INTRODUCTION à L INFORMATIQUE

CONSEILS INTRODUCTION à L INFORMATIQUE CONCEPTS GENERAUX S1 CYCLE PREPARATOIRE C. CLAPIER clapier@aol.com Installer un environnement de travail CodeBlocks ou autre sur votre machine, Relire votre cours avant les séances de TD et de TP, Préparer vos TD et TP et au minimum lire l énoncé à l avance; Être efficace durant les séances de TD/TP, Prendre des notes lors des explications en TD et en TP, Refaire les exercices ou vous avez eu des difficultés, N hésitez pas a demander de l aide aux enseignants de cours ou de TD ou de TP. Travailler régulièrement. 10/09/2012 C. CLAPIER 2 OBJECTIFS du COURS Déroulement du module : 6 séances de cours (10h) Christian CLAPIER clapier@aol.com 5 séances de TD (5*2h = 10h) 8 séances de TP (8 * 3h15 = 26h) Un examen sur machine et un examen écrit Évaluation du module : Comptes-rendus et interrogations écrites 15% Examen machine 35% Examen écrit 50% Intervenants TD et TP : G1 ou G2 : Adrien Rémy et Frédéric VOISIN G1 ou G2 : Yassine MRABET et Frédéric VOISIN G3 : Sarah FDILIALAOUI G4 : Christian CLAPIER Les principaux objectifs du cours sont : Expliquer comment on passe d un problème humain à sa réalisation informatique Donner une compétence de base en modélisation de solutions à des problèmes (Algorithmique) et en réalisation informatique (Programmation en langage C) Préparer aux enseignements en informatique du réseau Polytech 10/09/2012 C. CLAPIER 3 10/09/2012 C. CLAPIER 4

BUT DE L INFORMATIQUE L informatique permet l automatisation du traitement de l information par un ordinateur. L informatique est présente dans quasiment tous les domaines. L informatique permet de traiter des données, ce traitement est défini par un programme écrit dans un langage plus ou moins évolué et auquel un utilisateur peut fournir des paramètres. Les données traitées peuvent être des nombres, des fichiers textes, des fichiers de données, du son, des images, des vidéos, des signaux électronique après transformation en numérique,. 10/09/2012 C. CLAPIER 5 clusters de machines Super-ordinateur (supercomputer) Ordinateur central (mainframe) 10/09/2012 Familles d ORDINATEURS Ordinateur de bureau (workstation) C. CLAPIER Téléphone portable Ordinateur portable (notebook) Ordinateur de poche (pocket computer) Tablette Assistant personnel (PDA) 6 CARTE MERE d UN PC CARTE MERE d UN PC C est une carte électronique qui possède une multitude de connecteurs différents : socket pour processeur, slot pour la RAM, prise ATA ou SATA pour disque dur et lecteurs CD/DVD, prise USB, audio, FireWire... Ces connecteurs sont plus ou moins nombreux et exploitent des technologies plus ou moins avancées selon le modèle et le segment de gamme de la carte mère. Carte vidéo Carte d extension (Bus PCI) Microprocesseur Barrette mémoire vive Au montage d un ordinateur on fixe la carte mère en premier puis on connecte sur elle tous les éléments électroniques : processeur, mémoire, carte graphique, carte d extension PCI, mais aussi les disques durs, lecteur de CD/DVD, clavier, souris, enceinte... Disque dur jusqu à qq Téra octets Graveur de DVD 10/09/2012 C. CLAPIER 8

Périphériques externes interface USB-Bluetooth Carte Usb et Firewire 10/09/2012 C. CLAPIER 9 L'informatique informatique, contraction d'informa information et automatique matique,, est la science du traitement de l'information. Apparue au milieu du 20ème siècle, elle a connu une évolution extrêmement rapide. A sa motivation initiale qui était de faciliter et d'accélérer le calcul, se sont ajoutées de nombreuses fonctionnalités, comme l'automatisation, le contrôle et la commande de processus, la communication ou le partage de l'information. Un système informatique s appuie s sur deux modes de réalisation distincts, le matériel et le logiciel : Le matériel (hardware) correspond à l aspect concret du système : unité centrale, mémoire, m moire, organes d entrd entrées-sorties, sorties, etc. Le logiciel (software) correspond à un ensemble d instructions, appelé programme, qui sont contenues dans les différentes mémoires m moires du système et qui définissent d les actions effectuées es par le matériel. 10/09/2012 C. CLAPIER 11 Architecture de von Neumann Unité de de Contrôle MEMOIRE Unité Arithmétique et et Logique UAL UAL ENTREES/SORTIES L architecture dite «architecture de Von Neumann» est un modèle pour un ordinateur qui utilise une structure de stockage unique pour conserver à la fois les instructions et les données requises ou générées g par le calcul. De telles machines sont aussi connues sous le nom d ordinateurs à programme stocké en mémoire. m moire. 10/09/2012 C. CLAPIER 12

