ordinateur

Ordinateurs et systèmes informatiques

Caractéristiques et fonctionnement

L'ordinateur est une machine électronique programmable servant au traitement de l'information codée sous forme numérique. L'information (données, textes, graphiques, images, son numérisé) est représentée (codée) sous forme de suites de chiffres binaires 0 et 1. L'ordinateur la traite dans des unités de calcul (unité centrale), la stocke dans des mémoires, la communique tant à l'intérieur de la machine, grâce à des bus de communication, qu'à l'extérieur, grâce à des lignes de transmission et des réseaux. Le fait d'être programmable confère à l'ordinateur un certain caractère d'universalité. C'est le programme, ou logiciel, qui lui fournit, sous forme d'une séquence d'instructions, l'enchaînement des opérations à exécuter pour répondre à un problème donné. L'avantage de l'ordinateur est de traiter les instructions très rapidement, à la vitesse de plusieurs millions par seconde, mais les instructions directement exécutables par la machine portent sur des opérations très élémentaires. D'où l'importance des logiciels, qui permettent d'exprimer des problèmes complexes, et la nécessité de les écrire dans des langages informatiques dits évolués, plus synthétiques et lisibles que le langage machine, formé des instructions directement exécutables par l'ordinateur. Le matériel de l'ordinateur sait enchaîner automatiquement les instructions d'un programme. C'est à un logiciel, appelé système d'exploitation, que l'on confie l'enchaînement automatique des diverses phases d'un travail utilisateur telles que la traduction du programme, l'enchaînement entre les travaux et, de manière générale, la gestion de l'exploitation de l'ordinateur ainsi que les échanges avec les équipements périphériques et les réseaux.

Historique

Après la machine mécanique de Blaise Pascal (1643), qui automatisait à l'aide de roues dentées les opérations arithmétiques, et celle du Britannique Charles Babbage (1883), qui les enchaînait grâce à une complexe tringlerie lisant le programme sur un ruban, perforé, les « calculateurs électroniques » ont fait leur apparition dans les années 1940-1950 sur la base notamment de l'idée de Johann von Neumann de ranger programmes et données dans la mémoire électronique.

L’ordinateur de von Neumann

Selon le schéma de von Neumann, l'ordinateur est constitué d'une mémoire centrale dans laquelle sont rangées, après lecture du programme, les instructions dans des emplacements successifs, ainsi que les données associées, et d'une unité centrale de traitement, composée, d'une part, d'une unité d'instructions chargée d'aller chercher en mémoire la nouvelle instruction, de l'analyser, d'aller chercher en mémoire la ou les opérandes et, d'autre part, d'une unité de traitement arithmétique et logique chargée d'exécuter le traitement demandé, le tout sous le contrôle d'une unité de commande garantissant le séquencement correct des opérations. Les échanges entre la mémoire centrale et le monde des périphériques d'entrée-sortie faisaient l'objet d'instructions spéciales.

Les ordinateurs de première et deuxième génération

Les ordinateurs de première génération (1952-1958), utilisant des tubes électroniques, et ceux de la deuxième génération (1959-1964), utilisant des transistors pour les circuits et des tores de ferrite pour les mémoires, étaient de fidèles applications du schéma de von Neumann.

Les ordinateurs de troisième génération

Avec la troisième génération, née en 1965 lors de l'arrivée de la série 360 d'IBM et utilisant des circuits intégrés et des mémoires à tores de ferrite, est apparue une architecture nouvelle incluant un ou des processeurs de traitement (unités centrales) et des processeurs d'entrée-sortie gérant automatiquement, en simultanéité avec le traitement, les échanges entre la mémoire principale et la périphérie. Cela a donné lieu à des configurations multiprocesseurs comportant une mémoire principale divisée en blocs indépendants pour permettre des accès multiples, un ou plusieurs processeurs de traitement, un ou plusieurs processeurs d'entrée-sortie gérant chacun des périphériques par l'intermédiaire de contrôleurs de périphériques, unités électroniques spécialisées dans la gestion d'un type donné de périphérique. La périphérie était principalement constituée de mémoires auxiliaires d'une part, incluant la mémoire de masse formée de disques magnétiques et les mémoires fichier formées de bandes et cartouches magnétiques, de périphériques de communication d'autre part, tels que lecteurs de cartes, imprimantes puis terminaux de dialogues écran-clavier.

Les ordinateurs de quatrième génération

La quatrième génération, depuis la fin des années 1970, se caractérise technologiquement par l'utilisation de circuits intégrés à grande échelle, y compris pour les mémoires centrales. Elle a vu l'apparition du concept de système informatique incluant plusieurs ordinateurs interconnectés par le biais de réseaux. Ces architectures en réseau incluent d'une part des serveurs, ordinateurs universels ou machines spécialisées pour traitement scientifique, bases de données, base d'informatique multimédia, machines d'impression, machines d'intelligence artificielle et, d'autre part, des stations de travail individuelles aptes à traiter certaines applications en local, et, pour d'autres, faire appel aux serveurs, qui ont notamment pour but de partager entre l'ensemble des utilisateurs les bases de données, la puissance de traitement, les périphériques lourds d'impression, etc.

En attendant l’avènement d’ordinateurs de cinquième génération, qui disposeront de capacités proches de celles des humains en terme de compréhension des langues naturelles, d’apprentissage et d’interaction avec leur environnement, le recours à des architectures massivement parallèles comprenant des milliers de processeurs regroupés en grappes permet d’atteindre des puissances record indispensables dans de nombreux domaines de la recherche scientifique (biotechnologies, neurosciences, météorologie, climatologie, cosmologie…). La puissance des ordinateurs s’exprime en mips (millions d’instructions par seconde) ou en flops (nombre d’opérations en virgule flottante par seconde, dont les multiples sont : mégaflops, gigaflops, téraflops).

Les principaux types d’ordinateurs

Machine tolérante aux pannes

Ordinateur présentant des redondances et des possibilités de reconfiguration permettant une continuité de service même en cas de défaillance d'un de ses constituants.

Micro-ordinateur

Ordinateur de taille réduite construit autour d’un microprocesseur pour un usage personnel, conçu pour des utilisations dans le cadre de son foyer ou de son travail. (Synonyme : PC.)

Mini-ordinateur

Ordinateur de puissance moyenne, souvent destiné à des applications spécifiques (applications en temps réel, conduite de processus).

Ordinateur central

Gros ordinateur puissant conçu pour le traitement des applications critiques pour la gestion intégrée des entreprises et répondre aux requêtes simultanées de plusieurs milliers de terminaux ou d’ordinateurs en gérant d’importantes bases de données.

Ordinateur frontal

Ordinateur spécialisé qui décharge l’ordinateur principal auquel il est relié de tâches spécifiques (échange des données, gestion des télécommunications).

Station de travail

Ordinateur personnel puissant doté de fortes capacités graphiques, connectable à des réseaux et généralement destiné à des utilisateurs professionnels pour des applications spécifiques.

Serveur

Système informatique qui héberge un logiciel répondant via un réseau télématique aux requêtes de machines dites « clientes ».

Serveur multimédia

Serveur stockant et gérant des bases d'informations multimédias à l'usage des abonnés d'un réseau.

Supercalculateur

Ordinateur très puissant destiné au calcul scientifique (par exemple, simulation numérique ou modélisation climatique).