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Chapitre 1
Historique et évolution des
ordinateurs
Repères historiques
Les premiers registres
- Abaque: première tablette à calculer en
Mésopotamie
- Boulier: vers 3500 av. J.C en Chine
Pas d’amélioration jusqu’au 17ème siècle.
• 1614: John Napier (Écosse) découvre les
logarithmes: multiplications et la division
transformées en une successions
d’additions.
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• 1620: mise en œuvre de cette invention au
moyen de la règle à calcul.
Les machines à calculer
1623: machine de Schickard (Allemagne):
fonctionnement mécanique basé sur le
principe de tiges proportionnelles aux log.
des nombres impliqués dans ces opérations.
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• 1643: Pascaline de Pascal (France):
fonctionnement mécanique à système de
roues à ergot. Additions + soustractions et
faisait aussi des reports.
• 1673: amélioration de la Pascaline par
Leibniz (Allemagne). Effectue les quatre
opérations de base + extraction de racines
carrées. Non construite faute de moyens
financiers.
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Machines à cartes perforées
• 1801: industrie de textile (France) Jacquard
et Falcon
• 1887: Hollerith (USA) machine à lire des
cartes (CENSUS MACHINE) utilisée dans
le recensement aux USA.
Ordinateur primitif
1830: Charles Babbage – machine à
différences- utilise les principes de report de
la Pascaline combinés avec les cartes
perforées de Jacquard.
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• 1834: Charles Babbage- machine
analytique- système de numérotation
décimal; accepte des nombres de 50
chiffres et en résultat, un nombre de 100
chiffres (imprimé, cartes perforées, courbe)
- projet non finalisé.
Cette machine réunissait déjà des fonctions
automatiques essentielles: mémoiredispositifs de calcul - fonction de
commande et d’entrée-sortie
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La machine analytique de
C. Babbage
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• 1930: L'Enigma et les Bombes Composée
d'un clavier, de 26 lampes pour représenter
l'alphabet et généralement de 3 rotors,
l‘Enigma était destinée à l'origine à crypter
des documents d'affaires.
• 1939 ABC par J. ATANASHOFF et
Clifford BERRY. Ce calculateur a été le
premier à utiliser le système binaire et était
capable de résoudre des équations à 29
variables.
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1941 Z3 par K. ZUSE.
Composé de 2600 relais, d'un lecteur de
bandes et d'une console pour l'opérateur,
sa mémoire pouvait contenir 64 nombres
de 22 chiffres exprimés en virgule
flottante. Il réalisait une multiplication en
trois à cinq secondes.
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1943 ASCC ou Harvard MARK 1 par H.
AIKEN. Cette machine, construite en
collaboration avec IBM, utilise un principe
inspiré par les travaux de C. BABBAGE.
Composée de 765 299 éléments, elle pesait
5 tonnes et avait besoin de plusieurs
tonnes de glace par jour pour la refroidir.
Ses performances et sa fiabilité étaient
remarquables mais elle ne pouvait
effectuer aucun saut conditionnel.
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1943 Colossus I Composé de 1 500 lampes
et d'un lecteur de bandes capable de lire
5000 caractères à la seconde. Ce
calculateur électronique anglais a été
conçu pour décoder les messages chiffrés
par la machine de Lorentz allemande qui
était un téléscripteur doté de rotors
(utilisant un principe assez proche de
l‘Enigma).
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1946 ENIAC, par J. ECKERT et J.
MAUCHLY
(Electronic Numerical Integrator and
Computer)
Commandé par l'armée des États-Unis en
1943 pour effectuer les calculs de
balistique, il remplaçait 200 personnes
chargées auparavant de calculer les tables
de tir. Il occupait 23 m³, pesait 30 tonnes,
coûtait un million de dollars.
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La machine ENIAC pesait 30 tonnes
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La machine ENIAC est disposée en U de 6
mètres de largeur par 12 mètres de longueur.
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1948: IBM SSEC, par Wallace Eckert
(Selective Sequence Electronic Calculator)
Ce calculateur composé de 20 000 relais et
de 12 500 tubes a servi pour le calcul de
tables de positions de la lune, mais a surtout
été une vitrine technologique (il était
d'ailleurs visible par le public) pour IBM.
