Introduction à l Informatique

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1 Introduction à l Informatique. Généralités : Etymologiquement, le mot informatique veut dire «traitement d information». Ceci signifie que l ordinateur n est capable de fonctionner que s il y a apport d information par l utilisateur. données résultats Traitement L utilisateur fournit des données à l ordinateur (entrées=input), qui traite ses informations, puis renvois les résultats à l utilisateur (sorties=output). L informatique, et l ordinateur en particulier, a changé la vision de l homme de la machine. En effet, au départ, les machines avaient toutes un fonctionnement figé et étaient conçues pour des tâches bien particulières, n assurant qu une seule fonction (exemples : machine à calculer, machine à tisser, etc.). Pour chaque nouvelle fonctionnalité, il fallait mettre au point une nouvelle machine. données machine résultats Avec l informatique, la machine utilisée (ordinateur) nécessite l utilisation d un programme ou logiciel. Un ordinateur sans logiciel est inutile. En revanche, il est possible d utiliser plusieurs logiciels très différents avec le même ordinateur. Ceci rend cette machine très intéressante économiquement parlant. Car, dès lors, il devient inutile de reconstruire la machine pour effectuer une nouvelle tâche. Il suffit de créer «développer» le logiciel correspondant tout en conservant la même machine (le même ordinateur). Avec l informatique, il est donc devenu possible de modifier le fonctionnement de la machine sans la reconstruire.

2 données Machine + logiciels résultats Le but de l informatique est donc de faire accomplir par l ordinateur ce que fait l homme avec des gains en : - Rapidité - Précision - Efficacité Définitions : Programme : Le programme est une suite d instructions données à l ordinateur pour résoudre un problème donné. Le langage machine : Le langage machine est un ensemble de règles et de symboles utilisés pour écrire des instructions sous une forme acceptée directement par machine. Celles-ci sont écrites en code binaire. Le langage évolué : Contrairement au langage machine, le langage évolué ne dépend pas de la machine. C est un langage de programmation synthétique aussi proche que possible du langage courant (exemples : pascal, fortran, c++, visual basic,..etc.) Le compilateur : Le compilateur est un programme très complexe dont la fonction est de traduire les programmes écrits en langage évolué en langage machine pour être exécutés.. Représentation des nombres : Lorsque l on travaille avec des ordinateurs, il est parfois plus pratique d utiliser d autres systèmes de numération que le décimal (la base b=), les plus importants sont le binaire b=, l octal b=8 et l hexadécimal b=6. Dans une base b quelconque, tout nombre s écrit sous la forme unique suivante :

3 Avec la condition d b i n p d b d d d d, d d i i n n p b Tous les nombres exprimés en décimal sont construits à partir des chiffres allant de à 9. Alors qu en binaire, on exprime avec seulement deux chiffres et. En octal et en hexadécimal nombres sont respectivement représentés par 8 et 6 chiffres. Sur le tableau ci dessous, on a représenté les nombres décimaux de à 5 dans les bases, 8 et 6. Décimal Binaire Octal Hexadécimal A 3 B 4 C 3 5 D 4 6 E 5 7 F 6 Conversion d une base à une autre : Pour passer de la base à une autre base quelconque b, la méthode généralement utilisée, et qui ne fonctionne qu avec les entiers, consiste à diviser le nombre par b, le reste est écrit directement sous le nombre, alors que le quotient est écrit à côté du reste. Le processus s arrête quand on trouve un quotient nul. La lecture du nombre se fait de bas en haut. Considérons l exemple du nombre 45. 3

4 45 73 C Architecture de l ordinateur: Architecture des ordinateurs Un ordinateur est composé d'un (ou plusieurs) processeur(s), de mémoires et d'interfaces (contrôleurs d'entrées-sorties). Dans l'ordinateur, le processeur accède aux mémoires et périphériques par des bus. En voici le bloc diagramme de principe, avec les trois bus de données, d'adresses et de contrôle : 4

