Les composants d'un ordinateur

On peut considérer qu'un ordinateur est constitué de trois éléments : le matériel informatique, les données et les logiciels.

Le matériel informatique comporte aujourd'hui quatre composants sous le modèle de von Neumann, bien que nous puissions avoir différents types de mémoire, différents types de sous- systèmes d'entrée/sortie, etc.

Le modèle de von Neumann définit clairement un ordinateur comme une machine de traitement de données qui accepte les données d'entrée, les traite et génère le résultat.

Stocker des données

Le modèle de von Neumann ne définit pas comment les données doivent être stockées dans un ordinateur. Si un ordinateur est un appareil électronique, la meilleure façon de stocker des données est sous la forme d'un signal électrique, en particulier sa présence ou son absence. Cela implique qu'un ordinateur peut stocker des données dans l'un des deux états.

De toute évidence, les données que nous utilisons dans la vie quotidienne ne sont pas seulement dans l'un des deux états. Par exemple, notre système de numérotation utilise des chiffres qui peuvent prendre l'un des dix états (0 à 9). On ne peut pas (encore) stocker ce type d'informations dans un ordinateur : il faut les changer pour un autre système qui n'utilise que deux états (0 et 1). Il faut aussi pouvoir traiter d'autres types de données (texte, image, audio, vidéo). Ceux-ci ne peuvent pas non plus être stockés directement dans un ordinateur, mais doivent être modifiés sous la forme appropriée (0s et 1s).

Organisation des données

Bien que les données ne doivent être stockées que sous une seule forme à l'intérieur d'un ordinateur, un modèle binaire, les données à l'extérieur d'un ordinateur peuvent prendre plusieurs formes. De plus, les ordinateurs (et la notion de traitement des données) ont créé un nouveau domaine d'étude appelé organisation des données, qui pose la question : peut-on organiser nos données en différentes entités et formats avant de les stocker dans un ordinateur ? Aujourd'hui, les données ne sont pas traitées comme une séquence plate d'informations. Au lieu de cela, les données sont organisées en petites unités, les petites unités sont organisées en unités plus grandes, et ainsi de suite.

La principale caractéristique des modèles de Turing ou de von Neumann est le concept du programme. Bien que les premiers ordinateurs ne stockaient pas le programme dans la mémoire de l'ordinateur, ils utilisaient le concept de programmes. La programmation de ces premiers ordinateurs impliquait de changer les systèmes de câblage ou d'allumer ou d'éteindre un ensemble d'interrupteurs. La programmation était donc une tâche effectuée par un opérateur ou un ingénieur avant le début du traitement réel des données.

Les programmes doivent être stockés

Dans le modèle de von Neumann, les programmes sont stockés dans la mémoire de l'ordinateur. Non seulement nous avons besoin de mémoire pour contenir les données, mais nous avons également besoin de mémoire pour contenir les programmes.

Une séquence d'instructions

Une autre exigence du modèle est que le programme doit être constitué d'une séquence d'instructions. Chaque instruction opère sur un ou plusieurs éléments de données. Ainsi, une instruction peut modifier l'effet d'une instruction précédente. Par exemple, la figure ci-dessous montre un programme qui saisit deux nombres, les additionne et affiche le résultat. Ce programme se compose de quatre instructions individuelles.

1. Saisissez le premier nombre en mémoire.
2. Saisissez le deuxième nombre en mémoire.
3. Additionnez les deux et stockez le résultat en mémoire. 
4. affichez le résultat.
        

On peut se demander pourquoi un programme doit être composé d'instructions. La réponse est la réutilisabilité. Aujourd'hui, les ordinateurs effectuent des millions de tâches. Si le programme de chaque tâche était une entité indépendante sans rien en commun avec les autres programmes, la programmation serait difficile. Les modèles de Turing et de von Neumann facilitent la programmation en définissant les différentes instructions utilisables par les ordinateurs. Un programmeur peut ensuite combiner ces instructions pour créer un nombre quelconque de programmes. Chaque programme peut être une combinaison différente de différentes instructions.

L'exigence qu'un programme consiste en une séquence d'instructions rendait la programmation possible, mais elle apportait une autre dimension à l'utilisation d'un ordinateur. Un programmeur doit non seulement apprendre la tâche effectuée par chaque instruction, mais aussi apprendre à combiner ces instructions pour effectuer une tâche particulière. En regardant ce problème différemment, un programmeur doit d'abord résoudre le problème étape par étape, puis essayer de trouver l'instruction (ou la série d'instructions) appropriée pour mettre en œuvre ces étapes. Cette solution étape par étape est appelée un algorithme. Les algorithmes jouent un rôle très important en informatique.

Au début de l'ère informatique, il n'y avait qu'un seul langage informatique, le langage machine. Les programmeurs ont écrit des instructions (en utilisant des modèles binaires) pour résoudre un problème. Cependant, à mesure que les programmes devenaient plus gros, écrire de longs programmes en utilisant ces modèles est devenu fastidieux. Les informaticiens ont eu l'idée d'utiliser des symboles pour représenter des modèles binaires, tout comme les gens utilisent des symboles (mots) pour des commandes dans la vie quotidienne. Bien sûr, les symboles utilisés dans la vie quotidienne sont différents de ceux utilisés dans les ordinateurs. C'est ainsi qu'est né le concept des langages informatiques. Une langue naturelle comme l'arabe est riche et possède de nombreuses règles pour combiner correctement les mots : un langage informatique, en revanche, possède un nombre plus limité de symboles et également un nombre limité de mots.

Quelque chose qui n'a pas été défini dans le modèle de von Neumann est le génie logiciel, qui est la conception et l'écriture de programmes structurés. Aujourd'hui, il n'est pas acceptable d'écrire simplement un programme qui effectue une tâche : le programme doit suivre des règles et des principes stricts.

Au cours de l'évolution des ordinateurs, les scientifiques ont pris conscience qu'il existait une série d'instructions communes à tous les programmes. Par exemple, presque tous les programmes ont besoin d'instructions pour indiquer à un ordinateur où recevoir des données et où envoyer des données. Il est plus efficace d'écrire ces instructions une seule fois pour l'utilisation de tous les programmes. Ainsi, le concept du système d'exploitation a émergé. Un système d'exploitation fonctionnait à l'origine comme un gestionnaire pour faciliter l'accès aux composants de l'ordinateur par un programme, bien qu'aujourd'hui les systèmes d'exploitation fassent bien plus.