Introduction à l'informatique

Introduction

• L'informatique est la combinaison des mots "info" (information) et "matique" (automatique).
• Elle traite l'information de manière automatique et rationnelle à l'aide d'ordinateurs.
• Un ordinateur est une machine électronique qui exécute des opérations logiques et arithmétiques sur des chiffres binaires via un ensemble d'instructions organisées.
• Un ordinateur est capable de traiter, stocker et afficher des informations en utilisant des composants matériels(clavier, écran, unité centrale...) et logiciels.
• La partie logicielle guide la partie matérielle de l'ordinateur en interprétant et en exécutant des instruction, pour ensuite les transformer en informations compréhensibles.
• Le logiciel sert d'interface entre l'utilisateur et le matériel, permettant de manipuler et de traiter les données de manière logique et organisée.
• Le système informatique est composé d'un matériel(la partie physique et visible) et d'un logiciel(la partie logique et non visible).
• Les composants internes de l'ordinateur, essentiels au fonctionnement, se situent à l'intérieur de l'unité centrale (UC). (CPU, RAM...)
• Les périphériques sont situés à l'extérieur de l'UC et permettent l'interaction avec l'ordinateur ou l'ajout de fonctionnalités supplémentaires.
  • Ils sont souvent connectés via des ports USB ou HDMI.

Composants internes d'un ordinateur

• Carte mère
• Mémoires (vive, morte, disque dur)
• Microprocesseur
• Carte graphique (vidéo)
• Carte son
• Carte réseau
• Bloc d'alimentation
• Ventilateur

Carte mère

• La carte mère est le composant principal de l'ordinateur, servant à relier tous les autres éléments.
• Constituée de circuits imprimés et de connecteurs (slots) qui permettent de relier et de coordonner divers éléments:
  • Le processeur (CPU) exécute les instructions.
  • La mémoire vive (RAM) stocke temporairement les données en cours d'utilisation.
  • Les périphériques de stockage, comme les disques durs.
  • Les cartes d'extension, comme la carte graphique ou la carte son.
  • Les ports de connexion pour périphériques externes (clavier, souris, USB).
• C'est le centre nerveux de l'ordinateur, permettant à tous les composants de fonctionner ensemble.

Microprocesseur

• Le microprocesseur est souvent appelé processeur ou unité centrale de traitement (CPU).
• C'est le "cerveau" de l'ordinateur qui effectue la quasi-totalité des opérations, y compris les calculs nécessaires à l'exécution des programmes et instructions.
• Le microprocesseur est constitué d'un circuit électronique intégré capable d'exécuter des instructions et de traiter des données.
• Sa vitesse dépend de sa fréquence, exprimée en gigahertz (GHz), indiquant le nombre d'opérations qu'il peut effectuer par seconde.
• Une fréquence plus élevée signifie une exécution plus rapide des tâches.

Indices de performance d'un processeur

• Fréquence d'horloge (en GHz) indique la vitesse d'exécution des instructions.
  • 1 GHz permet de traiter 1 milliard de cycles par seconde.
• Le nombre de cœurs permet d'exécuter plusieurs tâches simultanément.
• Une mémoire cache accélère l'accès aux données fréquemment utilisées.
• Technologies HyperThreading et Turbo Boost

Coeur

• Un cœur ("core") est en fait un petit processeur à l'intérieur d'un autre processeur.
• Auparavant, les CPU n'avaient qu'un seul cœur et ne pouvaient exécuter qu'une tâche à la fois.
• Les processeurs multicœurs peuvent traiter plusieurs tâches simultanément, ce qui augmente significativement les performances.

Thread

• Est une série d'instructions envoyée par une application au CPU pour traitement.
• Les threads sont virtuels et optimisent les tâches envoyées par les processus aux cœurs physiques du processeur.

Multi-threading

• Technique logicielle qui divise une tâche principale en plusieurs sous-tâches ("threads") exécutées simultanément par les cœurs du processeur.
• Cette technique exploite les processeurs multicœurs, améliorant les performances des applications multitâches.
• Selon la conception, certaines tâches peuvent être mieux optimisées et traitées en parallèle, réduisant les temps d'exécution.

Hyper-Threading

• Technologies matérielles Hyper-Threading(Intel) et SMT (AMD) qui divisent un cœur physique en cœurs logiques (virtuels).
• En général, on obtient deux cœurs logiques par cœur physique, ce qui permet de traiter davantage de tâches en parallèle.

Processeur logique

• Unité d'exécution visible par le SE (OS) comme un processeur indépendant, subdivision d'un cœur physique.
• Avec Hyper-Threading, chaque cœur physique est divisé en deux processeurs logiques.
• Un CPU avec 4 cœurs physiques et Hyper-Threading activé sera vu comme 8 processeurs logiques par le système d'exploitation(SE).

