Concepts en informatique

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1 Introduction 1 Concepts en informatique Table des matières Par Romica TRANDAFIR Introduction Concepts en informatique Ordinateurs Logiciel Le système d exploitation Le modes d utilisation des ordinateurs Les utilisateur de l informatique Méthodes classiques et intelligence artificielle...11 Bibliographie 12

2 2 Utilisation des ordinateurs Introduction 1.1. Concepts en informatique Informatique est un terme utilisé après 1960 et il est attribué à Ph. Dreyfus. En 1966 Académie française donne la suivante définition pour cette nouvelle science. Informatique est la science du traitement rationnel, notamment par machines automatiques, de l informatique considérée comme support des connaissances humaines et des communications dans les domaines techniques, économique et sociaux. Une autre définition pour l informatique. Informatique est l ensemble des techniques concernant l information, sa transmission et en particulier son traitement automatisé par l électronique. Information est le résultat d'une observation ou d'une mesure concernant un objet cartographique. Une autre acception pour l information. Une formule écrite susceptible à porter des nouvelles connaissances humaines. Technologies de l'information représentent l ensemble des matériels, logiciels et services utilisés pour la collecte, le traitement et la transmission de l'information. Bien que le terme technologies de l'information ait toujours englobé les technologies de l'électronique, de l'informatique et des télécommunications, certains semblent sentir le besoin, aujourd'hui, de marquer le tournant dans l'évolution des TI que représentent les développements du multimédia et des télécommunications, notamment les réseaux et Internet. C'est la raison pour laquelle on rencontre maintenant les expressions nouvelles technologies de l'information et de la communication ou technologies de l'information et de la communication et leurs nombreuses variantes.

3 Introduction 3 Téléinformatique ou «informatique à distance» est la technique mettant en œuvre des moyens de télécommunication et d'informatique et ayant pour objet de transmettre des données entre équipements informatiques en vue de leur exploitation. Télématique est l ensemble de services, à usage professionnel ou domestique, permettant la transmission unilatérale ou interactive d'informations textuelles, graphiques ou sonores sur un réseau de télécommunication par la mise en œuvre de techniques de télétraitement. Actuellement, la télématique se développe essentiellement par Internet. Le terme «télématique» est un mot-valise, inventé par A. Minc et S. Nora en 1978, à partir de «télécommunications» et «informatique». L information étant une formule écrite on doit préciser ses supports, qui peuvent être non-réutilisables (le papier) et réutilisables (magnétiques : bande et/ou disque) ou optique (disque compact) et les modalités de représentation sur ces supports. Il y a une représentation externe (par lettres, chiffres, images, sons etc.) et une représentation interne (vis à vis de l ordinateur) comme une suite de 0 et 1 (parce que la base de la construction des mémoires des ordinateurs se trouvent les éléments bistables dont leurs états ont été codés par 0 et 1) c est-à-dire la représentation binaire. Les informations, qu elles soient de type numérique ou caractère, dans un mot alphanumérique, images ou sons, devrons être converties dans une représentation binaire avant tout traitement ultérieur par l ordinateur. L unité élémentaire d information est le bit (binary digit) qui prend donc soit la valeur 0 soit la valeur 1. Les unités de mesure pour l information plus usuelles sont : 1 octet (byte) = une suite de 8 bits et permet le codage 2 8 = 256 informations différentes ; 1 kylo-octet (1 kylo-byte) = 1 KO = 1 KB= 2 10 octets = 1024 octets ; 1 mega- octet ( 1mega-byte) = 1 MO = 1 MB = 2 10 KO ; 1 giga-octet (1 giga-byte) = 1 GO = 1 MO = 2 10 MO. Pour représenter l information sous la forme de suite de 0 et de 1 on va établir une correspondance biunivoque entre les caractères (lettres ou chiffres) et leurs représentations en système binaire. Cette bijection s appelle le système de codage d information. Le système de codage utilise sur les micro-ordinateurs et le code ASCII (American Standard Code for Informations Interchange) qui permet le codage sur 8 bits pouvant représenter 128 caractères. Sur son support l information s organise sous forme de fichier. Un fichier est un ensemble d informations, relatives à un sujet donné, stocké sur un support.