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1948: Manchester Mark 1 (ou Ferranti
Mark I) Bâtie sur des plans de J.
NEUMANN par une équipe anglaise. Ce
prototype est le premier à disposer d'une
unité de commande interne et à suivre un
programme enregistré. C'est sur cette
machine de 1300 tubes qu'est utilisée pour
la première fois la mémoire à tubes
Williams.
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1949: EDSAC, par Maurice WILKES
(Electronic Delay Storage Automatic
Computer)
Cet ordinateur numérique et électronique
est basé sur l'architecture de J.
NEUMANN. Composé de 3000 tubes et
consommant 30KW, il utilise une mémoire
de type "lignes de retard à mercure". Il
s'agit d'une machine parfaitement
opérationnelle qui a été construite dans un
laboratoire de l'Université de Cambridge
en Angleterre.
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1951: Whirlwind Premier ordinateur "temps
réel "
1955: Premier calculateur transistorisé:
TRADIC
1960: PDP-1 (Programmed Data Processor)
C'est le précurseur des "minis". Vendu pour
$125 000 (une fraction du coût d'un
ordinateur de l'époque) et livré sans
logiciels, il était plutôt ciblé pour les
scientifiques et les ingénieurs.
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1959: IBM 1401: Utilisant des transistors et
des mémoire à tores de ferrite, fourni avec
un générateur d'applications (RPG) destiné
à en faciliter l'utilisation, cet ordinateur a
marqué une étape dans l'ère de la
comptabilité. L'imprimante (1403) associée
était d'une rapidité exceptionnelle (600
lignes par minutes !). IBM avait tablé sur un
millier de ventes... plus de 12 000
exemplaires seront vendus
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1964: IBM System/360: Alors que tous ses
ordinateurs utilisaient des architectures et
logiciels incompatibles entre eux, IBM
décida d'investir plusieurs millions de
dollars et de développer une gamme
entièrement nouvelle : 6 ordinateurs et 44
périphériques, ayant des capacités
différentes mais tous compatibles entre eux.
La technologie utilisée, loin d'être
innovante, était transistors et mémoire à
tores.
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1965: Premier mini-ordinateur diffusé
massivement: PDP-8 de DEC
1973: Micral-N de R2E
C'est le premier micro-ordinateur du
monde, il a été inventé par A. TRUONG,
fondateur de R2E: une petite société
française
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1973: l'Alto (renommé Xerox Star en 1981)
de XEROX
Ce prototype, pensé pour devenir le
bureau du futur, est un condensé des
idées proposées par les chercheurs réunis
par XEROX au Palo-Alto Research
Center (PARC). Il est le premier à
introduire l'idée de fenêtres et d'icônes
que l'on peut gérer grâce à une souris.
Principalement, en raison de son coût, cet
ordinateur ne connaîtra qu'un succès
d'estime.
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1975: Altair 8800 de ED. ROBERTS (MITS)
Il est considéré par les Américains comme
le premier micro-ordinateur du monde,
bien que ce soit le Micral-N. Cependant,
c'est pour l'Altair que sera le premier
BASIC Microsoft.
1976: CRAY I: Créé par Saymour CRAY,
c'est le premier ordinateur à architecture
vectorielle.
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1978: DEC VAX 11/780 (Virtual Address
eXtension)
Premier modèle de "supermini", cet
ordinateur 32 bits pouvait exécuter des
programmes écrits pour le PDP-11. Il avait
aussi suffisamment de ressources pour
supporter des applications qui étaient
jusqu'ici réservées aux gros mainframes. Il
reste aussi célèbre pour son système
d'exploitation VMS
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1982: Cray X-MP Composé de deux
Cray I mis en parallèle, il est 3 fois
plus puissant que celui-ci.
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1981: IBM-PC (Personnal Computer)
Cet ordinateur, qui n'apporte aucune
idée révolutionnaire, est la réaction du
n°1 mondial face à la microinformatique : Il était fait d'une
accumulation de composants standards
et de logiciels sous-traités
(principalement auprès de Microsoft)
dans le but de minimiser le temps
nécessaire pour sa mise au point.