L unité d information élémentaire : le BIT Les informations traitées par un ordinateur peuvent être de différents types (caractères, texte, nombres entiers signés ou non, nombres flottants, tableaux, structures, etc.) mais elles sont toujours représentées et manipulées par l ordinateur sous forme binaire. Toute information sera traitée comme une suite de 0 et de 1. L unité d information est le chiffre binaire (0 ou 1), que l on appelle bit (pour binary digit, chiffre binaire). 10/09/2012 C. CLAPIER 13 Représentation des nombres Dans une Base B quelconque B > 1: Les nombres 0,1, 2,, B-1 sont appelés chiffres N = D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 en base B N = D 7 *B 7 + D 6 *B 6 + D 5 *B 5 + D 4 *B 4 + D 3 *B 3 + D 2 *B 2 + D 1 *B 1 + D 0 *B 0 Exemple: N = (1789) 10 N = 1*10 3 + 7*10 2 + 8*10 1 + 9*10 0 10/09/2012 C. CLAPIER 14 BINAIRE - 2 chiffres 0 et 1 N = (D 7 D 6 D 5 D 4 D 3 D 2 D 1 D 0 ) 2 N = D7 * 2 7 + D6 * 2 6 + D5 * 2 5 + D4 * 2 4 + D3 * 2 3 + D2 * 2 2 + D1 * 2 1 + D0 * 2 0 01000100 (2) = 0*2 7 +1*2 6 +0*2 5 +0*2 4 +0*2 3 +1*2 2 +0*2 1 +0*2 0 = (68) 10 N = 130 base 10 = 1000 0010 B sur 8 bits ou N = 0000 0000 1000 0010 B sur 16 bits.(des 0 devant) 10/09/2012 C. CLAPIER 15 2 16 65536 2 4 16 2 15 32768 2 3 8 2 14 16384 2 2 4 2 13 8192 2 1 2 2 12 4096 2 0 1 2 11 2048 2-1 0.5 2 10 1024 2-2 0.25 2 9 512 2-3 0.125 2 8 256 2-5 0.0625 2 7 128 2-6 0.03125 2 6 64 2-7 0.015625 2 5 32 2-8 0.0078125 BINAIRE - 2 chiffres 0 et 1 2 40 2 30 2 20 2 16 2 10 256 10/09/2012 C. CLAPIER 16 2 8 1 099 511 627 776 1 Téra 1 073 741 824 1 Giga 1 048 576 1 Méga 65536 = 64 Ko 1024 1 Kilo

L HEXADECIMAL ou base 16 16 chiffres : Codage sur 4 bits des 16 chiffres 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E et F HEXA 0 1 2 3 4 5 6 7 Binaire 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 Base 10 0 1 2 3 4 5 6 7 HEXA 8 9 A B C D E F Binaire 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 Base 10 8 9 10 11 12 13 14 15 10/09/2012 C. CLAPIER 17 LE(S) CODE(S) ASCII American Standard Code for Information Interchange +20H CODE ASCII EN HEXA CODE ASCII EN HEXA 00... 30h 31h.39h 3Ah.40h 41h...46h 47h 5Ah..61h...7Ah...7Fh 00... 30h 31h.39h 3Ah.40h 41h...46h 47h 5Ah..61h...7Ah...7Fh. 0 1 9.@ A.. F G... Z... a... z... CARACTERE Majuscule + 30H 30h + 37H Minuscule 07H : Bel sous Unix retour chariot saut de 0AH : LF ligne un octet 0AH 0DH : CR sous Windows retour chariot 20H : Espace saut de ligne 2 octets 0AH et 0DH. PB des contrôles M (^M) code ASCII de M = 4Dh 40H (CTRL) = 0Dh = CR 10/09/2012 C. CLAPIER 18 CODE ASCII CODE ASCII étendu 10/09/2012 C. CLAPIER 19 10/09/2012 C. CLAPIER 20

