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Personne ne comprend l'informatique - Partie 4 : Programmes et compilation

Mathieu — Fri, 23 Aug 2013 18:40:00 +0200

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Dans le fond, comment ça s’écrit un programme ?

Programmes et algorithmes

Nous l’avons vu, un programme est une suite d’instructions écrites dans le but de réaliser un traitement.

Un programme a des points d’entrée et de sortie de l’information, et les instructions sont rédigées dans un certain ordre avec certaines conditions pour pour voir effectuer le traitement. Ces instructions peuvent être très simples ou alors très complexes.

Pour écrire un programme, on utilise un moyen de description que l’on appelle l’algorithme. Un algorithme c’est une suite d’instructions reliées entre elles avec des conditions, décrivant le comportement du programme dans toutes les situations, et l’ensemble des sorties possibles pour toutes les entrées possibles. Ça implique forcément que le nombre d’entrées différentes que peut traiter un programme est un nombre fini. Il faut que tous les cas d’entrée soient décris dans le programme comme soit des cas d’échec (sortie “poubelle”), soit des cas qui renvoient de l’information transformée sur les sorties.

Écrire un algorithme est similaire à la rédaction d’une solution à un problème mathématique. Une fois qu’on a la solution pour transformer les données, il faut la décrire, en reprenant les données de départ, et en les transformant pour obtenir les données d’arrivée.

Un algorithme simple avec deux entrées numériques et une sortie.

L’image ci-dessus est un algorigramme, c’est un schéma décrivant un algorithme simple, comme il pourrait s’exécuter sur un ordinateur. Ce programme ne fait pas grand chose d’utile, et il est très simple, mais c’est un exemple.

Langages et compilation

Comment transformer un algorithme en instructions compréhensibles par un ordinateur ? Il faut savoir que le processeur d’un ordinateur ne sait exécuter que des opérations simples (lire de la mémoire, réaliser des calculs avec la mémoire, etc). Ces instructions sont des codes binaires qui sont envoyés au processeur. Bon, sauf que les informaticiens n’écrivent pas directement de codes binaires pour le processeur.

Pour écrire un programme, les informaticiens utilisent ce que l’on appelle un langage. Un langage informatique est un ensemble de mots (écrits avec des vraies lettres) que l’on assemble pour décrire l’algorithme. Voici un petit exemple de notre algorithme dans un langage informatique qui pourrait exister :

DÉBUT Si entree1 = 0 alors sortie1 = 0, FIN Si entree1 < 0 alors val1= entree1 - 2 Si entree1 > 0 alors val1 = entree1 + 2 val2 = entree2 + 3 val3 = val1 + val2 sortie1 = val3 FIN

Bien évidemment, un processeur ne comprend pas le français, donc il ne comprend pas ce que veut dire “Si entree1 = 0”. Pour transformer ce texte en programme, il faut réaliser une traduction que l’on appelle la compilation.

La compilation est le processus par lequel un texte écrit dans un langage informatique devient un programme exécutable par un ordinateur. Chaque “phrase” est traduite en code compréhensible par le processeur, et le programme peut se lancer. Ce processus peut paraître simple, mais il y là aussi des aspects fondamentaux et formels pour que ce processus puisse avoir lieu (syntaxe, optimisations, etc).

C’est grâce à de tels outils que l’on arrive à écrire sans trop d’efforts des programmes efficaces dans la majorité des cas.

En conclusion

Nous avons vu que les programmes se modélisent sous forme d’algorithme et s’écrivent ensuite dans un langage compréhensible pour être ensuite traduits pour être exécutés par l’ordinateur.

La partie suivante … Je n’ai pas encore décidé quoi mettre dedans, et pourtant il y a encore plein de choses à dire !

Restez attentifs (abonnez-vous au blog), ou proposez moi de nouveaux sujets, les articles suivants n’en seront que plus intéressants.

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Personne ne comprend l'informatique - Partie 3 : Système d'exploitation et programmes

Mathieu — Thu, 22 Aug 2013 16:30:00 +0200

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Donnée, traitement de l’information, tout ça c’est bien joli, mais concrètement, comment ça se passe ?

Comment un ordinateur démarre ? Pourquoi il met du temps à s’allumer ?

Introduction

On fait souvent la différence entre deux disciplines dans l’informatique : les logiciels (software) et le matériel (hardware). En informatique, on parle indépendamment de logiciel ou de programme, ce sont des synonymes.