4 4 Utilisation des ordinateurs Chaque fichier porte un nom, permettent de le retrouver sur le support quand c est nécessaire. Un fichier a un type, une taille (en octets), une date de création, de mise à jour et autres caractéristiques ( par exemple, droit d accès etc.). Les fichiers ayant quelque chose en commun (par exemple : un sujet, le propriétaire etc.) se groupe en dossiers ou répertoires (en anglais folder ou director) résultant à la fin une structure arborescente sur le support, comme dans la figure suivante. D1 D21 racine F1.doc C: F2.exe D2 D22 D3 La lettre (C dans l exemple ci-dessus) représente l unité du support où se trouve le fichier, \ (barre oblique inverse backslash) représente le répertoire racine. La racine peut avoir des sous-répertoires (D1 et D2, dans l exemple ci-dessus) et des fichiers (F1.doc). A leurs tour, les sous-répertoire peuvent avoir des sousrépertoires (dans l exemple ci-dessus, D2 a les sous-répertoire D21 et D22) et des fichiers (F2.exe) et ainsi de suite. On dit que pour le répertoire D22 le répertoire D2 est parent et le répertoire D22 et enfant pour le répertoire D2. Pour identifier le fichier F2.exe on doit écrire C:\D2\F2.exe ce qui signifie l identificateur du fichier F2.exe ou la voie (en anglais path) du fichier F2.exe Après le nom du fichier on peut ajouter 1-3 caractères appelés l extension du fichier qui sont séparés par un point du nom du fichier Ordinateurs Un ordinateur est un ensemble des équipements physiques, nommé matériel (hard-ware) qui au moyen des programmes, nommés logiciel (software) ressoude les problèmes conformément aux algorithmes proposés par utilisateurs. Plusieurs concept de base de l informatique, concernant les ordinateurs sont ainsi mis en évidence : la machine ou matériel (hardware) avec ses caractéristiques propre : la puissance de calcul de son unité centrale, la taille de sa mémoire, la taille, le nombre des fichiers utilisables, les différents types de périphériques connectebles. Les langages de programmation appelés logiciel (software), permettent de donner des instructions à la machine. On peut donner comme image du matériel le corps humain, «figé», et l intelligence ainsi que la parole

5 Introduction 5 «mouvantes» pour le logiciel. Le matériel et le logiciel sont totalement différents mais ils sont dépendants. Une machine sans logiciel n est qu un ensemble de composants électroniques. Des logiciels sans support matériel d exécution sont inutilisables. Nous allons maintenant préciser ces différentes notions. L unité centrale et les périphériques constituent le système d information matériel ou plus simplement le matériel. Unité Centrale est constituée des quatre unités fonctionnelles suivantes : UC UAL Unités d Echanges Mémoire centrale l Unité de Commandes (UC), (Command Unit) gère l ensemble du système informatique (unité centrale et périphérique). l Unité Arithmétique et logique (UAL) d effectué les calculs arithmétiques et logiques. L unité de commandes et l unité arithmétique et logique sont le microprocesseur sur les micro-ordinateurs. les Unités d Echange (UE). Une unité d échange est un contrôleur (matériel) muni de son logiciel (pilote) qui assure les échanges d informations entre l unité centrale et l extérieur. la Mémoire Centrale (MC) contient et mémorise les information nécessaire s au déroulement des programmes en cours de traitement. Elle est divisée en deux parties : - la mémoire morte ou ROM (Read Only Memory) contient des informations permanentes nécessaires au bon fonctionnement de l ordinateur auxquelles l utilisateur n a pas, en général accès. La technologie utilisée permet de conserver l information en permanence dans le calculateur, même en l absence de courant. - La mémoire vive ou RAM (Random Access Memory) contient les programmes des utilisateurs et leurs données. C est la portion de la mémoire dont l utilisateur peut disposer pour l exécution de leurs données. C est la portion de la mémoire dont l utilisateur peut disposer pour l exécution de ses applications. Elle ne conserve pas l information en cas de coupure de courant.. Physiquement, la mémoire est un ensemble de cellules à deux états électriques distincts représentés symboliquement par des 0 ou des 1. C est la représentation binaire ou digitale de l information. La mémoire vive étant la mémoire dont l utilisateur peut disposer, sa taille est donc un des paramètres importants de la machine. Chacune des informations contenue en mémoire est accessible par un numéro caractéristique appelé adresse. Périphériques tout élément matériel autre que l unité centrale est un