Les nombres ENTIERS non signés Représentés par leur équivalent binaire En base B, k chiffres permettent de représenter un nombre N tel que : 0 N B k -1 8 bits (2 8-1) 16 bits (2 16-1) 32 bits (2 32-1) 64 bits (2 64-1) De 0 à 255 base 10 De 0 à 65 535 base 10 De 0 à 4 294 967 295 base 10 De 0 à 18 446 744 073 709 551 615 base 10 18 mille 446 billards et des briquettes billard billion milliard million Base 2 10/09/2012 C. CLAPIER 21 Les nombres ENTIERS non signés HEXADECIMAL sur sur 8 bits bits 00H 00H 01H 01H.... FDH FEH FEH FFH FFH 0 1 253 254 255 BASE 10 HEXADECIMAL sur sur 16 16 bits bits 0000H 0001H.. FFFDH FFFEH FFFFH 0 1 65533 65534 65535 BASE 10 10/09/2012 C. CLAPIER 22 ENTIERS signés en Cpl à 2 COMPLEMENT à 1 (complément restreint) et COMPLEMENT à 2 (complément vrai) Le complément à 1 s obtient en inversant les 1 en 0 et les 0 en 1 Le complément à 2 s obtient en ajoutant 1 au complément à 1 Exemple 73 = 49 H = 0100 1001 B Complément à 1 (73) : 1011 0110 B (73 = 49 H) Complément à 2 (73) : 1011 0111 B (-73 = - 49 H) -73 en Cpl à 2 10/09/2012 C. CLAPIER 23 ENTIERS signés en Cpl à 2 NOMBRES SIGNES SUR 8 BITS en complément à 2 - + HEXADECIMAL 80H 81H... FE FF 00 01 02... 7EH 7FH -128-127 -02-01 00 01 02 126 127 BASE 10 NOMBRES SIGNES SUR 16 BITS en complément à 2 HEXADECIMAL - + 8000H 8001H.. FFFE FFFF 0000 0001... 7FFEH 7FFFH -32768-32767 -0002-0001 0000 0001 32666 32767 BASE 10 10/09/2012 C. CLAPIER 24

Les réels sont codés au format IEEE Simple précision Précision : 24 bits Double précision Précision : 53 bits Précision étendue Précision : 64 bits LES REELS exposant 31 0 1 8 23 bits signe MANTISSE exposant 63 0 1 11 52 bits signe MANTISSE exposant 79 0 1 15 64 bits signe 10/09/2012 C. CLAPIER 25 Pb de représentation Attention sur un certain nombre de bits 8, 16, 32 ou 64 on ne peut représenter qu un nombre fini d entiers signés ou non. Bien sûr plus le nombre de bits est grand plus la valeurs des entiers que l on peut représenter est grande. Si l on défini un entier 16 bits et que l on initialise sa valeur à 0 et qu on lui ajoute plus de 100 000 fois la valeur 1 que se passe t-il? La valeur va augmenter de 0, 1, 2, 3,, 65534, 65535 et normalement 65536. Or ce nombre dépasse les nombres représentables sur 16 bits et sa valeur revient à 0 10/09/2012 C. CLAPIER 26 Pb de représentation Attention sur un certain nombre de bits 32, 64 ou 80 on ne peut représenter qu un nombre fini de réels. Or il y a une infinités de réels. Donc sur un nombre de bits donnés on ne peut représenter qu un nombre fini de réels. Par exemple on ne pourra jamais coder de façon exacte le réel 1.1 au format IEEE. 1,09999990463256. 10/09/2012 1.1000000238418579 1.1 1.1000001430511475 1.100000262260437 Réels sur 32 bits Mantisse 23 bits 2-23 = 0,000000119209289550781 C. CLAPIER 27 Résumé Les entiers non signés sont codés en binaire Les entiers signés sont codés au format complément à 2 Les réels au format IEEE (1 bit de signe, X bits exposant et Y bits mantisse) Les caractères au format ASCII Caractère ' A' 0100 0001 sur 8 bits, Entier 18 sur 16 bits 0000 0001 0000 0010 Entier -18 sur 16 bits 1111 1110 1111 1110 Entier 18 sur 32 bits 0000 0000 0000 0000 0000 0001 0000 0010 Entier -18 sur 32 bits 1111 1111 1111 1111 1111 1110 1111 1110 Réel -18. sur 32 bits 0100 0001 1001 0000 0000 0000 0000 0000 Donc une suite de 8, 16, 32, 64 bits peut représenter des choses différentes => l ordinateur doit savoir le type (Donc le codage ) manipulé. 10/09/2012 C. CLAPIER 28