Le matériel est tout ce que vous pouvez acheter sous forme d’objets physiques pour votre ordinateur (l’ordinateur en lui même, des clefs USB, un disque dur…), et le logiciel c’est tout ce que vous allez installer sur votre ordinateur.

Fondamentalement, un logiciel ne se “touche” pas (bon sauf s’il est écrit sur un CD), mais pourtant vous manipulez certainement chaque jour des logiciels sans le savoir. Votre téléphone portable lui même, en vous présentant une interface pour saisir des numéros comporte un petit logiciel.

Il faut savoir que comme avec les anges, il y a une hiérarchie dans les logiciels. Déjà, tous les logiciels ne sont pas dédiés à la même tâche, mai surtout certains logiciels dépendent fortement d’autres logiciels pour pouvoir fonctionner. Il n’y en a qu’un qui n’a besoin de rien d’autre qu’un ordinateur : c’est le programme d’amorçage qui va démarrer votre ordinateur.

L’amorce

Le programme d’amorce est exécuté par la carte mère. Pour rappel, la carte mère est le composant qui s’occupe des entrées et sorties d’informations dans l’ordinateur.

Quand vous appuyez sur le bouton pour démarrer votre ordinateur, la carte mère est alimentée, et un petit logiciel indispensable va alors se charger. Ce programme c’est l’amorce.

Au démarrage, l’amorce va :

Faire l’inventaire des périphériques (composants) présents sur la carte mère, et faire des “bips” s’il manque quelque chose qui pourrait être d’important (genre de la RAM).
Une fois que l’amorce est certaine que l’ordinateur peut démarrer, elle va se mettre à la recherche du programme qui va effectivement démarrer l’ordinateur (le système d’exploitation).
Celui-ci se trouve en général le disque dur. une fois trouvé, elle va le charger en mémoire, demander au processeur de lire cette mémoire, puis jeter l’éponge. La suite c’est plus son problème.

Le système d’exploitation

Le système d’exploitation est le premier programme complexe à être exécuté sur votre ordinateur. Son rôle est de servir de couffin aux autres programmes : le système d’exploitation s’installe en mémoire et prépare tout ce qu’il faut pour que les programmes qui s’exécuteront ensuite se sentent chez eux.

Ça peut passer par la mise à disposition de petits utilitaires résidant en mémoire aidant les programmes à exécuter des actions avec les composants (on appelle ça des “pilotes” : accéder au disque dur, recevoir des frappes clavier, utiliser l’imprimante…), ou carrément la création de “services” dédié au opérations complexes (dessiner une fenêtre à l’écran, etc).

Forcément, mettre tout ça en place prend du temps. La plupart des informations nécessaires pour la mise en place de cet environnement se trouve sur le disque dur. Voilà pourquoi votre ordinateur a besoin d’un certain temps pour pouvoir être utilisable, à la différence de votre aspirateur où il suffit de le brancher.

Les programmes

Les programmes sont tous les logiciels qui se lancent après le système d’exploitation, et qui sont d’ailleurs lancés par le système d’exploitation.

En fait, 98% du temps, vous utilisez des programmes : pour aller sur internet, écrire du texte, retoucher une photo, ce sont des programmes qui réalisent ces choses là.

Les programmes sont faciles à écrire, parce que le système d’exploitation s’est chargé de tout le travail pénible (comment écrire octet par octet sur le disque, comment parler avec l’imprimante, comment afficher une fenêtre à l’écran). Les créateurs de programmes peuvent donc se concentrer sur quelque chose qui plaît aux commerciaux : ajouter de la valeur à votre travail.

Il faut voir les programmes comme des outil qui va prendre de l’information, le traiter, et vous fournir de l’information transformée. Un logiciel de traitement de texte va utiliser vos frappes sur les touches pour écrire du texte à l’écran, et vous permettre de l’imprimer. Un navigateur web va vous permettre d’accéder aux informations contenus sur Internet. Un logiciel de retouche photo va travailler à partir des informations contenus dans le fichier que vous modifiez, et de vos instructions avec la souris.

Chaque fois que vous utilisez un programme, quelqu’un a conçu les points d’entrée de l’information (clavier, souris, fichier…), et les méthodes de la transformer (retoucher la photo, écrire un texte), mais aussi les points de sortie de l’information : écran, imprimante, etc.