6 6 Utilisation des ordinateurs périphérique dont le rôle est d assurer le dialogue homme-machine (entrées /sorties) ainsi que le stockage permanent de l information. Les principales périphériques sont présentés ci-dessous. Les unités d entrée : elles assurent les échanges d informations de l extérieur vers l unité centrale. Ce sont essentiellement : le clavier, semblable à celui d une machine à écrire, le souris, les lecteurs de badges dans l industrie, les décodeurs de codes barres. Les unités de sortie Le moniteur (écran) assure l affichage des ordres donnés, des résultats sous différentes formes, tracés de courbes, tableaux (implicite). L imprimante permet de conserver une trace écrite des résultats obtenus. Les unités stockage ou mémoires secondaires. Ce sont des supports de stockage permanent de l information. Il y en a quatre types : les bandes magnétiques, les disques magnétiques, les mémoires à bulles, les disques optiques. les bandes magnétiques stockent des programmes, permettent de faire des sauvegardes ou des transferts des programmes entre ordinateurs. Les disquettes (floppy disc) sont des disques souples d une capacité de stockage limitée (de 0.15 à 1.44 Méga-octets), d un coût unitaire modique (de 3 à 10 FF), aisément transportable, surtout utilisées des micro-ordinateurs. Les disquettes ZIP d une capacité de stockage de 100 MO. Un disque dur est comparable à un disque musical et permet l accès rapide à l information (le temps d accès est de l ordre de 10 à 100 ms) alors qu une bande magnétique doit être déroulée jusqu à l endroit où se trouvent les informations cherchées (ce qui peut durer quelques minutes). Les disques magnétiques contiennent des informations dont le système a fréquemment besoin et sont accessibles en permanence. Sa capacité de stockage (150 Mégaoctets à 2 Giga-octets) et sa solidité sont nettement supérieure à celles des disquettes. Un CD ROM est un disque accessible en lecture seulement pendent que le disque CR RW peut être utilisé comme un disquette Logiciel Généralités sur les langages de programmation Un langage de programmation permet le dialogue homme-machine. Pour cela, des règles très précises doivent être respectées. La théorie des grammaires a permis la réalisation de tels outils. Nous dirons pour simplifier qu un langage de programmation est un ensemble de motsclés qui décrivent chacun une action précise. Par exemple, considérons le moyen de 2 nombres a et b. Il est naturel de procéder de la manière suivante :

7 Introduction 7 entrer dans l ordinateur le nombre a puis le nombre b, effectuer le calcul, afficher le résultat. Quatre taches ont ici été exécutées qui correspondent aux actions suivants : Enter a ; Enter b ; Donner à c la valeur (a + b)/2 ; Afficher c ; Le programmeur va utiliser, en général, un langage de programmation proche de la langue parlée, plus facile à manipuler que des bits ou des octets. Par contre, l ordinateur travaille uniquement en langage digital. Il y a deux types de langages : - les langages évolués, utilisés par majorité des programmateurs, - le langage machine, généré et exécuté par l ordinateur. Il est donc nécessaire que les ordres écrits en langage évolué soient traduits en langage machine pour être exécutés, c est le rôle des interprètes ou des compilateurs. On appelle code exécutable la traduction en langage machine du programme écrit en langage évolué. Un interprète de commandes effectue une analyse syntactique instruction par instruction. Si l ordre analysé est correct, il est exécuté. Un message d erreur signale l ordre erroné pour correction sinon. L utilisation d un interprète est pénalisante dès que le programme comporte un grand nombre d instructions. Par contre, il permet une mise au point rapide de programmes courts (par exemple BASIC). Un compilateur étudie les ordres dans leur ensemble. Les ordres erronés sont signalés s ils existent. Sinon, le compilateur effectue la traduction en langage machine générant le code exécutable, qui est stockable sur fichier évitant ainsi la recompilation à chaque exécution du programme Les différents générations de langages de programmations Les différentes utilisations de l informatique ont naturellement conduit à la conception de différents de logiciels. Le langage machine : utilisé pour des applications très spécifiques, il est propre à chaque machine. Tout programme doit être transformé en langage machine pour s exécuter. A l aube de l informatique, on programma it en langage machine. Pour éviter les difficultés inhérentes à une telle programmation (on programme en donnant des suites de 0 et de 1), les langages d assemblage ont été inventés vers On les appelle les langages de première génération.

