ORDINATEURS

Historique

L'utilisation des ordinateurs repose sur le principe que tout calcul compliqué peut être décomposé en une suite d'opérations plus simples, susceptibles d'être exécutées automatiquement. Les premières machines à calculer, réalisées par Wilhelm Schickard, Pascal et Leibniz, remontent au début du xvii^e siècle. Elles effectuaient les opérations arithmétiques de base (additions et soustractions, mais également conversions de monnaie pour la machine de Pascal, les autres machines réalisant de plus multiplications et divisions). Joseph-Marie Jacquard (1752-1834) conçut en 1801 le premier métier à tisser pour éviter le travail des enfants de tisserands. De nos jours, des versions modernisées de cette machine sont encore utilisées dans les industries textiles.

Au début du xix^e siècle, Charles Babbage (1792-1871) construisit une machine qui peut être considérée comme l'ancêtre des ordinateurs. Malheureusement, elle ne put jamais fonctionner de façon convenable, la technologie de l'époque étant trop rudimentaire. George Boole (1815-1864) créa une nouvelle forme de logique symbolique, afin de traduire concepts et idées en équations. L'algèbre de Boole est la base théorique du fonctionnement de l'électronique numérique et des ordinateurs.

Machine à calculer de Charles Babbage

Un des éléments de la machine à calculer analytique du mathématicien britannique Charles Babbage (1792-1871) qui ne fut jamais achevée. Elle est cependant considérée comme l'ancêtre des calculateurs programmables, la modification du programme s'effectuant par changement de lots de cartes... 

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Il fallut attendre la fin du xix^e siècle et l'utilisation de l'électromécanique pour voir apparaître les machines mécanographiques. Très spécifiques d'un traitement donné (trieuses, tabulatrices, etc.), elles nécessitaient de nombreuses opérations manuelles, ce qui nuisait à leur rendement. En effet, tout traitement à effectuer par la machine était spécifié par un câblage, réalisé sur un tableau de connexions. Cette programmation pouvait prendre de quelques heures à plusieurs jours, selon la complexité du problème. Ultérieurement, les ordinateurs utilisant cette technique de programmation seront appelés machines à programme affiché.

Peu avant la Seconde Guerre mondiale apparurent les premières calculatrices électromécaniques, construites selon les idées de Babbage. Un des principaux constructeurs de ces machines, Hermann Hollerith, fut d'ailleurs à l'origine de la création de la société I.B.M. (Industrial Business Machines). Ces machines furent vite supplantées par les premiers calculateurs électroniques, nettement plus performants. Le premier calculateur entièrement électronique, dénommé ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), fut construit en 1946 par John Presper Eckert et John Mauchly avec des tubes à vide. Comme les machines mécanographiques dont il était l'héritier, l'ENIAC était une machine à programme affiché.

E.N.I.A.C.

Le premier calculateur numérique électronique programmable connu, l'E.N.I.A.C. (Electronic Numerical Integrator and Computer) a été mis au point durant la Seconde Guerre mondiale, à l'université de Pennsylvanie, par les Américains John P. Eckert et John W. Mauchly. Programmer l'E.N.I.A.C.... 

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Les inconvénients de cette technique de programmation conduisirent à la définition et à la réalisation de machines à programme enregistré, c'est-à-dire de machines dotées d'une mémoire capable de contenir et les programmes et les données à traiter. La structure des machines à programme enregistré a été décrite en 1946 par le mathématicien américain d'origine hongroise John von Neumann (1903-1957). Cette architecture de machine est encore valable de nos jours, et la plupart des ordinateurs actuels s'en inspirent.

John von Neumann

Le mathématicien américain d'origine hongroise John von Neumann participa notamment à l'élaboration de la théorie des ensembles, à la conception de la bombe H, et fut le précurseur des ordinateurs. 

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L'architecture de von Neumann

John von Neumann a proposé une structure universelle de machine à calculer et en a défini les constituants de base. La machine est composée des éléments suivants :

– un organe de calcul, appelé unité arithmétique et logique, pour exécuter les opérations arithmétiques et logiques ;

– une mémoire, ou mémoire centrale, servant à la fois à contenir les programmes (le logiciel) décrivant la façon d'arriver aux résultats et les données à traiter ; toutes les informations sont stockées sous forme binaire ;

– des périphériques ou unités d'entrée-sortie, servant d'organes de communication avec l'environnement et avec l'homme ;

– une unité de commande permettant d'assurer le fonctionnement cohérent des éléments précédents.

L'ensemble formé par l'unité arithmétique et logique, d'une part, et l'unité de commande, d'autre part, constitue l'unité centrale ou processeur. L'ensemble des composants physiques, appelé matériel (hardware), est commandé par un logiciel (software), suite cohérente d'instructions et de données structurées stockées en mémoire et exécutant un algorithme (fig. 1).

Machine de von Neumann : schéma

Schéma de principe d'une machine de von Neumann. 

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Machine de von Neumann : schéma

Schéma de principe d'une machine de von Neumann. 

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L'unité centrale ne peut effectuer qu'un ensemble restreint d'opératio [...]

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