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1983: Lisa d'APPLE
Steve JOBS, très intéressé par l'Alto
reprendra la plupart des idées de celui-ci
pour le compte d'APPLE, en particulier la
notion d'interface graphique (GUI) et
l'utilisation de la souris. Cependant, ce
micro-ordinateur ne connaîtra pas non plus
de succès commercial.
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1984: Amiga Utilisant un microprocesseur
Motorola 680x0, ce micro-ordinateur reste
parmi les leaders pour ce qui est du
graphisme et de la musique.
1984: Macintosh d'APPLE. Basé sur le projet
LISA, c'est l'ordinateur convivial par
excellence: Son utilisation est très simple
grâce à la souris et à la qualité de ses
graphismes. Il devient au fil des années, et
des différentes versions, l'autre grand
standard (avec le PC d'IBM) du monde de la
micro-informatique.
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1985: Cray II : Miniaturisé, il est 10 fois plus
puissant que son prédécesseur, le Cray I.
1986: The Connection Machine Premier
ordinateur "massivement parallèle"
composé de 16 000 processeurs.
1994: Paragon d'Intel. Coûtant 20 Millions
de dollars, occupant un volume de 48m3, il
est composé de 2000 processeurs et de 64
Giga-octets de mémoire. Il peut effectuer
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150 milliards d'opérations en virgule flottante
par seconde
1994: PowerMac d'APPLE
Basé sur le microprocesseur POWER-PC
réalisé par Motorola en collaboration
avec IBM, il était présenté comme le
successeur commun du PC et du MAC.
Cependant, malgré de très bonnes
performances, il tarde à s'imposer.
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1998: iMac d'APPLE
L'iMac était l'ordinateur d'Apple pour le
nouveau millénaire. Il a également marqué le
retour d'Apple (et de MacOS) au devant de la
scène. C'est l'ordinateur le plus original depuis
le premier Mac de 1984: Design très
particulier, écran et unité centrale intégrés
dans un seul boîtier, ports USB et pas de
lecteur de disquette interne.
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Ordinateur et changements
technologiques
• Première génération: Tubes électroniques
(lampes à vide)
• Deuxième génération: transistors
• Troisième génération: circuits intégrés
• Quatrième génération: microprocesseurs.
• Cinquième génération: intelligence
artificielle.
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Première génération
1949-1957
• Ordinateur à cartes perforées et à bandes
magnétiques
• Programmation physique en langage
machine
• Appareils immenses, lourds, énergie élevée
• Utilisation de tubes à vide et à mémoires à
tambour magnétique
• Prix élevé / capacité et performance.
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Deuxième génération
1958 - 1964
• Utilisation de transistors et des mémoires à
ferrite.
• Utilisation de mémoires de masse pour le
stockage périphérique.
• Temps d’accès moyen (de l’ordre de la
micro-seconde).
• Fonctionnement séquentiel des systèmes de
programmation (langages évolués).
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Troisième génération
1965-1971
• Miniaturisation des composants (circuits
intégrés)
• Apparition des systèmes d’exploitation
• Concepts de temps partagés
• Machines polyvalentes et de capacité variée
• Appareils modulaires et extensibles
• Multitraitement (plusieurs programmes à la
fois)
• Télétraitement (accès par téléphone)
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Quatrième génération
1971-1982
•
•
•
•
•
Miniaturisation extrêmes des composants
Apparition des microprocesseurs
Diversification des champs d’application
Apparition de la micro-informatique
L’aspect logiciel prend le pas sur l’aspect
matériel
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Cinquième génération
• Miniaturisation des composants poussée à
l’extrême
• Vitesse proche de celle de la lumière.
• Nouvelle architecture physique
• Possibilité de choix d’ordre des vecteurs
séquentiels à traiter
• Vitesse de traitement augmentée jusqu’au
gigalips (Logical Inference: de 100 à 1000
instructions)
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• Processeurs en parallèle
• Nouvelles structures et représentations des
données.
• Ajout du traitement de l’aspect sémantique
à celui de l’aspect syntaxique de
l’information
• Ordinateurs à photons
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Alternatives à cette classification
1- architectures et conception (PC
compatibles vs. Apple)
2- super-ordinateurs: SIMD vs. MIMD
3- RISC vs. CISC
4- taille: super, gros, mini, station ou micro
ordinateurs
5- …, etc.
