Codage de l'information

INF Z10 - Cours Théorique n 3 Codage de l'information POURQUOI CODER? La communication nécessite la compréhension entre les deux entités communicantes. L'émetteur envoie de l'information au récepteur qui doit savoir l'interpréter pour la comprendre. Ainsi, le codage de l'information est la première étape de toute communication. COMMENT CODER? L'être humain mit en place des langages et créa l'écrit. Au début, l'écrit consistait essentiellement dans des dessins puis vint un alphabet plus simple à utiliser qui offrait de multiples combinaisons pour une plus grande richesse de l'expression. En réalité, les caractères de l'écrit ne sont que des symboles interprétables. L'écrit se développa et la communication par la voie écrite fut institutionnalisé en France par la création de la poste royale en 1464 par Louis XI. L'invention du télégraphe électrique (1832) va révolutionner le monde de la communication qui allait s'effectuer par la voie des ondes. Le "fil qui chante" et qui va plus vite que le messager était si important que le ministère de l'intérieur allait créer l'administration du Télégraphe en 1837. Mais, il était nécessaire de codifier les caractères à transmettre. Ce fut l œuvre de S. Morse qui, en 1837, développa l'alphabet télégraphique. Le "Morse" codait chaque caractère en une suite de signaux électriques de courte (point) ou de longue (trait) durée. L'autorisation d'accès privé au télégraphe ne fut donnée qu'en 1851 par Napoléon III. En 1879, le premier ministère des postes et du télégraphe (P et T) fut créé. Le téléphone allait apparaître à cette époque. En 1917, E. Baudot mit au point un code qui allait être utilisé sur le réseau télégraphique commuté (Télex). Des machines spéciales munies d'un clavier permettait de générer le signal correspondant au texte tapé. Ainsi, si dans le "Morse", il fallait que la personne connaisse le codage pour le générer, ceci n'était pas nécessaire avec le télex. Les premiers terminaux "numériques" apparaissaient. Exemple du code Morse Le code Morse est un des premiers codes développés. Chaque caractère est codé par une combinaison de points et de traits. Le code est un code statistique: les caractères les plus fréquemment utilisés sont codés avec peu d'éléments tandis que les caractères les moins fréquemment utilisé auront une longueur plus importante. A.- B -... C -.-. D -.. E. L'inconvénient technique de ce code est que DE peut être confondu avec B (-...). C'est pourquoi, un silence (pause) entre deux caractères était nécessaire. SOS... ---... Lorsque l'informatique se développa, il était nécessaire de constituer un codage adapté. En effet, la machine ne contient que des éléments électriques qui ne peuvent être que chargés électriquement ou non.elle ne comprend donc que des informations binaires (bits) : 0 et 1. Le codage consistera à combiner plusieurs bits. Ainsi, une dissociation allait se faire entre l'information et le signal généré. INF Z10 - Cours N 3 page 1 CILSH - 2002/2003

