INF1040: introduction au gnie informatique

1
Ordinateurs

• un regard sous le capot

2
les ordinateurs
source http//www.evene.fr/

• Mon ordinateur, j'essaie de faire tout ce qu'il
  me dit mais lui ne fait rien de ce que je veux.
  (Anne Roumanoff)
• L'ordinateur obéit à vos ordres, pas à vos
  intentions. (anonyme)
• Les ordinateurs sont comme les Dieux de l'Ancien
  testament beaucoup de règles et aucune pitié.
  (Joseph Campbell)
• N'est-ce pas étrange que les ordinateurs fassent
  aujourd'hui des choses jugées inutiles il y a
  vingt ans ? (Gene Perret)
• L'ordinateur a l'intelligence de celui qui s'en
  sert. (anonyme)
• Un programme c'est un sort que l'on jette à un
  ordinateur et qui se transforme en messages
  d'erreur. (anonyme)
• Tous les programmeurs sont des auteurs et tous
  les ordinateurs sont de mauvais acteurs.
  (anonyme)
• J'ai toujours rêvé d'un ordinateur qui soit aussi
  facile à utiliser qu'un téléphone. Mon rêve s'est
  réalisé je ne sais plus comment utiliser mon
  téléphone. (Bjarne Stroustrup)

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survol de la présentation

• science informatique et ordinateurs
• modèle dun ordinateur à usage général
• unité centrale
• mémoire
• unités dentrée/sortie
• du transistor au système
• circuits intégrés
• aspects pratiques
• systèmes dexploitation
• systèmes embarqués

4
la science informatique

• fondements mathématiques et théoriques
• logique
• mathématiques discrètes
• matériel qui compose les ordinateurs
• systèmes dexploitation
• langages de programmation
• réseaux informatiques
• gestion de linformation
• sécurité
• systèmes intelligents
• interaction entre ordinateurs et humains
• etc.

5
la science informatique

• une définition (Schneider Gersting, 2000)
•  la science informatique est létude des
  algorithmes, incluant
• leurs propriétés formelles et mathématiques
• leurs réalisations concrètes
• leurs descriptions dans un langage donné et,
• leurs applications. 
• selon cette définition
• les ordinateurs sont aux informaticiensce que
  les télescopes sont aux astronomes (Dijkstra)

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types dordinateurs
7
modèle dun ordinateurà usage général
unité centrale
mémoireprincipale
carte mère
unité de contrôle
unité arithmétique et logique
registres
cache
bus
contrôleur
contrôleur
contrôleur
cartegraphique
carte réseau
lecteurCD/DVD
disquedur
port USB
moniteur
internet
8
conclusion
source A.S. Tanenbaum, Structured Computer
Organization, 4e édition, Prentice-Hall
9
unité centrale modèle de lordinateur
petit-bonhomme
0
0
entrée
sortie
10
unité centrale modèle de lordinateur
petit-bonhomme
11
ordinateur petit bonhommeexemple de programme

• 500  lire la valeur du panier dentrée et la
  placer dans la calculatrice
• 299  écrire la valeur contenue dans la
  calculatrice dans la boîte 99
• 500  lire la valeur du panier dentrée et la
  placer dans la calculatrice
• 399  ajouter le contenu de la boîte 99 au
  contenu de la calculatrice
• 600  écrire le nombre contenu dans la
  calculatrice dans le panier de sortie
• 700  aller en pause-café.

12
lunité centraleou microprocesseur
unité de contrôle
registredinstruction
registre A
registre B
compteur deprogramme
registre C
registre détat
registre D
unité arithmétique et logique
13
quelques manufacturiers de microprocesseurs

• Intel Pentium, Celeron, Xeon
• AMD
• Aeroflex
• Atmel
• Microchip
• etc.

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hiérarchie de la mémoire
temps daccès croissant
espace disponible croissant
15
types de mémoire principale

• ROM
• mémoire morte (ne peut être modifiée)
• utilisée pour le BIOS (basic input output
  system) programme de base pour lancer
  lordinateur
• RAM
• mémoire vive (peut être modifiée)
• SDRAM
• DDR
• DR-SDRAM

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organisation de la mémoire

• bit la plus petite unité (valeur de 0 ou 1)
• groupes de bits
• quartet (nibble) 4
• octet (byte) 8 bits
• mot (word) 16 bits
• long mot (long word) 32 bits

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beaucoup de mémoire

• par convention
• 1 kilo-octet (ko) 210 octets 1 024 octets
• 1 mégaoctet (Mo) 220 octets 1 048 576 octets
• 1 gigaoctet (Go) 230 octets 1 073 741 824
  octets
• porte à confusion!
• on devrait plutôt utiliser
• 1 kibioctet (1 Kio), 1 mibioctet (1 Mio), 1
  gibioctet (1 Gio) pour les puissances de deux
• 1 kilo-octet, 1 mégaoctet, 1 gigaoctet pour les
  puissances de 10 (103, 106, 109)
• voir http//physics.nist.gov/cuu/Units/binary.html

18
représenter de linformation avec des 1 et des 0

• valeurs logiques facile
• nombres entiers
• 8 bits donnent 256 choix
• nombres positifs seulement 0 à 255
• nombres signés -128 à 127
• 16 bits donnent 65536 choix
• etc.
• nombres réels (e.g. 6.021023)
• on utilise 32 bits
• 1 bit pour le signe du nombre
• 1 bit pour le signe de lexposant
• 7 bits pour la grandeur de lexposant
• 23 bits pour la mantisse
• etc. avec 64 bits

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représenter de linformation avec des 1 et des
0

• texte (caractères)
• on associe une valeur numérique à chaque
  caractère
• ex. code ASCII à 7 ou 8 bits (128 ou 256 choix)
• ex. code Unicode à 16 bits (65536 choix)
• texte (phrases)
• on place plusieurs caractères lun à la suite de
  lautre!