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Évolution de la programmation
• Ada Byron (1816-1852): première
programmatrice pour la machine de
Babbage
• Adèle Goldstine: programme pour ENIAC
en 1946.
• Les premiers programmes en Langage
machine (0 et 1)
• Langage symboliques: assembleurs
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• Fortran (Formula Translator) vers
1950 par J. Backus.
• Apparurent aussi des langages
spécialisés comme le GPSS
(simulation) et APT (commande de
machines à outils)
• Vers la fin de 1950:
- Algol: notion de blocs
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• Cobol: applications de gestion.
• PL/1: dans le but de traiter plusieurs genres
d’applications (universels). Apparurent
ensuite les langages Pascal, Modula, C, ...
• La micro-informatique a répandu le Basic
• Langages fonctionnels (Lisp): utilisé dans
le traitement des expressions symboliques
• Langages Logiques (Prolog): intelligence
artificielle; pouvoir d’inférence
• Langages interrogatifs (bases de donnée)
tels SQL
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• D’autres types de langages sont apparus,
tels ceux de description: le langage HTML
(Hyper Text Markup Language: permet de
décrire un document dans le but de le
visionner dans un navigateur internet).
• Il existe aussi des langages permettant de
piloter d’autres éléments tels les langages
de script dans UNIX.
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Structure des ordinateurs
John Von Neumann est à l'origine (1946)
d'un modèle de machine universelle (non
spécialisée) qui caractérise les machines
possédant les éléments suivants :
• une mémoire contenant programme
(instructions) et données,
• une unité arithmétique et logique (UAL
ou ALU en anglais),
• une unité de commande (UC).
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• une unité permettant l'échange
d'information avec les périphériques :
l'unité d'entrée/sortie (E/S ou I/O),
( clavier, lecteur de cartes perforées, ruban, ...
écran, imprimante, cartes perforées, ....)
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Caractéristiques de la machine de
J. Von Neumann
• Machine contrôlée par programme
• Programme enregistré en mémoire
• Instruction du programme codée sous forme
binaire
• Le programme peut modifier ses
instructions
• Exécution des instructions en séquence
• Existence d’instructions de rupture de
séquence.
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Schéma de la machine de
Von Neuman
UAL = unité arithmétique et logique
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Ces dispositifs permettent la mise en oeuvre des
fonctions de base d'un ordinateur : le stockage de
données, le traitement des données, le mouvement
des données et le contrôle. Le fonctionnement
schématique en est le suivant :
Unité de Commande
1. extrait une instruction de la mémoire,
2. analyse l'instruction,
3. recherche dans la mémoire les données
concernées par l'instruction,
4. déclenche l'opération adéquate sur l‘UAL ou
l'E/S,
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5. range au besoin le résultat dans la
mémoire.
! La majorité des machines actuelles
s'appuient sur le modèle Von Neumann
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Quelques mots sur la mémoire
• Carte perforée à 80 colonnes (IBM)
Ce système qui deviendra un standard est la
généralisation de la carte perforée qui est à
l'origine de la compagnie.
• Mémoires à tubes Williams
Développée par F. C. Williams, ce type de
mémoire utilise les charges résiduelles laissées
sur l'écran d'un tube cathodique après qu'il ait
été frappé par le faisceau d'électron.
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Bande magnétique
Mémoires vives à tores de ferrite
Pendant une petite vingtaine d'année, ce
principe de mémoire sera le plus utilisé
avant d'être remplacé par la mémoire à
semi-conducteurs.
Tambour magnétique
Disque magnétique
Aussi appelé disque dur, ce type de
support deviendra incontournable
lorsqu'il prendra sa forme actuelle en
1974: Le disque Winchester.
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Mémoires à semi-conducteurs
Disques souples
Mémoire magnétique à bulles (Intel) Mise au
point par Intel Magnetics , c'est une technologie
qui offrait une très grande fiabilité même dans des
conditions de fonctionnement extrêmes.