MEMOIRE Data Type WORD INTEGER SHORT INTEGER LONG INTEGER SHORT REAL LONG REAL TEMPORARY REAL bit s 16 32 64 32 64 80 Significant Digits (Decimal) 4-5 9 18 6-7 15-16 19-20 Approximate Range (Décimal) -32768 <= x <= +32767-2x10 9 <= x <= +2x10 9-9x10 18 <= x <= +9x10 18 +1.18x10-38 <= x <= +3.40x10 38 +2.23x10-308 <= x <= +1.79x10 308 +3.37x10-4932 <= x <= 1.18x10 4932 Architecture d un ORDINATEUR Unité de de Contrôle Unité Arithmétique et et Logique UAL UAL L Unité Arithmétique tique et Logique (UAL)) ou Arithmetic and Logic Unit (ALU)) : c est c elle qui effectue les opération élémentaires sur les données. Ces opérations sont de 2 types : arithmétique tique ou logiques. Les opérations arithmétiques tiques portent sur des entiers. Les opérations arithmétiques tiques sur les réel r sont fait dans la FPU(Floating Floating Point Unit). L Unité de contrôle ou séquenceurs : gère g le fonctionnement de la machine et est responsable de l exl exécution des instructions composant un programme - Contrôle le transfert des données (lecture et écriture en mémoire) - Décode les instructions - Transmet les instruction à l'ual - Décode les ordres venant de l'extérieur (Input/0utput) La mémoire m moire : elle peut être vue comme une suite de cases pouvant contenir soit des données soit du code (instructions) 10/09/2012 C. CLAPIER 29 10/09/2012 C. CLAPIER 30 L Unité Arithmétique tique et Logique L Unité Arithmétique tique et Logique (UAL)) ou Arithmetic and Logic Unit (ALU( ALU) ) : Exécute les instructions : Arithmétiques (+ - x / mod comparaison) Logiques (ET - OU NON test) Travaille sur les registres de données et les indicateurs. Les indicateurs permettent de savoir après l exécution d une instruction si le résultat est nul ou non, s il est positif ou non, si un nombre est plus grand qu un autre etc Langage Machine : Liste des instructions que l'uc (Unité Centrale) est capable de comprendre Langage symbolique spécifique (Assembleur) 10/09/2012 C. CLAPIER 31 LA MEMOIRE La mémoire m moire permet de stocker : Exemple d un fichier texte : En mémoire c'est un suite d'octets qui représentent de façon codée des caractères et sont interprétés comme une suite de caractères 1 octet = 1 caractère (à afficher, à imprimer...) Codage ASCII 'A' = 65 ASCII: American Standard Communication Information Interchange Programme : Il réalise un algorithme et en mémoire c'est une suite de mots machine (suite d'octets) qui correctement interprété (décodés) par l unité de contrôle représentent une suite de commandes (instructions) Données : Fournies par utilisateur Utilisées par programmes 10/09/2012 C. CLAPIER 32

LA MEMOIRE CENTRALE Elle contient le programme et les données au moment de l'exécution. Mémoire Vive (RAM dynamique) Rapide, volatile (l information est perdue si non alimentée) Capacité moyennement limitée (quelques giga Octets) Modifiable par le processeur (lecture et écriture) Les mémoire RAM statiques servent à réaliser les mémoires cache. 10/09/2012 C. CLAPIER 33 LA MEMOIRE CACHE Pour accélérer l écriture et la lecture des données en mémoire on utilise des mémoire cache qui servent à cacher une partie de la mémoire centrale. Les mémoire cache ont un temps d accès bien plus rapide (1ns environ) que la mémoire centrale de l ordinateur (60 ns environ). Elles contiennent les dernières instructions effectuées et les dernières données utilisées. Et comme dans un programme il y a beaucoup de boucles, qu un programme utilise souvent les dernières données utilisées les mémoires caches permettent de gagner énormément en performance. 10/09/2012 C. CLAPIER 34 LA MEMOIRE CACHE LES MEMOIRE MORTES PROCESSEUR HAUT BAS DEBIT DEBIT MEMOIRE CACHE RAM statique CONTROLEUR DE CACHE MEMOIRE MEMOIRE PRINCIPALE PRINCIPALE RAM Dynamique Dynamique Mémoire Morte (ROM) Programmes figés (lancement) L information n est pas perdue quand elles ne sont plus alimentées Préprogrammée au cours de la fabrication par le fondeur EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) : mémoire à lecture seule, programmable et effaçable (par UV) EEPROM (Electrically Programmable Read Only Memory) : mémoire à lecture seule programmable et effaçable électriquement. 10/09/2012 C. CLAPIER 35 10/09/2012 C. CLAPIER 36

