-ordinateur est au contraire une machine plus importante, destinée à plusieurs utilisateurs travaillant en même temps, tandis que les gros systèmes sont réservés à des taches importantes, demandant des opérations nombreuses et complexes. L’ordinateur est un équipement électronique de traitement automatique de l’information, comprenant les organes nécessaires à son fonctionnement autonome.

Schéma fonctionnel d’un ordinateur En tant que machine à traiter l’information, un ordinateur peut être schématisé de la manière suivante : Périphériques d’entrée Unité Centrale Périphériques de sorties Périphériques de stockage Schéma fonctionnel d’un ordinateur

L'unité Centrale L'unité centrale comprend une carte mère et souvent des cartes additionnelles. On retrouve sur la carte mère le microprocesseur, la mémoire, l'horloge, ..., et sur les cartes additionnelles, des circuits spécialisés pour le contrôle de périphériques. Unité centrale

Le boîtier Le boîtier (ou châssis) de l'ordinateur est le squelette métallique abritant ses différents composants internes. Les boîtiers ont par ailleurs d'autres utilités telles que la protection contre les rayonnements électromagnétiques. Les éléments de choix principaux d'un boîtier sont son facteur de forme, ses dimensions, le nombre d'emplacements pour des lecteurs, son alimentation, la connectique en façade et enfin son design et ses couleurs. Ainsi, si les boîtiers se ressemblaient tous aux débuts du PC, il existe aujourd'hui des boîtiers de toutes les formes,

Bloc d'alimentation La plupart des boîtiers sont fournis avec un bloc d'alimentation (en anglais power supply). L'alimentation permet de fournir du courant électrique à l'ensemble des composants de l'ordinateur.

La carte mère L'élément constitutif principal de l'ordinateur est la carte mère (en anglais « mainboard » ou « motherboard »). La carte mère permet la connexion de l'ensemble des éléments essentiels de l'ordinateur. La carte mère est une carte maîtresse, prenant la forme d'un grand circuit imprimé possédant notamment des connecteurs pour les cartes d'extension, les barrettes de mémoires, le processeur, etc. Carte mère

Le processeur Le processeur est un circuit électronique complexe qui exécute chaque instruction très rapidement. Véritable cerveau, il effectue la plupart des opérations de calcul de l'ordinateur. La vitesse à laquelle le microprocesseur traite l'information est indiquée en mégahertz. Un microprocesseur de 600 mégahertz pourra effectuer 600 cycles par seconde et sera plus rapide qu'un microprocesseur de 350 mégahertz. Les processeurs actuels ont une puissance qui varie de 600MHz à 3,86Ghz. Microprocesseur

Le processeur Pour chaque instruction, le processeur effectue schématiquement les opérations suivantes : - lire en mémoire (MP) l'instruction à exécuter; - effectuer le traitement correspondant; passer à l'instruction suivante. Le processeur est divisé en deux parties, l’unité de commande et l'unité de traitement : - l'unité de commande est responsable de la lecture en mémoire et du décodage des instructions; - l'unité de traitement, aussi appelée Unité Arithmétique et Logique (U.A.L.), exécute les instructions qui manipulent les données.

Le processeur

Mémoire Elle permet de conserver des informations et de les rendre rapidement accessibles au microprocesseur. La mémoire centrale se compose de la mémoire morte (ROM), de la mémoire vive (RAM) et de mémoire cache. La mémoire morte ou ROM (Read Only Memory) : La mémoire ROM est dite morte car on ne peut pas la modifier; on ne peut que lire les instructions qui y sont contenues. Elle contient généralement les instructions de base pour permettre à l'ordinateur de démarrer et de tester ses circuits. Quel que soit l'état de l'ordinateur (ON ou OFF), les instructions de la mémoire morte sont toujours conservées. La mémoire vive ou RAM (Random Acces Memory) : La mémoire RAM est dite vive car on peut la lire et la modifier. On l’appelle aussi mémoire de travail. Elle contiendra les instructions d'un programme et les résultats. Cette mémoire ne fonctionne que lorsque l'ordinateur est sous tension (ON). Lorsqu' il est éteint (OFF), toutes les données enregistrées dans la RAM se trouvent effacées, c'est pourquoi une mémoire auxiliaire externe (disquette, bande magnétique ou disque rigide) est nécessaire pour conserver les données emmagasinées et traitées dans l'ordinateur. La mémoire cache La mémoire cache (ou tout type de cache) est une mémoire intermédiaire dans laquelle se trouvent stockées toutes les informations que le processeur central est le plus susceptible de demander. Elle sert donc à accélérer la communication entre un élément fournisseur (disque dur par exemple) plus lent que l'élément demandeur (processeur par exemple). Comme ces informations sont immédiatement disponibles, le temps de traitement se trouve diminué d'autant, ce qui mécaniquement accroît notablement les performances de l'ordinateur.