Performance-Cores (P-Cores) et Efficient-Cores (E-Cores)

• Intel utilise une architecture hybride dans ses processeurs récents (Intel Core 12e génération et ultérieures) avec deux types de cœurs:
  • P-Cores sont conçus pour les travaux intensifs et sont les cœurs CPU standard à haute performance.
  • E-Cores sont ultra-efficaces et utilisés pour les tâches en arrière-plan nécessitant peu de puissance de calcul.
• Les P-Cores sont "puissants" tandis que les E-Cores sont "efficaces".

Comparaison entre Performance-Cores (P-Cores) et Efficient-Cores (E-Cores)

• P-Cores sont axés sur la performance maximale pour calculs intensifs mono-thread, avec fréquence et consommation d'énergie élevées, et support Hyper-Threading.
• E-Cores sont axés sur l'efficacité énergétique pour tâches légères multi-thread, avec fréquence et consommation d'énergie réduites, sans support Hyper-Threading.

Turbo Boost

• Technologie Intel permettant à un processeur d'augmenter dynamiquement sa fréquence d'horloge au-delà de sa fréquence de base.
• Augmente automatiquement lorsque le processeur détecte qu'il reste dans ses limites thermiques et énergétiques.
• Un processeur à 2,80 GHz peut fonctionner aussi rapidement qu'un processeur à 3,90 GHz si les outils de surveillance estiment que les tâches nécessitent une vitesse de traitement plus rapide.

Suffixe Intel des processeurs

• K : Déverrouillé pour l'overclocking.
• U : Ultra Low Power (basse consommation).
• H : Hautes performances graphiques.
• HK : Déverrouillé + Hautes performances.
• G : Graphiques améliorés.

Les mémoires

• Ensemble de composants électroniques qui stockent des données temporairement (usage immédiat) ou définitivement (usage à long terme), essentiel au fonctionnement de l'ordinateur.
• Deux grandes catégories de mémoire: volatile et non volatile.

Types de mémoire

• Mémoire vive (RAM)
• Mémoire cache
• Mémoire de stockage
• Mémoire ROM
• Mémoire graphique (VRAM)
• Mémoire virtuelle

Mémoire vive (RAM - Random Access Memory)

• Aussi appelée mémoire en lecture et écriture.
• Elle est temporaire et volatile : son contenu est perdu lorsque l'alimentation est coupée.
• Toutes les instructions et données envoyées par les périphériques d'entrée sont stockées dans la RAM.

Mémoire cache

• Type de mémoire vive (RAM) offrant un accès plus rapide au CPU par rapport à la RAM traditionnelle.
• Généralement intégrée directement dans la puce de l'unité centrale (UC) ou placée sur une puce distincte reliée à l'UC.
• Stocke temporairement les instructions et données fréquemment utilisées afin d'accélérer leur traitement par le CPU.
• Les niveaux de cache (Ll à L3) sont organisés pour optimiser l'accès aux données et améliorer les performances du CPU.

Hiérarchie de cache

• Afin d'obtenir un meilleur compromis entre coût et efficacité, plusieurs niveaux de cache sont utilisés, formant une hiérarchie.
• La plupart des ordinateurs intègrent généralement trois niveaux de cache: L1, L2 et L3.
• L1 est le plus proche du CPU, de petite taille et très rapide.
• L2 est plus grand que L1, mais sa vitesse d'accès est légèrement inférieure.
• L3 est encore plus étendu, mais avec une vitesse d'accès plus lente.
• L1 est directement intégré au processeur pour un accès ultra-rapide.
• L2 est souvent situé dans le même boîtier que le CPU, permettant une communication rapide.
• L3 est généralement situé sur la carte mère, séparé du CPU, ce qui peut entraîner une latence plus élevée.

Mémoire morte (ROM – Read Only Memory)

• Permet de lire les données et instructions, mais ne permet pas à l'utilisateur d'écrire quoi que ce soit dessus.
• Le contenu de la ROM est écrit par le fabricant et est livré avec l'ordinateur.
• C'est une mémoire non volatile : le contenu stocké n'est pas perdu même lorsque l'alimentation de l'ordinateur est coupée.

Mémoire de masse ou mémoire de stockage

• Mémoire non volatile, de grande capacité (plusieurs centaines de Mo à plusieurs centaines de Go), pour stocker à long terme des grandes quantités d'informations.
• Conserve les informations même une fois l'ordinateur éteint.
• Caractéristiques de la Mémoire de Stockage
  • Fonction principale : Stockage permanent des données.
  • Volatilité : Non volatile (les données sont conservées même sans alimentation électrique).
  • Exemples : Disques durs (HDD), disques SSD, disques optiques (CD, DVD), clés USB, cartes SD
  • Capacité : Grande capacité de stockage (Go, To)
  • Vitesse d'accès : Moins rapide que la RAM, mais variable (SSD > HDD)
  • Utilisation : Stockage des systèmes d'exploitation, applications, fichiers multimédia, documents, etc.