LES MEMOIRE et les E/S Mémoire secondaire : Mémoires vives : Disques durs, clé USB, disquettes (en voie de disparition) Mémoires mortes : CD-ROM DVD-ROM Entrées : Clavier, Souris, Reconnaissance vocale, Scanner, Capteurs (stylet,doigts, automates ) Sorties : Clavier Écrans (Vidéo, Cristaux liquides...), Imprimante 10/09/2012 C. CLAPIER 37 Système d exploitationd Structure d accueil composée de plusieurs couches de logiciel, chargée de fournir à l utilisateur un ensemble de logiciels de base destiné à habiller le matériel nu et à prendre en compte l ensemble des ressources du système. Il doit optimiser les ressources matérielles de la machine et minimiser les temps morts (traitement des E/S). Il gère le partage des ressources (toutes, les ressources actives et ressources passives). Ensemble des fonctions de base (mais parfois pouvant être très avancées) permettant l'usage d'un ordinateur et sans lequel rien n'est possible. Exemples : Unix, MS-DOS, Linux, OS/2, MacOS, Windows XT, Windows 2000, Windows Vista, Windows 7, Windows CE, Windows mobile, Android. 10/09/2012 C. CLAPIER 38 Système d exploitationd Fonctions : Gestion des ressources actives de l'ordinateur (processeurs qui exécutent les programmes) Gestion de la mémoire m moire (MMU) Gestion des périphp riphériques riques (Entrées/sorties) Gestion des fichiers Protection et gestion des erreurs Accès s sécuriss curisé aux données Gestion de l IHMl (Interface Homme/Machine) IHM Il existe 2 modes d interface Homme/Machine : 1. Mode texte (consoles dans lesquelles on entre des commandes. Exemple : shells Unix, fenêtre DOS) 10/09/2012 C. CLAPIER 39 10/09/2012 C. CLAPIER 40

Production de logiciel Pour produire un logiciel on a besoin d écrire le programme dans un langage donné, puis de le compiler de faire une édition de lien et de l exécuter et parfois de le mettre au point. Pour cela on doit créer a l aide d un Éditeur de texte le programme dans un langage donné (Assembleur, langage C, C++, ADA, JAVA, C#...) Exemple : Notepad++ ou autre. Production de logiciel Ensuite on doit transformer en langage machine ce fichier source pour qu il puisse être compris par la machine ou il sera exécuté. C est le rôle du compilateur. On doit créer un exécutable en faisant l édition de lien (ou link) des différents modules et en utilisant des modules déjà écrits et qui ont été mis en bibliothèque On peut pour mettre au point un programme utiliser un Debugger Mais on peut utiliser un IDE (Environnement de Développement Intégré) qui regroupe tous ces programmes. En TP on utilisera CodeBlock sous unix. 10/09/2012 C. CLAPIER 41 10/09/2012 C. CLAPIER 42 IHM de CodeBlocks sous Windows Programmation en C Fichiers Fichiers sources sources *.C *.C Compilateur Compilateur C Fichier Fichier objet objet *.obj *.objou ou *.o *.o Editeur Editeurde de liens liens Fichier Fichier exécutable exécutable *.exe *.exeou ou a.out a.out Compilateur Compilateur C Fichier Fichier objet objet *.obj *.objou ou *.o *.o Fichiers Fichiers librairie librairie 10/09/2012 C. CLAPIER 43 OUTIL OUTIL DE DE MISE MISE AU AU POINT POINT DEBUGGEUR DEBUGGEUR 10/09/2012 C. CLAPIER 44

Différents niveaux de programmation Adresse mémoire Langage Assembleur (spécifique à un processeur) Langage Machine (spécifique à un Langage de programmation de haut niveau ex: Langage C 10/09/2012 C. CLAPIER processeur) 45 Merci de votre attention. Si vous avez des questions?