Cartes d'extension Dans un ordinateur, une carte d'extension est un circuit imprimé connectable à la carte mère via un bus informatique. Le but d'une carte d'extension est d'ajouter des capacités ou des fonctionnalités à un ordinateur.

Carte graphique (vidéo) La carte vidéo est une carte électronique qui permet d'afficher à l'écran les images qu'elle a stocké dans sa mémoire.

Carte son La carte son est une carte électronique qui permet de générer et d'enregistrer des signaux audio. Sur certains ordinateurs, les circuits audio ne sont pas sur une carte, mais sont directement intégrés à la carte mère.

Carte réseau La carte réseau (appelée Network Interface Card en anglais et notée NIC) constitue l’interface entre l’ordinateur et le câble du réseau. La fonction d’une carte réseau est de préparer, d’envoyer et de contrôler les données sur le réseau.

Les périphériques Ils participent au stockage, à la communication, à la collecte et à la diffusion de l'information manipulée par l'unité centrale. Ils sont reconnus et pilotés par des circuits spécialisés de l'unité centrale. Le clavier, la souris, le CD-ROM ou DVD-ROM sont des périphériques d'entrée. Ils permettent la collecte d'informations. L'écran, les imprimantes, la table traçante sont des périphériques de sortie. Ils permettent la diffusion d'informations. Le modem, les lecteurs de disques et de disquettes sont des périphériques d'entrée et de sortie. L'information navigue entre eux et l'unité centrale dans les deux sens.

Les périphériques d’entrée Les périphériques d’entrée sont ceux qui vont permettre d’envoyer des informations à l’unité centrale. Le plus connu est le clavier. Le clavier De la même façon que sur une machine à écrire, le clavier permet de saisir des caractères (lettres, chiffres, symboles, …). Le scanner Le scanner est un périphérique permettant de numériser des documents à partir d’un format ‘papier’ et de générer des documents au format numérique qu’il est possible d’enregistrer dans la mémoire de l’ordinateur. Les lecteurs de CD-ROM et le multimédia Comme son nom l'indique, le CD-ROM est un disque qui ne peut qu'être lu (ROM = Read Only Memory), ou plutôt, il ne peut être écrit qu'une fois. Le CD-ROM a une grande capacité : il peut contenir 600 Mo de données soit environ 600 millions de caractères.

Les périphériques de sortie Les écrans (moniteurs) Un écran d'ordinateur est un périphérique de sortie vidéo d'un ordinateur. Il affiche sous forme de pixels, 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 ou des films et de jouer à des jeux vidéo. L’imprimante permet de faire une sortie imprimée des données de l’ordinateur. Il existe plusieurs types dont les plus courants sont : Imprimante matricielle Imprimante à jet d’encre Imprimante laser Imprimante thermique

Les périphériques de stockage Le disque dur Le disque dur est un support composé de disques magnétiques sur lesquels on peut stocker de grandes quantités d'informations. L'information contenue sur cette mémoire auxiliaire est plus rapide d'accès au microprocesseur que l'information emmagasinée sur les autres mémoires auxiliaires. Clé USB ou Flash mémoire Une clef USB est une unité de stockage de petit format se connectant sur le port USB d'un ordinateur.

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