8 8 Utilisation des ordinateurs Les langages de programmation. Ce sont les langages évolués de la deuxième génération. Apparus à partir des années 1957, ils se rapprochent des langages humains. Les plus connus sont les suivants : - FORTRAN, PL/1, PASCAL, ADA pour les applications scientifiques, - APL, - COBOL, ALGOL pour gestion, - BASIC pour l enseignement, la gestion, - C pour l écriture de systèmes d exploitation. Les langages orientés objets. Dans les années 1970 sont apparus de nouveaux langages dont la vocation est la manipulation de variables de type objet au lieu de variables de type scalaire. Ces langages de troisième génération (C++, PROLOG, ADA) sont essentiellement utilisés en Intelligence Artificielle. Les langages de quatrième génération. Les langages de quatrième génération des années 1980, appelés progiciels, sont des programmes tout faits, vendus dans le commerce. De plus en plus nombreux, ils offrent l accès à l informatique aux non-informaticiens auxquels ils permettent pour un prix modique d acquérir une grande variété de programmes : - bureautique (traitement de texte, courrier électronique), - gestion (paie, gestion de tableaux de chiffres), - systèmes gestionnaires de base de données (Oracle, Ingres, Sybase, Visual FoxPro etc), - publication assistée par ordinateur, etc 1.4. Le système d exploitation Cet ensemble de programmes gère la machine. Son rôle est essentiel. Il assure les fonctionnalités suivantes : - gestionnaire des différentes taches accomplies par la machine (par exemple l exécution d un programme), - support des différents langages de programmation, - interface entre le système informatique et l utilisateur par le langage de commandes ou interprète de commandes (Job Control Language JCL) qui permet à l utilisateur d accéder à des fonctionnalités de haut de l ordinateur. Une partie du JCL est le Système de Gestion de Fichiers (SGF) ou Disk Operating System (DOS) qui permet de décrire le caractéristiques physiques des fichiers, leurs supports (bandes ou disques magnétiques), ainsi que les opérations à effectuer (copie, destruction de fichiers.) Exemples : les systèmes d exploitation MS/DOS, UNIX, OS/2, Windows NT, l interprète de commandes SHELL du système d exploitation UNIX Le modes d utilisation des ordinateurs Il existe plusieurs modes d utilisation des systèmes d informations.

9 Introduction 9 Traitement par lot ou batch permet à l utilisateur de lancer un travail en temps différé, éventuellement à distance (remote batch). Temps partagé (time sharing) permet à chaque utilisateur de travailler de façon interactive, ce qui veut dire que chaque utilisateur peut suivre le déroulement de ses travaux par l intermédiaire de terminaux et dialoguer avec la machine, en ayant l impression d en être l unique utilisateur. Plus précisément, soient U 1, U 2,., U n les usagers du système. L ordinateur partageant ses ressources, soit T i l instant à partir duquel l usager U i dispose du CPU durant l intervalle de temps δ T. A l instant T n, l usager U n est pris charge. A l instant T n+1, U 1 est nouveau pris en charge puisque les n usagers ont été considérés. Le comportement du système est cyclique de période nδ T. Si δ T est l ordre de la milliseconde, alors les n usagers seront pris en compte en n millisecondes ce qui leur donnera l illusion de l interactivité. Tout ceci est possible car la période caractéristique d un homme est de l ordre de la seconde, alors que celle de l ordinateur est de l ordre de la nanoseconde. Télétraitement permet à un utilisateur parisien d interroger par téléphone et par satellite un ordinateur à New York (utilisation de banques de données). Multitâches (multitasking). Le traitement multitâches permet d exécuter simultanément plusieurs tâches différentes. Temps réel. Le traitement en temps réel assure le contrôle des opérations d un système avec un délai de réaction très réduit (entre une micro et une milliseconde). On peut citer l exemple du contrôle par ordinateur de la gestion des arrivées et des départs des trains dans une gare (à la gare du Nord, aux heures de pointes, il y a trois trains qui arrivent et trois trains qui partent chaque minute. Le jeu est bien sur d éviter les collisions.) 1.5. Les utilisateur de l informatique Calcul scientifique. L analyse numérique est le mariage des mathématiques appliquées et de l informatique. C est un des domaines qui demandent à l heure actuelle des ordinateurs de plus en plus puissants et rapides car il permettent la résolution de problèmes scientifiques extrêmement complexes qu il aurait été impossible de résoudre il y a dix ans. Certaines machines peuvent résoudre des systèmes linéaires de équations à inconnues, obtenus en utilisant des méthodes de résolution d équations différentielles, d équations aux dérivées partielles ou d équations intégrales (on liste non exhaustive). On sait depuis longtemps écrire les équations qui régissent les phénomènes. Par exemple, en mécanique des fluides, on sait que dans des hypothèses bien précises, les équations de Navier-Stokes modélisent l écoulement. Ces équations aux dérivées partielles de type parabolique, ou elliptique modélisent des phénomènes très