5 .3. Les mémoires Terminologies : - Le Bit est la plus petite unité d information envisageable. Le Bit vaut ou en numérotation binaire. - L octet est une information composée de 8 bits.. Définition de la mémoire : La mémoire est la partie de l ordinateur dans laquelle programmes et données sont rangés. C est l espace de travail où s acheminent les programmes et les données. Son rôle consiste à stocker les informations pendant l exécution des programmes en même temps c est le support de lecture et d écriture du microprocesseur.. Structure de la mémoire : La mémoire peut être considérée comme un ensemble contigu de lignes. Chaque ligne est porteuse d une information élémentaire (instruction ou données). a) Mot mémoire : La ligne est appelée mot mémoire sa taille est égale octet, ou 4 octet. b) Les adresses (@) mémoire : Pour référencer les mots dans la mémoire, le microprocesseur utilise une adresse. référence d une manière unique un seul mot. c) Les Bus : Le bus est un ensemble de fils chaque fils véhicule une valeur d un bit. Il y a deux types de bus : bus de données et bus d adresses. - Le bus de données transporte les mots mémoire lus ou écrits sur la mémoire. - Le bus d adresses transporte les adresses des mots mémoire. Mot mémoire Bus des adresses Bus des données 5

6 On peut effectuer deux types d opérations sur la mémoire : 3. Opérations sur la mémoire : - Lecture d un mot mémoire : Le microprocesseur envoie l adresse du mot mémoire qu il veut récupérer à travers le bus d adresse puis récupère le mot en question sur le bus de données - Ecriture d un mot mémoire : Le microprocesseur envoie l adresse du mot mémoire dans lequel il veut écrire puis envoie le mot mémoire sur le bus de données..3. L unité centrale de traitement (UCT ou CPU) L unité centrale (UCT) est le «cerveau» de l ordinateur. Son rôle est d exécuter les programmes stockés en mémoire centrale en les chargeant, en les décodant et en les exécutant l un après l autre. La représentation la plus simple (non la plus simpliste) d une UCT et donnée par la figure ci-dessous. L UCT est composée de : Unité arithmétique et logique Compteur ordinal CO Registre d instructions RI Bus des adresses Bus des données La mémoire centrale Unité de commande Registre Généraux a) Unité logique et arithmétique : elle est chargée d effectuer les opérations de types arithmétique et logique. b) Les registres généraux : ce sont des zones mémoire à un seul mot mémoire. Ils sont utilisés pour sauvegarder des informations afin d effectuer les traitements locaux à l UCT. L Unité Centrale de Traitement CPU 6

7 c) Le compteur ordinal CO : c est un registre qui contient l adresse de l instruction suivante à exécuter. d) Registre des instructions RI : c est un registre qui contient l instruction, elle même, à exécuter. e) Unité de contrôle ou de commande: elle est chargée d ordonner toutes les opérations nécessaires pour exécuter une instruction. Exemple : c est l unité de commande qui ordonne à l UAL de faire une addition ou une multiplication s il y a lieu. C est aussi elle qui ordonne l incrémentation du CO. L exécution d une instruction par l UCT passe par les étapes suivantes :. Chargement de la instruction à exécuter depuis la mémoire jusque dans le registre des instructions RI,. décodage de l instruction que l on vient de charger, 3. chargement des données, si nécessaire, dans les registre 4. exécution de l instruction, 5. stockage des résultats à leur destination respective, 6. modification du compteur ordinal pour qu il pointe sur l instruction suivante, 7. retour à l étape pour exécuter l instruction suivante..4 Enoncés des exercices : Exercice : Déterminer les coefficients du développement () dans la base des nombres suivants : 45.3, 6.5,.5 Exercice : représentez les nombres écrits dans la base (binaire) dans la base (décimal)..,.,.,, Exercice3 : On souhaite maintenant faire la conversion décimal binaire. Pour ce faire, on utilise les divisions euclidiennes successives des quotients successifs. Donnez les représentations en binaire des nombres suivants : (45), (67), (85) Exercice 4: 7

