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Un peu d’histoire

Machines à calculer

Bouliers et abaques Les bouliers facilitent le calcul en "affichant" et donc en "mémorisant" le résultat de la dernière opération.

Machines à calculer mécaniques

Blaise PASCAL (1523-1662), philosophe et mathématicien français réalisa à son tour, alors qu'il n'avait encore que 19 ans, une machine à calculer mécanique : la Pascaline, Cette machine ne pouvait faire que des additions et des soustractions,

En 1673, LEIBNIZ (1646 - 1716) mathématicien allemand et (lui aussi) philosophe, perfectionna la Pascaline pour en faire une machine capable d'effectuer des multiplications, des divisions et des racines carrées par additions ou soustractions successives.

Premiers automatismes

Les premiers automatismes capables d'exécuter des séquences d'opérations dont le déroulement était préenregistré furent d'abord sans lien avec le calcul.

En 1725, Basile BOUCHON eu l'idée d'automatiser une machine à tisser la soie en enregistrant les séquences d'opérations sur des bandes perforées.

Le métier à tisser automatique le plus célèbre fut celui de Joseph-Marie JACQUARD (1752-1834) mis au point en 1805. Les motifs du tissage étaient programmés à l'aide de cartes perforées. Les fils de chaîne qui sont levés ou baissés entre chaque passage de la navette sont suspendus à des crochets qui peuvent ou non se lever selon qu'ils se trouvent ou non sous des trous dans la carte perforée. Le motif tissé était défini par une succession de cartes perforées que l'on appelait un "programme".

Babbage (1792-1871)

L'ingénieur anglais Charles BABBAGE fut le concepteur de deux machines qui, bien qu'elles ne purent être réalisées à son époque pour des raisons techniques et financières, ont le mérite d'être à l'origine de concepts que l'on retrouve encore dans nos ordinateurs.

La première de ces machines fut la "difference engine » qui devait être capable de réaliser les nombreux calculs répétitifs nécessaires à la confection de tables trigonométriques et tables de logarithmes pour l’astronomie, la navigation, l’artillerie etc.

Le projet a été abandonné

La machine analytique

Babbage entrepris de réaliser une autre machine, universelle celle-là, l'"Analytical engine" capable d'exécuter n'importe quelle séquence d'opérations mathématiques au moyen d'instructions enregistrées sur des cartes perforées comme dans le métier Jacquard.

On y retrouve plusieurs concepts de base tels que

une unité d'entrée pour recevoir les cartes perforées lui communiquant à la fois les instructions et les données.

une unité de traitement que Babbage appelait the mill (le moulin) et qui préfigurait les unités arithmétiques et logiques de nos processeurs actuels.

une unité de commande (control unit) qui supervise automatiquement la succession interne des opérations (chercher les données en mémoire, les placer dans le moulin, commander telle ou telle opération arithmétique, transférer les résultats etc.)

Cette unité de commande comportait aussi un repeating aparatus destiné à reprendre en boucle autant de fois que nécessaire une série d'instructions.

C'est la séparation de l'unité de commande de l'unité d'exécution qui donne la possibilité à la machine de faire n'importe quel algorithme contrairement aux machines précédentes construites pour faire des séquences d'opérations déterminées.

une unité que Babbage appelait le magasin (store) où sont rangées les données à traiter, les résultats intermédiaires et les résultats finaux destinés à être sortis sur des cartes perforées. Cette unité regroupe donc ce que l'on appelle aujourd'hui la mémoire et l'unité de sortie mais Babbage n'avait pas fait de distinction entre ces deux fonctions pas plus qu'il ne faisait analogie entre cet espace de rangement de données et mémoire humaine.

Ada LOVELACE (1815-1852)

fut une collaboratrice de Charles Babbage pour la conception de sa machine analytique.

Elle définit le principe des itérations et définit les principes de la programmation de la machine de Babbage.

« "la machine analytique tissera des motifs algébriques comme les métiers de Jacquard tissent des fleurs et des feuilles".

Mécanographie

Herman HOLLERITH (1860-1929) mis au point une machine électromécanique destinée à comptabiliser les données recueillies lors du recensement américain de 1890. Les données examinées étaient enregistrées sur des cartes perforées qui comptaient 210 cases destinées à encoder toutes sortes d'informations.

En 1896, H. Hollerith créa la société "Tabulation Machine Corporation" qui devint en 1924 "International Business Machine" : IBM

Alan TURING (1912-1954)

En 1936 il publia dans un article les principes de la machine abstraite qui porte son nom, la machine de Turing, et qui en principe est capable de suivre un algorithme.

