2001, l'odyssée de l'espace de Stanley Kubrick (1968). 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).

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

PLAN DU COURS Historique et les métiers de l’informatique Architecture d’un micro-ordinateur Systèmes d’exploitation Du langage binaire au langage hexadécimal Algorithmique et programmation

Un peu d’histoire … Invention du calcul Mécanisation du calcul 1ers calculateurs mécaniques Calculateurs électriques Calculateurs électroniques Micro-ordinateurs 1 2 3 4 5 6 Antiquité 1200 1600 1889 1945 1956 1980

Un peu d’histoire … 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 XIIème siècle en Europe Mise en place de la numérotation décimale

Un peu d’histoire … Mécanisation du calcul 1er boulier (Chine -300) Logarithmes de NEPER Pascaline (1642) Leibniz (1670) Machine différentielle (1822) Machine analytique (1830) La Pascaline Le boulier chinois La machine analytique

Mathématicien anglais Un peu d’histoire … Au XXème siècle… Cryptage/décryptage « Machine de Turing » Calculateur à cartes perforées (IBM – 1935) ENIAC (Neumann - 1945) TI invente le circuit intégré (1958 et 1er ordinateur en 1968) 1er super-ordinateur CRAY (1970) : 160MOS Un super ordinateur CRAY 2 Un circuit intégré … Alan Mathison TURING (1912-1954) Mathématicien anglais

Un peu d’histoire … ENIAC : quelques chiffres… 5000 opérations / s 500.000 $ 30 t. 30 mètres le long 2.50 mètres de haut 160 m² 1500 relais 17.468 tubes à vide Apparition du 1er bug !

Un peu d’histoire … Micro-informatique… MICRAL N : (INRA – 1973) Steve Jobs/Steve Wozniak : Apple1 (1976) = 1er 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 4 516 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.

Un peu d’histoire … Loi de moore Gordon Moore (1965) Cofondateur INTEL Généralisation 40 années vérifiées Limite théorique : 2018

Métiers de l'informatique Fonctions spécialisées : Réseau Développement informatique Sécurité des systèmes informatiques Infographie Ergonomie…

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.

Métiers de l'informatique Domaines d'application L'informatique industrielle, scientifique et technologique L'informatique de gestion Les télécommunications et réseaux

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). Télécommunications et réseaux Transmission d'information : réseaux informatiques et téléphonie

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 »

Architecture d’un micro-PC Plusieurs types de PC (Personal Computer) PC de bureau PC portable Pocket PC

Architecture d’un micro-PC Constitution générale d’un 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 d’entrés souris, clavier, scanner, … Périphériques de sorties écrans, imprimantes, … Entrés-sorties Disques amovibles (clé USB)

Architecture d’un micro-PC Processeur (CPU) Mémoire principale (M.P.) Code instructions Unité de commande Programme Données binaires Unité de traitements U.A.L. Données Informations codées en binaire Unité d’entrées/sorties BUS système

Architecture d’un micro-PC La carte mère Elément constitutif principal de l’UC (« Socle de connexion ») Ports = emplacements de cartes d’extension et périphériques AGP : carte vidéo PCI : carte son, … PS2 : souris, clavier IDE : disques durs // : imprimantes Microprocesseur  socket

Architecture d’un micro-PC Unité centrale : le processeur Marques : AMD Athlon, Intel Pentium, Intel 4004 Fréquence de l’horloge : en MegaHertz (MHz) …mesure le nombre de calculs à la seconde : 1000MHz = 1 GHz = 1.000.000.000 calculs/s Transistors …pour faire des opérations de base = plusieurs millions sur un seul processeur (Loi de Moore : double tous les 18 mois) Silicium = cher

Architecture d’un 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, d’applications, … Mémoire de masse : DD, CD-ROM (40,80,160 Go)

Architecture d’un 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 d’accès aux données Interface (SCSI, IDE, USB) = ports de branchement du disques (~ taux de transfert)

Architecture d’un 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 d’acquisitions (vidéos), radio...

Architecture d’un 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)

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

Systèmes d’exploitation Operating System (O.S.) Deux fonctions principales : gérer les ressources de l’installation matérielle assurer un ensemble de services (Interface Homme Machine - IHM) Qualités d’un O.S. Fiabilité sur les défaillances matérielles ou des erreurs des utilisateurs (éviter les pertes d’information) Efficacité : Utiliser au mieux les ressources et possibilités matérielles Simplicité : langage de commande et des diagnostics d’erreurs Adaptabilité : permettre des modifications matérielles et logicielles

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

Systèmes d’exploitation 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

Systèmes d’exploitation Comment fonctionne un O.S. ? APPLICATIONS (software) gestion des travaux gestion des fichiers gestion des E/S gestion mémoire Noyau Système d’exploitation MATERIEL (hardware)

Systèmes d’exploitation 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 l’ouverture du fichier Chemin (path) = succession de dossiers de la racine pour atteindre un fichier : Windows  « x:\repertoire1\repertoire2\ » Unix  « /repertoire1/repertoire2/ »

Systèmes d’exploitation 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

Systèmes d’exploitation : marché Distributions Linux : Windows : Autres :

Systèmes d’exploitation Systèmes de fichiers (SF) Organiser les données Gestion de la mémoire sur les espaces de stockages Choix de l’OS = SF imposé Pb de compatibilités si plusieurs OS sur un PC SF améliorés car capacités (FAT16  NTFS) Systèmes Types supportés MS DOS, Win95 FAT16 MS Win95 OSR2/98 FAT16, FAT32 MS Win2000 / XP FAT16, FAT32, NTFS Linux Ext2, Ext3, … MacOS HFS, MFS, … SUN, Free/OpenBSD UFS (Unix) Windows VISTA WinFS ?