En conclusion

Nous avons vu que les programmes se sont pas tous égaux dans un ordinateur. un programme en particulier est au dessus des autres, c’est le système d’exploitation.

Les outils que vous utilisez quand vous utilisez un ordinateur sont des logiciels, ils dépendent du système d’exploitation pour fonctionner, et la seule chose qu’ils savent faire c’est transformer de l’information.

Mais un programme ça ne vient pas tout seul, quelqu’un a rédigé les instructions lui permettant de traiter l’information d’une certain façon, et il a également défini les points d’entrée et de sortie de cette information.

Dans la partie suivante, nous verrons concrètement comment les informaticiens rédigent des programmes, et pourquoi il ne faut pas en avoir peur (ni des programmes ni des informaticiens).

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Personne ne comprend l'informatique - Partie 2 : Signal, encodage, donnée, information

Mathieu — Wed, 21 Aug 2013 18:12:00 +0200

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On a vu que l’informatique c’était la science du traitement de l’information. Bon, mais c’est quoi une information ?

Signal

Tous les ordinateurs interagissent avec leur environnement (incluant d’autres ordinateurs) en utilisant des signaux électriques. Les composants de l’ordinateur s’envoient eux-même entre eux des signaux électriques, tous ces signaux constituent la base des ordinateurs pour communiquer (si on compare à un langage, ce sont comme des sons).

Un signal est un changement de tension sur un fil électrique. Ce changement peut provenir d’un capteur, ou d’une réaction du système lui même (signal en sortie), toujours est-il qu’il y a eu un changement d’état.

Le signal qui sort ou qui rentre d’un ordinateur est particulier : on dit qu’il est binaire. Cela veut dire que le signal n’a que deux valeurs possibles : une que l’on va appeler “vraie” ou “1”, et l’autre que l’on va appeler “faux”, ou “0”.

Cette limitation vient du mécanisme de traitement des ordinateurs. En effet les transistors (similaires aux relais dont nous avons parlé précédemment) présents dans le processeur ne sont capables de n’exprimer que deux états : ouvert (“faux” : le courant ne passe pas) ou fermé (“vrai” : le courant passe).

À partir de là, comment représenter des choses comme les lettres tapées sur un clavier, ou les couleurs de l’écran ? Le secret est : encodage.

Donnée

L’encodage est le processus par lequel un signal va se transformer en donnée.

Une donnée est un événement informatique représenté sous une certaine forme. La frappe d’un utilisateur sur le clavier va provoquer un ensemble de signaux électriques vers l’ordinateur, mais la frappe sur une certaine touche provoquera toujours toujours la même série de signaux électriques, on appelle ça un code.

Pour faire une analogie, c’est similaire au code morse. Le code morse est composé de “mots” ternaires (trois états : long, court, silence) codant des lettres. Par exemple la lettre A s’écrit : court, silence, long.

Ainsi un événement se produisant sur le clavier (frappe de touche) va se traduire par une suite de signaux électriques, toujours la même suite pour une même touche. La transformation de l’événement en suite de signaux est appelé l’encodage, et le produit en est la donnée.

Information

La donnée en elle-même n’apporte rien. C’est un code, un simple événement qui s’est produit à un moment donnée. L’apport de sens à cette donnée la transforme en information.

Reprenons la frappe sur une touche de clavier. Le code qui est produit en lui même ne veut pas dire grand chose (pas plus que “court, silence, long”). Mais lors de l’élaboration de l’ordinateur, on a décidé par convention que cette suite de signaux voudrait dire que l’utilisateur a frappé une certaine touche.

On peut donc convertir l’événement en lettre affichée à l’écran, et inversement. On a interprété la donnée comme une lettre frappée par l’utilisateur, on en a fait une information.

De la notion d’information viendra également la notion de protocole, où une suite de données sert à transmettre une information plus complexe qu’une simple lettre.

Conclusion

Nous avons vu comment une information est construite dans un ordinateur.

L’information est un concept théorique qui sert à dessiner tout plein de schémas, mais surtout à comprendre et modéliser les interactions dans un système. Votre ordinateur ne sait qu’exécuter les modèles issus de ces schémas, et transformer de l’information à partir de ces modèles.

Le genre de schémas que les informaticiens aiment bien faire, avec des flèches partout. Source de l’image.