Pour ce faire, l'unité de commande d'un ordinateur doit être capable de diriger l'exécution du programme qui lui est communiqué sans qu'une intervention humaine ne soit nécessaire au déroulement du programme.

Premiers ordinateurs

L'ENIAC était une machine énorme, elle pesait 30 tonnes et était composée de 18000 tubes à vide. Elle fonctionnait en décimal et non pas en binaire. Chaque chiffre était codé au moyen d'une série de 10 tubes "ring counter" transposition électronique des roues dentées des première machines arithmétiques. Cette machine était programmée manuellement en positionnant des commutateurs ou en branchant des câbles selon des configurations diverses.

L'architecture de von Neumann

La machine de von Neumann est conçue à partir de composants électroniques numérique et binaire.Elle est constituée de cinq sous-ensembles :

Une unité de commande

Une unité de traitement (arithmétique et logique)

La mémoire centrale qui contient donc les données ET le programme

Une unité d'entrée des données

Une unité de sortie des résultats

L'architecture de von Neumann

Aujourd'hui

Encore les ordinateurs fonctionnent toujours sur ce principe.

La distinction entre l'unité de commande

et l'unité de traitement peut passer inaperçue puisque ces deux éléments sont rassemblés au coeur du processeur.

De même, les unités d'entrées et de sorties sont souvent combinées dans les ports bidirectionnels pour être connectés aux périphériques avec lesquels ils échangent des signaux dans les deux sens.

http://www.canal-u.tv/video/universite_de_tous_les_savoirs/l_informatique_de_demain_de_von_neumann_aux_superprocesseurs.1100

Première génération : (1945-1955)

Au milieu des années 40 : « Moteurs de calcul » utilisant des relais mécaniques (temps de cycles en secondes) remplacés ensuite par des tubes à vide ce qui donne des machines énormes que l'on programmait en basculant des interrupteurs.

⇒ Ni langage ni système d'exploitation.

1950 :    Première amélioration : les cartes perforées = « écriture de programmes »

Deuxième génération : (1955-1965)

Transistors et systèmes par lots ✦

Traitement par lots :

Une machine moins onéreuse (IBM 1401) lisait les cartes (a) pour en recopier le code sur une bande magnétique (b). Le gros calculateur lisait cette bande (c), exécutait les jobs (d) puis transcrivait les résultats sur une autre bande (e) postposant ainsi l'impression des résultats (impression off-line ensuite par un ordinateur plus léger (f).La notion de système d'exploitation apparaît.

Troisième génération : (1965-1980)

Au début des années 60, il y avait deux types d'ordinateurs :

Ceux qui comme le 7094 étaient orientés vers des tâches de calculs intensifs.L'unité de donnée y est le mot.

Ceux à vocation plus commerciale dont l'unité de donnée est le caractère (IBM 1401) et qui étaient utilisés par de gros organismes tels que les banques et les compagnies d'assurances pour la gestion de bandes magnétiques et l'impression de données.

⇒ Cela donnait deux lignes de produits distinctes.

Le system 360 d'IBM

une série de machines compatibles au niveau logiciel (même architecture et même jeu d'instructions) tentait de convenir aussi bien aux applications scientifiques que commerciales.

Ce concept de « famille unique » a donné un SE devant être aussi efficace sur des petites machines que les grosses, ⇒ SE énorme :

Des millions de lignes d'assembleur écrites par des milliers de programmeurs. Cela donne des milliers de bogues !

Multiprogrammation

C'est à ce moment aussi qu'est apparu le concept de multiprogrammation.

La mémoire est partagée entre différents jobs. Quand l'un d'eux attend la réalisation d'une entrée/sortie, un autre job peut s'emparer du CPU.

⇒ Le taux d'utilisation avoisine les 100 %.

Quatrième génération (1980 - . . . ) Les circuits LSI Large Scale Integration ciruit contenant des milliers de transistors / mm² a

conduit à la fabrication de ce qu'on appelait les micro-ordinateurs. :n individu peut posséder sa propre machine : le PC = ordinateur personnel.

1974 le 8080, microprocesseur 8 bits généraliste fabriqué par Intel.

1981 IBM PC/XT - Processeur 8088   4,77 MHz - 640 Ko max IBM contacte Bill Gates pour son interpréteur BASIC

1983 MS-DOS 2.0   Les 24 Ko de code contiennent maintenant un interpréteur de commandes et des fonctions inspirées de UNIX Steve Jobs co-inventeur de l'Apple découvre l'interface graphique lors d'une visite chez Xerox Parc. L'idée est exploitée pour donner le Lisa (trop chère) puis le Machintosh d'Appel (succès) 1990 Sortie du 80386 qui est un processeur 32 bits