publié le jeu. 09 novembre 2017

Un peu d'histoire: la machine de Turing

En 1642, Blaise Pascale est le premier à avoir conçu une machine à calculer mécanique, capable d'effectuer les quatre opérations élémentaires sur les entiers: addition, soustraction, multiplication, division.

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Par © 2005 David Monniaux / , CC BY-SA 3.0, Lien

Les machines ont ensuite évolué, afin d'être capable de réaliser d'autres calculs, et s'est ensuite poser la question: "Une machine peut-elle tout calculer?", "Existe-t-il une machine capable de décider si une proposition mathématique est vraie ou fausse?".

Pour répondre à cette question, Alan Turing propose en 1937 un modèle de machine appelé aujourd'hui machine de Turing. Cette machine a les caractéristiques suivantes:

Elle possède un ruban infini que lequel on dispose des données. La machine peut lire les données, les traiter et en écrire d'autres. Au bout d'un certain temps, il se peut qu'elle s'arrête, et on peut alors lire le résultat.

Turing démontre grâce à cette machine théorique qu'il existe certains problèmes que la machine n'est pas capable de résoudre.

On considère aujourd'hui l'ordinateur comme une réalisation concrète d'une machine de Turing universelle, c'est à dire une machine traitant des informations et capable de prendre comme donnée n'importe quel algorithme et de l’exécuter.

L'architecture de von Neumann

Le premier ordinateur électronique conçu pour être une machine de Turing est l'EINAC réalisé en 1943. Son architecture fut décrite par John von Neumann et sert de base, à quelques améliorations près, à l'architecture de tous les ordinateurs depuis.

Architecture de Von Neumann

Source: Informatique et sciences du numérique Spécialité ISN en terminale S - Avec des exercices corrigés et des idées de projets par Gilles Dowek

Cette architecture est centrée autour de deux composants principaux:

Ces deux circuits sont reliés par des fils appelés bus de communication. D'autres part, le processeur dispose de bus d'entrée et de sortie qui le relient à d'autres parties de l'ordinateur appelées les périphériques comme par exemple le disque dur, l'écran, le clavier...

Le processeur joue le rôle du chef d'orchestre, il donne des ordres aux périphériques et à la mémoire et est responsable de l'exécution du programme de l'ordinateur.

Au sein du processeur le traitement des tâches a été séparé en deux:

Le processeur possède également un très petit nombre de cases mémoires très rapides appelées des registres dont la capacité dépasse rarement quelques dizaines d'octet pour des raisons de coût et de place. Source Wikipedia

Quelques variations à l'architecture de von Neumann

La mémoire vive de l'ordinateur a besoin d'être alimentée en permanence pour garder les données, ainsi à chaque extinction de l'ordinateur, elle est perdue, on la qualifie de mémoire volatile.

Pour résoudre ce problème on recourt à deux types de mémoires non volatiles:

De plus, on délégué de plus en plus souvent les calculs onéreux d'affichage à la carte graphique pour soulager le processeur.

Exercices

  1. Classer les diverses mémoires présentes dans un ordinateur par "rapidité", et expliquer leurs rôles respectifs.

  2. En utilisant l'animation du CEA ci-dessous, réaliser en grand format, une vue schématique d'un ordinateur en indiquant le nom des diverses parties, leurs connexions, et leurs rôles.

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Voir l'animation Le fonctionnement d'un ordinateur sur http://www.cea.fr/multimedia/Pages/animations/technologies/fonctionnement-ordinateur.aspx

Nouveau: si votre appareil ne supporte pas flash, vous pouvez consulter la version vidéo.

Références