Comment fait-il ? Comment un ordinateur gère-t-il la gigantesque quantité d’information que vous lui transmettez à chaque seconde ? Comment une image de plusieurs milliers d’octets (autrement dit, de “mots”) peut être transformée par l’ordinateur juste en cliquant avec votre souris sur votre écran ? Un clic de souris n’est certainement pas suffisant !

La partie suivante va éclaircir cette question en vous expliquant comment est structuré un ordinateur au niveau logique. La partie suivante va également tenter d’apporter un peu plus d’enthousiasme (selon mes calculs, la majorité d’entre vous trouve mes articles chiants).

Lire la suite : Partie 3 : Système d’exploitation et programmes

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Personne ne comprend l'informatique - Partie 0 : Lexique

Mathieu — Wed, 21 Aug 2013 15:32:00 +0200

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Parce que vous en aurez forcément besoin un jour : voici le lexique.

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

Logiciel : un logiciel (ou programme) est une suite d’instructions logiques permettant de transformer l’information.

M

N

O

P

Processeur : dans un ordinateur, le processeur est le composant qui va exécuter la transformation de l’information à partir des instructions fournies par les programmes.

Programme : voir Logiciel.

Q

R

S

Système d’exploitation : le système d’exploitation est le premier programme exécuté au démarrage de l’ordinateur. Il met en place tout ce dont les autres programmes ont besoin pour fonctionner.

T

Traitement : on appelle traitement la transformation de l’information par un logiciel.

U

V

W

X

Y

Z

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Personne ne comprend l'informatique - Partie 1 : Informatique et ordinateurs

Mathieu — Tue, 20 Aug 2013 22:53:00 +0200

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C’est une série de billets que je voulais faire depuis longtemps, mais par manque de temps et de sérénité pour les écrire, je m’étais abstenu.

Cette série de billets part d’un constat que je ne suis pas seul à faire : la majorité des gens qui utilisent des ordinateurs ne savent pas s’en servir. Il ne n’agit pas d’être un expert ou même de savoir démonter un ordinateur, il s’agit juste d’avoir la culture qui vous permet de comprendre les choses. Il y a des centaines de situations “bêtes” dans lesquelles se mettent les utilisateurs, tout ça parce qu’ils n’ont jamais eu les clefs pour comprendre l’informatique.

Si vous venez de vous reconnaître dans cette phrase, restez un peu. Je vais essayer avec cette série de (longs) billets de vous expliquer ce que c’est vraiment l’informatique, de faire sauter les frontières qui vous empêchent d’avoir confiance en vous devant votre écran. Et qui sait, peut être que d’un consommateur de numérique vous deviendrez un utilisateur curieux.

Cette série de billets sera longue, pleine de jargon et de concepts techniques, vous aurez souvent du mal à comprendre pourquoi vous avez besoin de savoir tout ça et où ça vous mène. Patience, ne les lisez pas tous, choisissez vos sujets favoris, laissez-vous guider, et posez des questions !

Vous pouvez utiliser les commentaires pour poser des questions, mais attention, je n’accepte que les questions bêtes. Pour les questions intelligentes, écrivez moi.

C’est quoi l’informatique ? Je suis certain que vous avez votre propre idée sur la question. Voici ce qu’est vraiment l’informatique : l’informatique est un terme générique qui regroupe l’ensemble des sciences de l’information.

Ok, on est pas plus avancé. Déjà il y a un concept important là dedans : l’informatique est une science. Tout comme la médecine, les mathématiques, ou encore la physique. Pas étonnant que vous n’y compreniez rien ? Pas étonnant surtout qu’on ne vous l’ai pas expliqué, la science c’est pas un argument commercial.

Historiquement, il faut séparer l’histoire de l’informatique de l’histoire des ordinateurs, parce que ce sont deux domaines qui ont évolué en parallèle, et qui n’ont trouvé leur point de réunion que récemment.

À l’origine de l’informatique : la cybernétique

La cybernétique est l’étude des systèmes. Un système est un ensemble de composants qui communiquent ensemble. Votre corps peut être vu comme un système où chaque organe travaille ensemble et s’auto-régule.

Le but de la cybernétique était de comprendre le fonctionnement des systèmes vivants pour en reproduire le comportement. De la cybernétique est venu la conception de système où les informations voyageaient entre les composants (le premier « système d’information »).