Le codage informatique de l'information s'effectuera donc en deux étapes: - codage sous forme binaire (ASCII etc....) - codage de l'élément binaire par un état physique (tension, fréquence...) LE CALCUL BINAIRE Historique En 1854, le mathématicien anglais George Boole, conçoit une sorte d'algèbre, un système de symboles et de règles, applicable à la pensée logique. De cette manière, il était possible de coder des propositions en langage symbolique puis de les traiter comme des nombres ordinaires. Les trois opérations de base de l'algèbre booléenne sont AND, OR, NOT (ET, OU, NON). Elles sont suffisantes pour additionner, soustraire, multiplier, diviser et comparer des nombres. Elles correspondent exactement aux opérations de base réalisables par un processeur. En 1936, un étudiant américain, Claude Shannon, applique l'algèbre de Boole à la conception d'un calculateur électrique en combinant les découvertes de Boole, les nombres binaires et les circuits électriques. Il démontre qu'à l'aide de "contacteurs" (interrupteurs) fermés pour "vrai" et ouverts pour "faux" on peut effectuer des opérations logiques en associant le nombre "1" pour "vrai" et "0" pour "faux". Ce système est nommé système binaire. C'est avec ce système que fonctionnent les ordinateurs. Il n'utilise que deux chiffres (0 et 1) pour construire des nombres. L'homme travaille quant à lui avec un système décimal c est à dire à 10 chiffres (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9) Le BIT Bit signifie "binary digit", c'est-à-dire 0 ou 1 en numérotation binaire. C'est la plus petite unité d'information manipulable par une machine. On peut le représenter physiquement par un état électrique haut (2,5 volts) qui correspond à la valeur 1 ou un état bas (0 volt) qui correspond à la valeur 0. Avec un bit on peut avoir deux états différents : soit 1, soit 0. Avec 2 bits on peut avoir quatre états différents (2*2): Avec 3 bits on peut avoir huit états différents (2*2*2): Avec huit bits on a 2*2*2*2*2*2*2*2=256 états, c'est ce que l'on appelle un octet. Cette notion peut être étendue à n bits : on a alors 2 n possibilités. L'octet L'octet est une unité d'information composée de 8 bits. Il permet de stocker un caractère, tel qu'une lettre, un chiffre... Le plus petit nombre est 0, le plus grand est 255, il y a donc 256 possibilités. Un kilo-octet (Ko) ne vaut pas 1000 octets mais 2 10 = 1024 octets Un méga-octet (Mo) vaut 2 10 Ko = 1024 Ko = 1 048 576 octets INF Z10 - Cours N 3 page 2 CILSH - 2002/2003

REPRESENTATION DES DONNEES NUMERIQUES Représentation d'un nombre dans un ordinateur On appelle représentation (ou codification) d'un nombre la façon de laquelle il est décrit sous forme binaire. Il s'agit de prédéfinir un nombre de bits pour que ceux-ci servent le plus efficacement possible à représenter l'entité. Ainsi il serait excessif de coder un caractère sur 16 bits (65 536 possibilités) alors qu'on en utilise généralement moins de 256... Représentation d'un entier Un entier naturel est un entier positif ou nul. Pour coder des nombres entiers naturels compris entre 0 et 255, il suffira de 8 bits (un octet) car 2 8 = 256. D'une manière générale un codage sur n bits pourra permettre de représenter des nombres entiers naturels compris entre 0 et 2 n -1. Un entier relatif est un entier pouvant être négatif. Il faut donc coder le nombre de telle façon que l'on puisse savoir s'il s'agit d'un nombre positif ou d'un nombre négatif. Représentation d'un nombre réel La norme IEEE définit la façon de coder un nombre réel. Cette norme complexe permet de coder les nombres réels sur 32 bits. CODAGE DES CARACTERES le code ASCII La mémoire de l'ordinateur conserve toutes les données sous forme numérique. Il n'existe pas de méthode pour stocker directement les caractères. Chaque caractère possède donc son équivalent en code numérique : c'est le code ASCII (American Standard Code for Information Interchange). Le code ASCII de base représentait les caractères sur 7 bits (c'est-à-dire 128 caractères possibles, de 0 à 127). Ce code étendu attribue les valeurs 0 à 255 (donc codées sur 8 bits, soit 1 octet) aux lettres majuscules et minuscules, aux chiffres, aux signes de ponctuation et aux autres symboles. Les codes 0 à 31 ne sont pas des caractères. On les appelle caractères de contrôle car ils permettent de faire des actions telles que: retour du chariot (CR) qui porte le numéro 13 ligne suivante (LF) qui porte le numéro 10 Bip sonore (BEL) qui porte le numéro 7 Les codes 65 à 90 représentent les majuscules Les codes 97 à 122 représentent les minuscules Les codes 48 à 57 représentent les chiffres de 0 à 9 Le codes 32 correspond à l espace (SP) INF Z10 - Cours N 3 page 3 CILSH - 2002/2003

