Chapitre 1 : Introduction à l'Informatique

 

Chapitre 1 : Introduction à l'Informatique

1. Histoire et Évolution de l'Informatique

L'informatique, terme dérivé de l'association des mots "information" et "automatique", a une histoire riche et évolutive qui s'étend sur plusieurs siècles.

1.1. Les Origines de l'Informatique

Antiquité : L'abaque, un des premiers outils de calcul, utilisé par les Babyloniens, Égyptiens et Grecs
.
17ème siècle : Blaise Pascal invente la Pascaline (1642), une machine capable d'effectuer des additions et des soustractions.

19ème siècle : Charles Babbage conçoit la Machine Analytique (1837), souvent considérée comme le précurseur de l'ordinateur moderne. Ada Lovelace, travaillant avec Babbage, est reconnue comme la première programmeuse.

1.2. L'Ère des Calculatrices Mécaniques et des Ordinateurs Électromécaniques

1930s-1940s : Alan Turing propose le concept de la "Machine de Turing" (1936), une abstraction mathématique qui jette les bases théoriques de l'informatique moderne.

1940s : Les premiers ordinateurs électroniques, comme l'ENIAC (1945), apparaissent. Ces machines, basées sur des tubes à vide, sont énormes et coûteuses.

1.3. L'Ère des Ordinateurs Transistors et Circuits Intégrés

1950s-1960s : L'invention du transistor (1947) et du circuit intégré (1958) par Bell Labs marque le début de l'ère moderne de l'informatique. Ces innovations permettent de créer des ordinateurs plus petits, plus puissants et plus abordables.

1970s : Apparition des microprocesseurs, comme l'Intel 4004 (1971), qui donnent naissance aux premiers ordinateurs personnels (PC).

1.4. L'Ère de l'Informatique Moderne

1980s : La popularisation des PC avec l'IBM PC (1981) et les systèmes d'exploitation comme MS-DOS et plus tard Windows.

1990s : L'essor d'Internet, la création du World Wide Web (WWW) par Tim Berners-Lee (1991), et l'émergence du commerce électronique.

21ème siècle : L'ère des smartphones, des réseaux sociaux, du cloud computing et de l'intelligence artificielle (IA).

2. Architecture des Ordinateurs

L'architecture des ordinateurs désigne la structure et l'organisation des composants qui constituent un ordinateur.

2.1. Les Composants Principaux

Unité Centrale de Traitement (CPU) : Le "cerveau" de l'ordinateur, responsable de l'exécution des instructions. Il se compose de :Unité de contrôle (CU) : Supervise l'exécution des instructions en dirigeant les flux de données entre les composants.
Unité arithmétique et logique (ALU) : Effectue les calculs arithmétiques et les opérations logiques.
Mémoire :Mémoire vive (RAM) : Stocke temporairement les données et les programmes en cours d'exécution.
Mémoire morte (ROM) : Contient les instructions essentielles, comme le BIOS, nécessaires au démarrage de l'ordinateur.
Périphériques d'Entrée/Sortie :Entrée : Clavier, souris, scanner, etc.
Sortie : Moniteur, imprimante, haut-parleurs, etc.
Bus : Canaux de communication qui relient les différents composants entre eux.
Stockage :
Disques durs (HDD) et SSD : Stockent les données de manière persistante.
  • 2.2. Types d'Architectures
  • Architecture de von Neumann : Modèle classique où programme et données partagent le même espace mémoire.
  • Architecture Harvard : Sépare la mémoire pour les données et les instructions, souvent utilisée dans les systèmes embarqués.

3. Systèmes d'Exploitation : Concepts de Base

Un système d'exploitation (OS) est un logiciel qui gère les ressources matérielles et logicielles de l'ordinateur et fournit des services aux programmes d'application.

3.1. Fonctionnalités de Base d'un Système d'Exploitation

  • Gestion des Processus : Supervise l'exécution des processus, leur attribution de temps CPU, et la gestion de la concurrence.
  • Gestion de la Mémoire : Alloue et libère la mémoire pour les processus, et gère la mémoire virtuelle.
  • Gestion des Périphériques : Interface entre le matériel de l'ordinateur et les logiciels, gère les pilotes de périphériques.
  • Système de Fichiers : Gère le stockage, l'organisation, la hiérarchie, et les accès aux fichiers sur les supports de stockage.

3.2. Types de Systèmes d'Exploitation

  • Monotâche vs. Multitâche : Un OS monotâche gère un seul processus à la fois, tandis qu'un OS multitâche peut gérer plusieurs processus simultanément.
  • Systèmes d'exploitation temps réel (RTOS) : OS conçus pour répondre aux besoins critiques en temps réel, comme dans l'automobile ou l'aéronautique.
  • Systèmes d'exploitation grand public : Exemples incluent Windows, macOS, Linux, Android.

4. Introduction aux Réseaux Informatiques

Un réseau informatique permet à plusieurs ordinateurs de communiquer entre eux et de partager des ressources.

4.1. Types de Réseaux

  • Réseaux Locaux (LAN) : Réseau couvrant une petite zone géographique, comme une maison ou un bureau.
  • Réseaux Métropolitains (MAN) : Couvre une ville ou une grande zone urbaine.
  • Réseaux Étendus (WAN) : Couvre de grandes distances géographiques, comme un pays ou plusieurs pays.

4.2. Composants d'un Réseau

  • Serveur : Fournit des services aux autres ordinateurs du réseau.
  • Client : Un ordinateur qui accède aux services fournis par un serveur.
  • Routeur : Dispositif qui dirige le trafic entre différents réseaux.
  • Switch : Permet de connecter plusieurs dispositifs au sein d'un réseau local.

4.3. Protocoles de Communication

  • TCP/IP : Protocole de communication de base de l'internet, il assure le transfert des données d'un point à un autre.
  • HTTP/HTTPS : Protocole utilisé pour le transfert des pages web.
  • FTP : Protocole pour le transfert de fichiers.

4.4. Modèle OSI

  • Modèle en 7 couches : Chaque couche a une fonction spécifique, facilitant la standardisation des communications réseau.
    • Couches de 1 à 4 (Physique, Liaison de données, Réseau, Transport) : Concernent les aspects matériels et la transmission des données.
    • Couches de 5 à 7 (Session, Présentation, Application) : Gèrent l'interaction entre les applications et le réseau.