Section 2.10
L'ordinateur
Dans cette dernière section de ce chapitre sur l'architecture des ordinateurs, nous allons finalement nous intéresser aux... ordinateurs ! Nous allons voir comment combiner les différents circuits que nous avons vus dans ce chapitre pour construire ce que l'on va appeler un ordinateur. Avant toute chose, il est important de définir ce qu'est un ordinateur.
L'ordinateur, définition
On appelle ordinateur un système, généralement physique, d'exécution de programmes.
Un programme est une séquence d'instructions qui indiquent à l'ordinateur les opérations à effectuer. Nous aurons le plaisir de découvrir plus en détails ce qu'est un programme et comment en écrire dans le chapitre dédié à la programmation.
♣︎ Exemple
Un ordinateur de bureau est un exemple d'ordinateur, tout comme un ordinateur portable. Les smartphones, tablettes et consoles de jeux sont aussi des ordinateurs selon cette définition: ces machines sont des machines à exécuter des programmes (qu'on appelle aussi des applications dans certains contextes).
La notion de programme est centrale dans la définition de l'ordinateur. Un ordinateur est un système dont la tâche est d'exécuter des programmes. L'ordinateur composé de nombreux composants qui travaillent ensemble pour exécuter ces programmes. Dans cette section, nous allons passer en revue les principaux composants d'un ordinateur et discuter de comment ils sont assemblés pour former un ordinateur.
Les composants d'un ordinateur
Un ordinateur est composé de plusieurs parties, dont les plus importantes sont les suivantes:
- Le processeur (CPU, Central processing unit en anglais) est le composant qui exécute les instructions d'un programme. Le processeur est composé de plusieurs parties, dont l'ALU qui effectue les opérations arithmétiques et logiques. Le processeur contient aussi une unité de contrôle qui est responsable de la gestion de l'exécution des instructions, ainsi que des registres qui sont des mémoires internes au processeur utilisées pour stocker des données temporaires.
- La mémoire est un composant qui permet de mémoriser les données utiles à l'exécution des programmes. La RAM que nous avons vue précédemment est un exemple de mémoire. Nous verrons aussi que, selon l'architecture de von Neumann, les programmes sont eux aussi accessibles en mémoire.
- Les périphériques sont des composants qui permettent à l'ordinateur de communiquer avec le monde extérieur. Les périphériques incluent le clavier, la souris, l'écran, les haut-parleurs, les ports USB, etc.
- Le stockage est un composant qui permet de stocker des données de manière permanente. Les disques durs, les SSD et les clés USB sont des exemples de stockage.
L'architecture de von Neumann
L'architecture de von Neumann est un modèle d'ordinateur qui a été proposé par le mathématicien et physicien John von Neumann en 1945. Ce modèle est toujours utilisé dans la conception des ordinateurs actuels. L'architecture de von Neumann propose une façon d'agencer différents composants afin de réaliser un ordinateur (c'est-à-dire une machine à exécuter des programmes). L'architecture de von Neumann peut être représenté de manière schématique comme suit :
Le point central de l'architecture de von Neumann est que les programmes et les données sont stockés dans la même mémoire. Ainsi, un programme est lui-même une donnée qui peut être manipulée par le processeur.
Le processeur récupère les instructions du programme en mémoire, récupère les données nécessaires à l'exécution de ces instructions depuis la mémoire, les exécute, et stocke les résultats à nouveau dans la mémoire.
L'unité de contrôle contenue dans le processeur est responsable de la gestion de l'exécution des instructions. C'est elle qui indique à l'ALU quelles opérations effectuer, et qui gère le transfert des données entre la mémoire et le processeur en fonction des instructions du programme.
! Remarque
L'architecture de von Neumann porte ce nom en l'honneur de John von Neumann, un mathématicien et physicien d'origine hongroise qui a été un des premiers à décrire cette façon d'organiser un ordinateur. John von Neumann proposera ce modèle en 1945 dans un rapport intitulé First Draft of a Report on the EDVAC.
De nombreuses autres personnes ont travaillé sur des systèmes similaires à de ce qu'on appelle aujourd'hui l'architecture de von Neumann, et ce de manière simultanée et indépendante. On peut notamment citer John Presper Eckert, John Mauchly et Alan Turing.
Le système d'exploitation
Comme nous l'avons vu, un ordinateur est un système qui exécute des programmes. Généralement, le programme principal que l'ordinateur exécute est un programme appelé système d'exploitation. Le système d'exploitation est un programme qui gère les ressources de l'ordinateur et permet à d'autres programmes de s'exécuter.
Le système d'exploitation met en place tout un ensemble d'abstractions comme les fichiers, les utilisateurs, etc. les environnements graphiques, les pilotes de périphériques, etc. qui permettent aux programmes de s'exécuter sans avoir à se soucier des détails matériels de l'ordinateur.
♣︎ Exemple
Windows, Mac OS, Linux, Android et iOS sont des exemples de systèmes d'exploitation. Ces systèmes d'exploitation sont des programmes qui gèrent les ressources de l'ordinateur et permettent à d'autres programmes de s'exécuter.
Ils fournissent aussi des interfaces graphiques pour interagir avec l'ordinateur, un système de fichiers pour stocker des données, des comptes utilisateurs pour gérer les utilisateurs de l'ordinateur et leurs droits, etc.