Qu’est-ce qu’un ordinateur ?
Schéma extrêmement simplifié d’un ordinateur
Un ordinateur (en anglais, computer) est composé de circuits électroniques.
Un ordinateur manipule des informations qu’on appelle également des données (en anglais, data).
Un ordinateur est capable d’exécuter des programmes qui sont des suites d’instructions programmées à l’avance.
Ces programmes reçoivent des données en entrée (en anglais, input) via un clavier, une souris, une carte réseau, une webcam, un micro, une clé USB, un disque dur, etc.), les traitent puis fournissent un résultat en sortie (en anglais, output) via un écran, une imprimante, une carte réseau, une clé USB, un disque dur, etc.
John Von Neumann
C’est John Von Neumann, mathématicien et physicien américano-hongrois, qui a défini l’architecture des ordinateurs modernes.
L’architecture de Von Neumann est encore largement utilisée de nos jours.
Von Neumann a décomposé l’ordinateur en quatre parties distinctes : l’unité arithmétique et logique, l’unité de contrôle, la mémoire et les entrées / sorties.
John Von Neumann dans les années 1940 à Los Alamos
L’unité arithmétique et logique
Représentation schématique d’une UAL.
A et B sont les entrées ; F est une entrée qui détermine l’opération à effectuer ; R est le résultat de l’opération (sortie) et D un indicateur qui renseigne sur le bon déroulement (ou pas) de l’opération.
L’unité arithmétique et logique ou UAL (en anglais, Arithmetic Logic Unit ALU) est l’élément de l’ordinateur qui réalise les calculs (additions, soustractions, multiplications, divisions, modulos, gestion des signes, opérations logiques, comparaisons, etc.).
L’unité de contrôle
L’unité de contrôle ou UC (en anglais, Control Unit ou CU) contrôle le déroulement du programme.
L’UC va chercher, les unes après les autres, les instructions à exécuter dans la mémoire de l’ordinateur et transmet ses ordres à l’UAL.
Certaines instructions peuvent modifier l’ordre d’exécution des instructions.
(1) L’UC lit une instruction du programme en mémoire. (2) L’UC transmet l’opération à effectuer à l’UAL. (3) L’UAL transmet le résultat à l’UC. (4) L’UC lit l’instruction suivante, etc.
La mémoire
Les « cases » mémoire et leur adresse respective
La mémoire (en anglais, memory) peut être décrite comme une suite de cases numérotées de taille fixe ; chaque case pouvant contenir une information.
L’information peut être une donnée ou une instruction. Certaines données / instructions peuvent nécessiter l’occupation de plusieurs « cases » en mémoire.
Chaque numéro de case est appelé une adresse.
Les entrées / sorties
Les entrées / sorties permettent de communiquer avec le monde extérieur.
Exemples d’entrées / sorties : clavier, écran, imprimante, souris, webcam, etc.
Le clavier, bâton de joie et le mulot sont des périphériques d’entrée tandis que l’écran et le drone qui lâche la bombe sont des périphériques de sortie !
Déroulement d’un programme
- L’UC extrait une instruction de la mémoire.
- L’UC analyse l’instruction.
- L’UC recherche en mémoire les données concernées par l’instruction.
- L’UC déclenche l’opération adéquate sur l’UAL ou l’E/S.
- L’UC range le résultat dans la mémoire.
L’architecture de Von Neumann répartit les fonctionnalités d’un ordinateur en quatre entités logiques.
Physiquement, l’UC et l’UAL sont logées dans le CPU.
Les autres entités sont situées sur la carte mère ou sur les cartes d’extension.
Au sein de l’architecture de Von Neumann, seuls sont représentés les composants logiques de base.