8 ) Représenter le chiffre 9 en binaire? par combien de bits est-il représenté? ) Combien de chiffres peut-on représenter avec 4 bits? 3) En utilisant la question ), réécrire le chiffre 99 en remplaçant la valeur de 9 en binaire (tels certains ordinateurs fonctionnant en décimal)? Quel est le nombre de chiffres représentables par cette méthode? 4) Avec le nombre de bits (question précédente), combien de chiffres peut-on représenter? 5) D après les questions précédentes, que peut-on dire de la représentation binaire en informatique? Exercice 5 : Soit une mémoire de 96 bits. Quel est le nombre de bits de l adresse dans les différentes organisations de la mémoire respectivement à 8 bits, à bits et 6 bits. Exercice 6 : / Représenter les 6 premiers entiers naturels dans les bases, 8 et 6. / Effectuez les passages suivants : () ( ) 8, (B5E) 6 ( ) ( ) 8 (37) 8 ( ) ( ) 6, (37) 8 ( ) ( ) 6 (65) 6 ( ) ( ) 8, (65) 6 ( ) ( ) 8 Exercice 7 : ) Les chiffres ci-dessous sont données dans la base hexadécimale (6), écrivez-les dans les bases, 8,? (3D) 6 (48) 6 ) Justifiez vos résultats en commençant par la représentation en binaire de ces nombres. 3) Faites les conversions du décimal en binaire des nombres suivants :.6565,.4375,.65 Exercice 8 : On dispose d une mémoire de 6 mots d un octet : ) Faire un schéma de cette mémoire. ) Avec combien de bits doit-on adresser ces 6 mots. 8

9 3) De combien de bits se compose les bus d adresses et de données. Exercice 9 : Soit une mémoire de 56 mots de 4 octets, son bus d adresses et sur 8 bits. ) Son bus de données est sur combien de bits. ) Calculez la capacité de cette mémoire en octets. 3) Peut-on lire seulement octets? 4) Si on veut lire 4 octets, combien d opérations de lecture va-t-on effectuer. 5) Si on veut écrire octets combien d opérations d écriture doit-on effectuer. Si avec cette mémoire on veut construire une mémoire avec des mots de 8 octets. Quelles sont les modifications doit-on effectuer sur les bus de données est d adresses..5 Corrigés des exercices 5, 8, 9: Exercice 5 : - Cas 8 bits : On doit adresser 96/8 mots soit mots. Les mots sont adressés avec au minimum 4 bits. (Et comme avec 4 bits on peut adresser 6 mots, on perd donc 4 adresses.) - Cas bits : On doit adresser 96/ mots soit 8 mots (8= 3 ), les8 mots sont adressés avec au minimum 3 bits. - Cas 6 bits : On doit adresser 96/6 mots soit 6 mots. Les 6 mots sont adressés avec au minimum 3 bits. Exercice 8 :. voir figure. octet. On a 6= 4 donc il faut 4 bits pour balayer les 6 mots de à Le bus d adresses : 6 mots D après la question précédente le bus d adresses est de 4 bits. - Le bus de données : Le nombre de fils qu il faut (chaque fil transporte une information de bit) pour transporter octet Figure est de 8 fils donc le bus de données est de 8 bits. 9

10 Exercice 9 :. La capacité de cette mémoire est de 56x4=4 octets ( ko).. Il faut transporter mot de 4 octets soit 4x8=3 bits. 3. Non on peut pas lire. Car le mot est indivisible. 4. Une opération de lecture se compose des deux étapes suivantes : - Donner l adresse du mot qu on veut lire (par le bus d adresse) - Charger le mot en question par le bus de données. Pour lire 4 octets soit mots il faut donc opérations de lecture. 5. Une opération d écriture se compose des deux étapes suivantes : - Donner de la case mémoire sur laquelle on veut écrire (par le bus d adresse) - Charger le mot dans la case en question par le bus de données. Pour écrire les octets soit 5 mots il faut donc 5 opérations d écriture. 6. La capacité de la mémoire reste la même. Au contre, on aura une autre répartition des octets disponibles. On va avoir une mémoire de (4/8=8) mots soit 7 mots de 8 octets : On a alors les résultats suivants : - Le bus est de 7 bits - Le bus des données est de 8x8=64 bits.