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exemple code ASCII
21
représenter de linformation avec des 1 et des
0

• images
• division en pixels
• encodage de chaque pixel selon son intensité
• trois couleurs (rouge, vert, bleu) trois nombres

, 15, 31, 67, 67, 113, 125, 118,
22
représenter de linformation avec des 1 et des
0

• sons

23
représenter de linformation avec des 1 et des
0

• instructions
• selon les codes du microprocesseur utilisé!

24
représenter de linformation avec des 1 et des 0

• étant donnée une cellule de mémoire, comment
  savoir si elle contient
• une valeur logique
• un nombre entier, signé ou non
• un nombre à point flottant
• un caractère
• lencodage dun pixel
• 1/44100 seconde de musique
• une instruction pour le microprocesseur

25
disque dur
source wikipedia.com
26
CD ROM, CR-R, CD-RW
source wikipedia.com
source A.S. Tanenbaum, Structured Computer
Organization, 4e édition, Prentice-Hall
27
unités dentrée/sortie

• clavier
• souris
• écran
• haut-parleurs
• joystick
• imprimante
• traceur
• casque de réalité virtuelle
• implants neuronaux
• etc.

28
du transistor au systèmeabstractions
successives
semi-conducteurs
source J.M. Rabaey et al., Digital Integrated
Circuits, Prentice-Hall.
29
du transistor au systèmeabstractions
successives
transistors
source J.M. Rabaey et al., Digital Integrated
Circuits, Prentice-Hall.
30
du transistor au systèmeabstractions
successives
porte logique
31
du transistor au systèmeabstractions
successives
composante logique (additionneur, registre, etc.)
source wikipedia.com
32
du transistor au systèmeabstractions
successives
unité de contrôle
registredinstruction
registre A
registre B
compteur deprogramme
registre C
registre détat
registre D
unité arithmétique et logique
source wikipedia.com
33
du transistor au systèmeabstractions
successives
unité centrale
mémoireprincipale
carte mère
unité de contrôle
unité arithmétique et logique
registres
cache
bus
contrôleur
contrôleur
contrôleur
cartegraphique
carte réseau
lecteurCD/DVD
disquedur
port USB
moniteur
internet
34
fabrication de circuits intégrés
source J.M. Rabaey et al., Digital Integrated
Circuits, Prentice-Hall.
35
fabrication de circuits intégrés
source ibm.com
36
fabrication de circuits intégrés
source J.M. Rabaey et al., Digital Integrated
Circuits, Prentice-Hall.
37
source wikipedia.com
38
aspects pratiques

• alimentation en énergie
• dissipation de la chaleur
• design du produit

source cypressindustries.com
source thermaflow.com
source dansdata.com
39
source incep.com
40
systèmes dexploitation

• exemples
• Windows (dans toutes ses variétés)
• Linux
• Unix
• Mac OS
• OS/2
• MS-DOS
• pourquoi un système dexploitation?
• sans système dexploitation, on ne peut charger
  et exécuter quun programme à la fois
• si on na pas de système dexploitation, chaque
  programme doit avoir toutes les routines
  nécessaires pour accéder aux composantes
  matérielles de lordinateur

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systèmes dexploitation

• trois composantes
• le noyau interagit avec les composantes
  matérielles
• accès aux disques durs, CD, etc.
• gestion de la mémoire
• ordonnancement des tâches
• accès réseau
• librairies de fonctions qui peuvent être appelées
  par dautres programmes
• créer des fenêtres à lécran
• détecter un mouvement de souris
• envoyer un fichier à une imprimante
• etc.
• programmes de base pour gérer des fichiers et
  configurer le système
• Internet Explorer une partie du système
  dexploitation Windows ou non?
• le nombre de services inclus dans le noyau ne
  cesse de grandir

42
(No Transcript)
43
systèmes dexploitation

• quelques considérations
• convivialité
• robustesse, stabilité et fiabilité
• gestion des tâches en temps réel

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système embarqué

• le  premier  système de guidage pour les
  missions Apollo
• système informatique conçu pour une application
  précise
• matériel et logiciel encapsulés dans le
  dispositif contrôlé
• contrairement à un ordinateur à usage général,
  nest pas  régulièrement  reprogrammé
• nest pas conçu en général pour exécuter une
  large gamme de programmes
• ne contient pas autant dinterfaces avec le monde
  extérieur quun ordinateur à usage général

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systèmes embarqués - exemples

• guichet automatique
• routeur de réseau
• imprimante
• photocopieuse
• contrôleur de disque dur
• contrôleur de freins antiblocage
• domotique
• console de jeux
• téléphone cellulaire

46
systèmes embarqués - contraintes

• coût
• espace
• poids
• robustesse
• interface avec lutilisateur
• boutons, lumières, écran
• système dexploitation?
• temps réel?

47
conclusion