Disque Opto-Numérique (aussi appelé
Compact Disc ou Disque Optique Compact)
Disque de plastique de 12 cm de diamètre et
1,2 mm d'épaisseur lu par un faisceau laser
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où l'on peut stocker environ 75
minutes de musique. Son
succès, outre son format, vient
de l'exceptionnelle qualité de
reproduction sonore, de sa
faible fragilité ainsi que de son
inusabilité pas de contact).
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CD-ROM (Sony et Philips) (Compact Disc
Read Only Memory) - Cédérom en français
Version informatique du CD permettant de
stocker à la fois du texte, des images, des
sons... Sa capacité était exceptionnelle pour
l'époque: 680 Mo.
R.N.I.S (Réseau Numérique à Intégration de
Services) - Baptisé Numéris par France
Télécom
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Réseau publique (comme le Réseau Téléphonique
Commuté) où toutes les données (voix, images,
données informatiques...) circulent en
numérique
DVD-ROM (Sony et Philips): Successeur
annoncé du CD-ROM dont il reprend
exactement le format physique. Sa capacité
est par contre multipliée par 12 et passe à
environ 8,5 Go.
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Les Clés USB
Il s'agit simplement d'une puce mémoire avec un
connecteur USB. L'ensemble à la taille d'une clé
(et peut d'ailleurs se mettre en porte-clé) ce qui a
donné son nom. Les capacités actuelles dépassent
celles d'un CD-ROM avec l'avantage d'être
réinscriptible à volonté.
Quelques mots sur les systèmes
d’exploitation
Définition
Un système d'exploitation (SE; en anglais: OS
= operating system) est un ensemble de
programmes de gestion du système qui
permet de gérer les éléments fondamentaux
de l'ordinateur:
le matériel - les logiciels - la mémoire - les
données – les réseaux.
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57
Fonctions d’un système
d’exploitation
•
•
•
•
•
•
•
Gestion de la mémoire
Gestion des systèmes de fichiers
Gestion des processus
Mécanismes de synchronisation
Gestion des périphériques
Gestion du réseau
Gestion de la sécurité.
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58
Un exemple
Soit la commande suivante: emacs monfichier.txt
Juste après avoir tapé le <Return> fatidique, le
système d'exploitation est mis à contribution. A
savoir qu'il doit ;
1) aller chercher sur le disque dur un fichier qui
s'appelle emacs et qui doit être impérativement un
fichier d'instruction à exécuter (fichier exécutable
ou "binaire").
2) aller chercher sur le disque dur un fichier qui
s'appelle monfichier.txt et rattacher ledit fichier à
l'exécutable emacs en tant que fichier de données.
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59
3) trouver une place en mémoire RAM pour y
placer tout ou partie de emacs de telle
manière qu'il soit effectivement exécutable
et une place en RAM pour y placer tout ou
partie du fichier monfichier.txt. Trouver une
place en RAM pour y mettre une zone de
communication avec emacs. Le SE et emacs
doivent communiquer entre eux afin de
s'informer (entre autres choses) du bon
déroulement des opérations.
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4) Si les fichiers emacs et monfichier.txt sont
trop gros pour la place disponible en RAM ,
le SE se charge de ne mettre en mémoire
vive que la partie des fichiers effectivement
utile à l'instant t pour le processeur. Dès
qu'une autre partie du fichier devient utile la
partie précédente est effacée de la RAM, et
la zone "utile" est recopiée à sa place. Cette
technique s'appelle le "swapping".
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61
Il existe actuellement plus de 193 systèmes
d’exploitation dans 27 langues
Quelques exemples
• UNIX
• VMS
• MS-DOS
• Win 9X = désigne les Windows 95-98-Me,
héritiers de MS-DOS et Win 3.1. Il n'a aura plus
de nouvelles versions. Cette gamme est remplacée
par Win XP home.
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• Windows NT est le système d’exploitation
Microsoft conçu pour se passer de MS-DOS, tout
en gardant une grande compatibilité avec les
logiciels écrits pour MS-DOS, Win 3 et plus tard
Win 9X (= Win 4.0).
• Windows 2000 est le nom commercial de Win
NT 5.0, et Win XP celui de NT 5.1
• Pour ceux qui confondent : Win 2000, n'est pas le
successeur technique de Win 98 :
• Win 98 a besoin de MS-DOS pour démarrer.