10 10 Utilisation des ordinateurs complexes. On sait les résoudre dans quelques cas triviaux mais il n existe aujourd hui aucune méthode permettant de connaître la solution exacte dans le cas général. L ordinateur permet, par des méthodes appropriées (élément finis, différences finies,.,) de connaître une approximation de la solution aussi précise que l on veut, à condition d avoir la machine adéquate : c est une question de temps de calcul. Pour fixer les idées, considérons le problème d école suivant : on désire résoudre, dans le cube unité Ω le problème de Dirichlet : u = f dans Ω u = u sur Ω Les fonctions f et u 0 sont données et supposées suffisamment régulières. Une précision de 10 points par coté conduit à la résolution d un système linéaire de 1000 équations à 1000 inconnues. Augmentons le nombre de points à 100 par coté. Il faut alors résoudre un système d un million d équations à un million d inconnues. dans le premier cas, un bon micro-ordinateur suffit. Dans le deuxième cas, il faut un super-calculateur. On peut de cette simuler le comportement d une aile complète d un avion sans faire de maquette à condition d avoir la machine appropriée Informatique de gestion La gestion moderne des petites et moyennes entreprises est impensable sans ordinateur (facturation, gestion de stocks, programmes d aide à la décision), et que dire des banques qui aujourd hui permettent à chacun de leurs clients, par l intermédiaire des cartes magnétiques, de connaître instantanément l état de son compte bancaire. Contrôle de processus résout des problèmes de surveillance et de contrôle dans de multiples domaines : conduite d unités industrielles, contrôle du fonctionnement d une centrale nucléaire, des aiguillages d une grande gare de chemins de fer, surveillance automatique de grands malades. Infocentre. Les systèmes interrogation-réponse et l accès aux bases de données comme ceux utilisés pour la réservation des places sur les grandes lignes aériennes. Téléinformatique est le mariage des technologies de l informatique et des télécommunications. L idée d utiliser les outils des télécommunications pour véhiculer les informations digitales. On peut alors utiliser son téléphone et son minitel pour connecter sur un ordinateur serveur. Une des conséquences de l utilisation des réseaux télématiques est la normalisation des équipements informatique et téléinformatique. On exige aujourd hui de pouvoir connecter ensemble des machines différentes, de manière à pouvoir échanger des informations entre des ordinateurs construit par différents constructeurs.

11 Introduction 11 Robotique permet le pilotage automatique d autres machines. L industrie automobile utilise de plus en plus des ateliers flexibles où l homme n a plus qu un rôle de surveillance. C est le mariage de la mécanique et de l informatique. Bureautique est l utilisation de l ordinateur pour des traveaux classiques de secrétariat (frappe de documents, archivage, diffusion ). Le micro-ordinateur permet, grâce aux nombreux progiciels disponibles, d assurer toutes ces fonctions. Conception assistée par ordinateur (CAO) permet à l ingénieur ou à l architecte de concevoir et de visualiser des pièces mécaniques, des bâtiments Monétique et transactionnel permet le règlement d achat par des cartes contenant un microprocesseur (carte CP8 de BULL). Celui-ci pourra gérer les transaction en contrôlant le code secret, la solvabilité de l acheteur. Autres applications. Il existe de nombreuses autre applications de l informatique. On peut citer entre autres : - le dessin assisté par ordinateur (DAO), - l enseignement assisté par ordinateur (EAO), - la fabrication assisté par ordinateur (FAO), - la gestion de production assisté par ordinateur (GPAO), - le traitement d images, très utilisé pour l étude de la terre, les examens médicaux, la prévision météorologique, la reconnaissance des formes Méthodes classiques et intelligence artificielle Les méthodes utilisées dans les applications ci-dessus sont déterministes : l algorithme de calcul à une complexité (nombre d opérations élémentaires) déterminée à priori ce qui permet d évaluer le temps de calcul d un problème donné. Toutefois, l ordinateur ne peut pas résoudre tous les problèmes de cette manière. Les meilleurs exemples sont tirés de la théorie des jeux. Le joueur d échec ne peut pas explorer toutes les possibilités à l avance car elles sont trop nombreuses (explosion combinatoire). Plusieurs siècle seraient aujourd hui nécessaires aux ordinateurs les plus puissants pour les envisager toutes. L intelligence artificielle est basée sur des méthodes probabilistes et logiques. Des règles permettant de faire des déductions logiques à partir de faits sont fournies par l utilisateur. Le but à atteindre peut être connu ou inconnu. Le moteur d inférences est le programme gérant les règles et les faits. Il déclenche les règles soit en faisant des déductions à partir de faits connus (chainage avant), soit à partir du but vers les faits qui permettront de l atteindre (chainage arrière).

12 12 Utilisation des ordinateurs Bibliographie Jacque Philippe : Initialisation à la microinformatique, Press de l ENPC, Jacque Philippe : Initialisation à l informatique et aux systèmes ouverts, Press de l ENPC, M-C. Gaudel, M. Soria et Ch. Friodevaux : Analyse d Algorithmes. Définitions des Types des données, Ed INRIA

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