SEQUENCE 4
Aux origines de l'informatique
partie historique
Le génie du mathématicien Alan Turing aux origines de l'informatique
En 1936, Alan Turing publie un article précurseur intitulé « On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem » (problème de décision). Il y présente l’idée d’une machine universelle, baptisée par la suite machine de Turing, capable d’effectuer des calculs complexes.
Beaucoup considèrent son article comme fondamental dans le domaine de l’informatique et de l’intelligence artificielle car il préfigurait comment un calculateur numérique moderne pouvait fonctionner.
Le modèle Turing
Alan Turing était mathématicien, cryptologue, pionnier de l’informatique, de l’intelligence artificielle et de la morphogenèse en biologie.
© CNRS Images / Inria – 2012
partie technique
Machine de Turing & Architecture de Von Neumann
La machine de turing ou machine universelle
Avec ce nouveau concept, Turing introduit la notion de programme et d'algorithme en opposition aux automates.
La machine universelle manipule des informations – des lettres ou des chiffres – suivant des règles définies dans une table.
On peut la représenter comme un appareil qui comporte un ruban de papier de longueur infinie avec une succession de cases et un registre mémorisant l’état de la machine.
L’opérateur (une tête de lecture/écriture) peut lire ou écrire le contenu d’une case et se déplacer vers la case de gauche ou de droite. A partir d’un mot d’entrée noté sur le ruban, la machine va exécuter une instruction. Pour établir un parallèle avec nos ordinateurs actuels, la taille de la mémoire est représentée par la longueur du ruban et le temps de calcul par le nombre d’opérations à accomplir sur le ruban.
Pour mieux comprendre le concept de machine de Turing, voici une application Web qui simule très bien son fonctionnement.
Pourquoi le binaire ?
Le langage machine ou langage assembleur est le langage de plus bas niveau qui existe, il est directement compréhensible par le processeur.
Mais c’est au XXe siècle qu’apparaissent la technologie numérique et les premières machines à calculer électroniques. Les pionniers de l’informatique se sont trouvés confrontés au défi de traduire des chiffres et des lettres en un système exploitable par un ordinateur. Le code binaire était prédestiné à cet effet puisque les 1 et les 0, entités abstraites, peuvent se traduire sous forme d’états physiques. En électrotechnique, la présence d’une tension donne 1, l’absence de tension donne 0.
La notion d'algorithme
Le mot algorithme vient du nom du mathématicien perse Al-Khwârizmî. Il n’a pas inventé la notion d’algorithme mais a eu une grande influence sur les mathématiques de son époque, par exemple en classifiant les algorithmes existants ou en diffusant l’utilisation des nombres arabes grâce à son Traité du système de numération des Indiens.
Un algorithme est une suite finie et non ambiguë d’opérations ou d’instructions permettant de résoudre un problème. Un algorithme prend des paramètres d’entrée et retourne un résultat.
Architecture de Von Neumann
Source / librecours.net
L’unité arithmétique et logique
Ce composant est chargé de réaliser toutes les opérations de base : les opérations arithmétiques sur les nombres (addition, multiplication, etc.) et des opérations binaires (OR, AND, etc.).
L’unité de contrôle
Ce composant est chargé d’ordonnancer les instructions et d’envoyer tous les calculs à effectuer à l’unité arithmétique et logique.
La mémoire
Cette mémoire stocke à la fois les instructions et les données. D’un côté, elle sera utilisée par l’unité de contrôle pour stocker les séquences d’instructions. De l’autre, elle sera utilisée par l’ALU pour stocker les données d’entrée d’un calcul et le résultat.
Entrées/Sorties
Il s’agit de toutes les interfaces permettant d’interagir avec l’ordinateur. Classiquement un clavier peut être vu comme une entrée et un écran comme une sortie.
Cette architecture est un modèle conceptuel décrivant le fonctionnement d’un ordinateur. Elle est utilisée par la quasi-totalité des ordinateurs.
Ce modèle se compose de quatre parties :
L’unité arithmétique et logique (UAL ou ALU en anglais),
L’unité de contrôle,
La mémoire,
Les entrées/sorties.
Processeurs et Architecture de Von Neumann
Les processeurs modernes (aussi appelé CPU, pour Central Processing Unit) regroupent l’unité de contrôle et l’ALU. Beaucoup de processeurs ont de multiples cœurs, c’est à dire plusieurs ALU.
Mise en rapport d’un ordinateur portable moderne et de l’architecture de Von Neumann
Source / librecours.net
Réaliser une étude sur l'évolution de l'informatique de la machine universelle d'Alan Turing aux ordinateurs d'aujourd'hui.
Cette réalisation devra mettre en évidence les différents facteurs d'évolution de l'informatique :
- Les découvertes théoriques
- Les avancées technologiques (les inventions)
- Les réalisations concrètes d’ordinateurs (les innovations)
- Les indicateurs de performance
Les avancées technologiques mises en évidence dans cette réalisation pourrons se limiter aux 4 parties de l'architecture de Von Neumann :
- L’unité arithmétique et logique
- L’unité de contrôle
- La mémoire
- Entrées/Sorties
Recherche d'informations :
- Ressources disponibles sur le site de technologie
- Recherches sur le web
Format de la restitution :
- Vidéos
- Affichages
- Jeux
- Etc …
Ressources