code 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 NUL SOH STX ETX EOT ENQ ACK BEL BS HT 10 LF VT NP CR SO SI DLE DC1 DC2 DC3 20 DC4 NAK SYN ETB CAN EM SUB ESC FS GS 30 RS US SP! " # $ % & ' 40 ( ) * +, -. / 0 1 50 2 3 4 5 6 7 8 9 : ; 60 < = >? @ A B C D E 70 F G H I J K L M N O 80 P Q R S T U V W X Y 90 Z [ \ ] ^ _ ` a b c 100 d e f g h i j k l m 110 n o p q r s t u v w 120 x y z { } ~ DEL ET LES AUTRES DONNEES Les données de type «image», son ou vidéo sont très gourmandes en octets. Elles sont alors codées de façon très complexes et le plus souvent sont compressées. Des exemples seront simplement proposés lors du TP N 3. OU SONT LES INFORMATIONS Il faut bien différencier les situations où l ordinateur fonctionne et où il est éteint. Si l ordinateur est sous tension une grande partie des informations est présente en mémoire vive. la mémoire vive est composée de circuit intégrés, donc très rapide. Elle n'est active que lorsque l'ordinateur est sous tension. Tout ce qui est traité par l'ordinateur à l'instant t est en mémoire vive. Elle ne permet pas de stocker l'information de manière permanente. Si l ordinateur est hors tension la totalité des informations est conservée en mémoire de stockage. la mémoire de stockage : composée de supports magnétiques (disque dur, bandes magnétiques...), beaucoup plus lente, ou de supports optiques (technologie laser). Cette mémoire permet de stocker l'information de manière permanente et donc de la retrouver après un temps plus ou moins long d'inactivité de l'ordinateur. INF Z10 - Cours N 3 page 4 CILSH - 2002/2003

Qu'est-ce qu'un fichier? Un fichier est toute suite d'informations binaires, c'est-à-dire une suite de 0 et de 1. Ce fichier doit être stocké pour garder une trace de ces informations. Ce fichier est enregistré sous la forme "nom_du_fichier.ext". ".ext" représente l'extension c'est un moyen de reconnaître le type de programme avec lequel ce fichier peut être ouvert (attention cela ne garantit pas le type de fichier : lorsque l'on change l'extension on ne change pas le type de fichier!). Un fichier texte est un fichier composé de caractères stockés sous la forme d'octets. Exemples : Poème.txt est un fichier texte pur ou ASCII Poème.doc est aussi un fichier texte mais au format Word Un fichier graphique (une image, un dessin, une photo etc.) est un fichier composé de points stockés sous une forme plus ou moins complexe selon la couleur ou la compression des données. Des manipulations seront proposées en TP sur ces types de fichiers. Qu'est-ce qu'un dossier? Un dossier est un objet informatique qui contient des fichiers ou d'autres dossiers. Imaginez une grande armoire qui contient des casiers dans lesquels pourraient se trouver des objets ou d'autres casiers dans lesquels pourraient se trouver... etc. Ci-contre la représentation d'un système sous Windows : INF Z10 - Cours N 3 page 5 CILSH - 2002/2003

LES LOGICIELS (ou applications) Entre la tâche qu'on aimerait confier à l'ordinateur et les opérations en binaire qu'il effectuera pour s'en acquitter, il y a le logiciel. Un logiciel cache des ensembles d'instructions écrites par des informaticiens. C'est un interprète spécialisé qui sait faire travailler l'ordinateur pour nous. Ainsi, un logiciel de traitement de texte nous permet de générer des documents de type texte, avec une mise en page soignée d'une qualité approchant l'édition professionnelle pour peu qu'on en connaisse les règles. Certains logiciels se sont spécialisés dans des domaines précis (comptabilité, médecine, etc.) et deviennent alors des progiciels. Il existe des milliers de logiciels qui permettent à l'ordinateur de justifier son utilité dans tous les domaines de l'activité humaine. Des logiciels permettent même de générer d'autres logiciels. Il s'agit de logiciels de programmation qui permettent de manier un langage de programmation capable de rendre compréhensibles par la machine des listes d'instructions, décrivant les opérations qu'elle devra accomplir. Exemple : Visual Basic, Visual C++, etc. Le système d'exploitation est un logiciel ou plus exactement un ensemble de logiciels spécialement conçus pour permettre à la machine de fonctionner et d'utiliser d'autres logiciels. Le concept de programmation fera l'objet du cours n 12. INF Z10 - Cours N 3 page 6 CILSH - 2002/2003