À l’origine des ordinateurs : les relais

Avant les années 1940, On avait des machines à calculer mécaniques, mais elles ne fonctionnaient que pour des calculs simples, et étaient encombrantes, limitées en taille de calcul et en complexité. En électronique, on avait des interrupteurs qu’on savait bien faire marcher manuellement, mais on n’avait pas de moyen de faire fonctionner des interrupteurs en cascade comme le faisaient les machines mécaniques, c’est là qu’on a inventé le relais.

Un relais téléphonique dans années 30 : « si j’ai du courant sur deux pôles, j’envoie du courant sur le 3e ». Source de l’image.

Un relais est un interrupteur qui s’active de manière électronique. C’est le premier composant électronique pouvant effectuer porter une opération logique (donc un calcul). Son descendant le transistor a ensuite vécu des jours heureux dans de nombreux appareil électroniques avant de subir une miniaturisation drastique en l’espace d’une décennie. De nous jours un microprocesseur comporte des millions de transistors dans quelques centimètre carré.

Avec les relais, on a pu construire des machines à calculer plutôt volumineuses mais très rapides.

L’enfant de la cybernétique et des relais : l’automatisme

Dans les années 1940, les premiers systèmes automatisés ont vu le jour grâce au branchement de relais en série. Quelques opérations simple : mise en marche de circuits puissance, affichage de voyants, temporisations, les machines ont commencé à devenir réactives aux informations transmises par l’opérateur et l’environnement, sans qu’un ordre direct n’active leur mécanisme.

Armoire à relais utilisée dans les télécommunications. Source de l’image.

Conceptuellement, ces armoires étaient des systèmes où une information (un signal électrique) était envoyée en entrée sur des fils électriques, était traitée par un petit circuit électronique, et de l’information sortait par des fils électriques.

Les ordinateurs de nos jours

De nos jours, un ordinateur peut se résumer à 100% comme une machine qui prend des informations en entrée et fournit des informations en sortie. Ces informations en sortie peuvent être transformées (imprimante, écran) ou non (communication entre ordinateurs).

Ceci est aussi un système informatique : l’envoi d’une information (“marche”) provoque une information (“rotation du robot”). Source de l’image.

Il y a des concepts théoriques (mathématiques) derrière les ordinateurs actuels. Vous n’avez pas besoin de les connaître pour comprendre l’informatique, pas plus que les lois de la thermodynamique quand vous faites cuire des pâtes.

Néanmoins, faisons ici une petite escale technique. Votre ordinateur est donc une machine à traiter de l’information. Mais comment fait-elle ? Il y a trois composant principaux dans un ordinateur : un mécanisme pour les entrées et les sorties d’informations, un mécanisme pour traiter les données, et un mécanisme pour les stocker.

Le mécanisme d’entrée-sorties se trouve sur ce que l’on appelle la carte mère de l’ordinateur. Tous les autres systèmes d’entrée et de sortie (aussi appelés périphériques) se branchent sur la carte mère (écran, imprimante, et même les ports USB).
Le traitement des données se fait principalement par le processeur.
Le mécanisme de stockage principal dans un ordinateur est la RAM. Le disque dur est un autre mécanisme de stockage, mais il n’est pas indispensable au fonctionnement d’un ordinateur.

Toutes les questions sur le contenu d’un ordinateur se résument à ces trois composants.

Conclusion

Nous avons vu que l’informatique vient de la cybernétique, évolution de l’automatisme vers le traitement de l’information.

Nous avons vu que les ordinateurs ne sont composés que de trois sous-systèmes : des mécanismes d’entrée et sortie, un mécanisme de traitement, et un mécanisme de stockage de l’information.

Dans la partie suivante nous entrerons un peu plus profondément dans l’informatique en terme de signal et de codage de d’information, en essayant de prendre un point de vue plus théorique.

N’oubliez jamais que l’ordinateur c’est juste la machine qui va servir à exécuter le traitement de l’information. Les mécanismes de traitement en eux-même sont des concepts théoriques plus ou moins complexes qu’il faut comprendre pour comprendre comment votre ordinateur réagit aux informations que vous lui envoyez. En conclusion, on ne fait pas de l’informatique quand on utilise un ordinateur, on fait de l’informatique quand on commande un ordinateur.

Lire la suite : Partie 2 : Signal, encodage, donnée, information.

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