Systèmes d’exploitation Et le bug de l’an 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 (e-mails, des fichiers, …) résultats erronés arrêt du système Patchs (corrections logicielles) à installer/programmer

Du binaire à l’hexadécimal Ce qu’on 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 n’aurions eût que 2 doigts ??? 5 + 8 ____ 3 retenue 1  13 5 + 26 ____ 1 retenue 1+2  31 124 + 458 ____ 2 retenue 1+7  82 8 retenue 0+5  582

Du binaire à l’hexadécimal Ce que l’ordinateur 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 pas de problème! 1 + 0 ____ 1 pas de problème! 1 + 1 ____ 0 car 2 n’existe plus! retenue = 1 donc 10

Du binaire à l’hexadécimal Valeur binaire sur 3 bits : Il y a 8 états différents (23 possibilités) Base 2 Base 10 (sur 3bits) 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 110 6 111 7

Du binaire à l’hexadécimal Valeur binaire sur 8 bits (1 octet) : Il y a 256 états différents (28 possibilités) Base 2 Base 10 (sur 8bits) 0000 0000 0 0000 0001 1 0000 0010 2 … … 1000 1111 143 1001 0000 144 1111 1101 253 1111 1110 254 1111 1111 255

Du binaire à l’hexadécimal Codage des caractères ASCII (années 60) « Code Americain Standard pour l'Echange d'Informations » Codage reconnu par l’ordinateur : binaire texte humain Codées sur 8 bits = 1 octet ( =poids d’un caractère) 28 = 256 caractères (codés de 0 à 255) Table standard du codage ASCII

Du binaire à l’hexadécimal Ce qui explique bien des choses … 1 octet = 23 bits = 8 bits = 1 caractère 1 Ko = 210 octets = 1.024 octets 1 Mo = 220 octets = 1.048.576 octets 1 Go = 230 octets = 1.073.741.824 octets 1 To = 240 octets = 1.099.511.627.776 octets Attention : 1 byte = 1 octet en anglais Remarque :  1 fichier texte vide = 0 octet  1 fichier texte de 50.000 car. = 50 Ko

Du binaire à l’hexadécimal 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 1 Poids 27=128 26=64 25=32 24=16 23=8 22=4 21=2 20=1 Nombre décimal égal à Nombre binaire 4 1x22 + 0x21 + 0x20 = 100 13 8+4+1 1x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20 = 1101 73 64+8+1 1x26 + 0x25 + 0x24 + 1x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 = 1001001

Du binaire à l’hexadécimal Exemples : Nombre binaire 1 Poids 27=128 26=64 25=32 24=16 23=8 22=4 21=2 20=1 Nombre décimal égal à Nombre binaire 1 7 128 8045

Du binaire à l’hexadécimal Exemples (binairedécimal) : Nombre binaire 1 Poids 27=128 26=64 25=32 24=16 23=8 22=4 21=2 20=1 Nombre binaire égal à Nombre décimal 1 1x20 10 1x21 + 0x20 2 1000 1x23 + 0x22 + 0x21 + 0x20 8 11111 1011000 10110100111000

Du binaire à l’hexadécimal 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 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Base 16 A Base 2 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 Base 10 11 12 13 14 15 Base 16 B C D E F Base 2 1011 1100 1101 1110 1111

Algorithmique et langages Notions d’algorithme 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)

Algorithmique et langages Notions d’algorithme 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

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

Algorithmique et langages Formalisme utilisé : Entête Nom Rôle Paramètres d’entrée (données indispensables) Résultats en sortie (données calculées et produites) Déclarations locales : variables locales utiles Corps Mot-clef : debut Suite d’instructions indentées Mot-clef : fin

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 0 1 54 4545 … Réel : peut prendre les valeurs 0,5 12,54452 3,1415 …. Chaîne de caractères : ‘g’,’bonjour’,’ma maison’ Booléen : 0 ou 1 (VRAI ou FAUX) Identifiant de la variable : type de variable

Algorithmique et langages Exemple d’algorithme : Nom : euroVersFrancs Rôle : Convertisseur d’un prix en euros en francs, avec saisie du prix en euros et affichage en francs Entrée : - Sortie : - Déclaration : valeurEuro, valeurFranc, tauxConversion : Réel début tauxConversion  6.55957 écrire("Votre prix en euros ?") lire(valeurEuro) valeurFranc  valeurEuro x tauxConversion écrire(valeurEuro,"€=",valeurFranc,"francs") fin

Algorithmique et langages Instructions : Opérateurs d’affectation ‘’ 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

Algorithmique et langages L’expression conditionnelle : Renvoie un booléen : VRAI ou FAUX Compare, vérifie, teste des valeurs Opérateurs logiques utiles : '<' : SI a<b ALORS écrire ('a est plus petit que b') FINSI '>' : 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<b ET a<c ALORS … FINSI 'OU' : SI a<b OU a<c ALORS … FINSI 'NON' : SI NON(a<b) ALORS écrire ('a est plus grand que b') FINSI

Algorithmique et langages Exemple d’algorithme 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

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

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)

Algorithmique et langages Langages de programmation Langage Domaine d’application Compilé/interprété ADA Temps réel Compilé C Prog. Système C++ Prog. Système objet COBOL Gestion FORTRAN Calcul scientifique JAVA Prog. Objet Intermédiaire LISP I.A. Mathématica Interprété PASCAL Enseignement