• Win NT-2000-XP l'émule dans une machine
virtuelle.
•
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63
• les périphériques d'entrée-sortie (par
exemple les cartes d'extension) varient d'un
modèle d'ordinateur à un autre. Il faut donc
un système qui puisse unifier l'écriture des
instructions gérant le matériel. Ainsi,
lorsqu'un programme désire afficher des
informations à l'écran, il n'a pas besoin
d'envoyer des informations spécifiques à la
carte graphique (il faudrait que chaque
programme prenne en compte la
programmation de chaque carte...), il envoie
les informations au système d'exploitation,
qui se charge de les transmettre au
périphérique concerné...
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64
• La communication avec le système
d'exploitation s'établit par
l'intermédiaire d'un langage de
commandes et un interpréteur de
commandes. Cela permet à l'utilisateur
de piloter les périphériques en ignorant
tout des caractéristiques du matériel
qu'il utilise, de la gestion des adresses
physiques...
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65
• Le systèmes multi-tâches Les système
d'exploitation multi-tâches permettent de
partager le temps du processeur pour
plusieurs programmes, ainsi ceux-ci
sembleront s'exécuter simultanément.
• Pour réaliser ce processus, les applications
sont découpées en séquence d'instructions
appelées tâches ou processus. Ces tâches
seront tour à tour actives, en attente,
suspendues ou détruites, suivant la priorité
qui leur est associée.
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66
• Un système est dit préemptif lorsqu'il
possède un Ordonnanceur (aussi appelé
planificateur ou scheduler), qui répartit,
selon des critères de priorité le temps
machine entre les différentes tâches qui en
font la demande.
• Le système est dit à temps partagé
lorsqu'un quota de temps est alloué à chaque
processus par l'ordonnanceur. Cela est
notamment le cas des systèmes multiutilisateurs qui permettent à plusieurs
utilisateurs d'utiliser simultanément sur une
même machine des applications similaires.
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67
Le système est alors dit "système
transactionnel". Dans ce cas, le système
alloue à chaque utilisateur une tranche de
temps (quantum de temps).
• Systèmes multi-processeurs Ces systèmes
sont nécessairement multi-tâches puisqu'on
leur demande d'une part de pouvoir exécuter
simultanément plusieurs applications, mais
surtout d'organiser leur exécution sur les
différents processeurs (qui peuvent être
identiques ou non). Ces systèmes peuvent
être soit architecturés autour d'un processeur
central qui coordonne les autres
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68
processeurs, soit avec des
processeurs indépendants qui
possèdent chacun leur
système d'exploitation, ce qui
leur vaut de communiquer
entre eux par l'intermédiaire
de protocoles.
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69
• Les types de systèmes d'exploitation
deux types de systèmes d'exploitation: les
systèmes 16 bits et les systèmes 32 bits.
- DOS codage sur 16 bits mono-utilisateur
- Windows 3.1 codage sur 16/32 bits multitâche préemptif
- Windows 95/98/Me 32 bits multi-tâches
préemptif
- Windows NT/2000 32 bits multi-tâches
préemptif
- Unix 32 bits multi-tâches préemptif
- VMS 32 bits muli-tâches préemptif
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Pour en savoir plus
• Moreau, René (1982): ainsi naquit l’informatique,
les hommes, les matériels à l’origine des concepts
de l’informatique d’aujourd’hui, deuxième édition,
Dunod.
• Randell, Brian (1982): the origin of digital
computers: selected papers; Springer Verlag
• Les ordinateurs de cinquième génération;
MICRO-SYSTEMS, février 1983.
• Des photons dans l’ordinateurs, MICROSYSTEMS, décembre 1983
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71
• Machines pensantes, DIMENSIONS
SYSTEMS, 1984-1985.
• Les calculateurs analogiques, MICROSYSTEMS, juillet-août 1986.
• Pour la science: spécial informatique du
futur. No. 122, décembre 1987.
• Pour la science: L’informatique des années
90, No. Spécial 72.
• Pour la science: communication, ordinateurs
et réseaux, numéro spécial, 1991.
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72
• R. Keyes: L’avenir du transistor; pour la
science, août 1993.
• Une adresse de site utile
www.histoire-informatique.org/grandes_dates
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