Types de Mémoire de Stockage

• Disque dur (HDD - Hard Disk Drive) utilise des plateaux rotatifs pour lire et écrire les données.
  • Ses avantages comprennent un prix moins coûteux pour les grandes capacités.
  • L'inconvénient est d'etre plus lent en comparaison avec SSD.
• Disque SSD (Solid State Drive) utilise des puces de mémoire flash pour stocker les données, offrant des vitesses d'accès plus rapides.
  • Ses avantages comprennent une vitesse de lecture/écriture plus rapide, résistance accru aux chocs.
  • L'inconvénient est qu'ils soient plus chers par Go comparé aux HDD, mais cette différence de coût se réduit avec le temps.
• La Mémoire Flash (clé USB, cartes SD, etc,) utilise des puces de mémoire pour le stockage.
  • Ses avantages comprennent la haute portabilité, pas de pièces mobiles.
  • L'inconvénient est Moins de capacité par rapport aux HDD ou SSD, mais suffisante pour des usages quotidiens.
• Disques Optiques (CD, DVD) utilise un laser pour lire et écrire des données.
  • L'avantage est que Bon pour l'archivage et la distribution de contenu.
  • L'inconvénient est qu'il soit moins couramment utilisés aujourd'hui en raison de la lenteur et de la faible capacité de stockage.

Mémoire graphique (VRAM)

• Puce uniquement dédiée à la carte graphique (GPU).
• Recueille et transforme les informations d'images brutes envoyées par le GPU en images affichables.
• Par exemple, lors des jeux vidéo ou l'utilisation d'applications graphiques, la VRAM stocke les textures, graphiques et objets.
• Les cartes graphiques dédiées ont de la VRAM propre (ex : 4 Go ou 8 Go).
• Les cartes intégrées, comme la Intel HD Graphics, utilisent une partie de la RAM système pour stocker les données graphiques.

Mémoire virtuelle

• Fonctionnalité d'un système d'exploitation qui permet à un ordinateur de compenser le manque de mémoire physique.
• Transfère temporairement des pages de données de la RAM vers un stockage sur disque.
• Lorsque l'OS manque de mémoire vive, il transfère temporairement des données vers le disque dur.
• Ce processus, appelé pagination, utilise un fichier d'échange (pagefile.sys sous Windows ou fichier swap sous Linux) sur le disque dur pour stocker les données qui ne tiennent plus dans la RAM.

Carte graphique (vidéo)

• Périphérique chargé d'envoyer l'image à l'écran.
• La qualité de l'image dépend de la qualité de la carte.
• Elle prend en charge la gestion de l'affichage, ce qui libère le processeur de cette tâche.
• Traite elle-même les informations nécessaires et utilise sa propre mémoire.
• NVIDIA et ATI/AMD sont les principaux fabricants de ce type de périphérique.

Carte son

• Composant qui permet à l'ordinateur d'émettre des sons.
• Elle permet donc de gérer les entrées-sorties sonores de l'ordinateur.

Carte réseau

• Interface entre l'ordinateur et le câble du réseau.
• Prépare, envoie et contrôle des données sur le réseau.

Bloc d'alimentation

• Fournit le courant électrique nécessaire au fonctionnement de l'ordinateur.
• Transforme et fournit l'énergie à la carte mère.
• Reliée aussi à certains composants tel que le lecteur/graveur de DVD par exemple.

Ventilateur

• Mécanisme de refroidissement forcé.
• Il est souvent placé sur le microprocesseur et d'autres composants de l'ordinateur qui peuvent avoir tendance à surchauffer.

Les périphériques

• C'est l'ensemble des composants matériels (dispositifs d'entrée et de sortie) connectés à une unité centrale par des lignes de transmission appelées bus.

Types de périphériques

• Périphériques d'entrée permettent à l'utilisateur d'introduire des données. Exemples : clavier, microphone...
• Périphériques de sortie permettent à l'ordinateur de communiquer des résultats à l'utilisateur. Exemples : écran, haut-parleurs.
• Périphériques d'entrée/sortie permettent à la fois d'entrer des données et de les récupérer. Exemples : disque dur, clé USB, CD/DVD, modem.

Caractéristiques techniques de l'écran (moniteur)

• Définition est le nombre total de points (pixels) qu'il peut afficher.
• La taille c'est la diagonale de l'écran exprimée en pouces.
• Taux de rafraîchissement mesure de combien de fois par seconde l'image est mise à jour, exprimé en hertz (Hz).
• Type de dalle désigne la technologie utilisée qui influence la qualité de l'image, les couleurs, le contraste, les angles de vision et les performances générales.
  • Les Dalles les plus populaires sont : TN, IPS, VA et OLED
• Résolution indique le nombre de pixels par unité de surface, exprimée en DPI (Dots Per Inch, points par pouce).
  • DPI = diagonale en pixels/diagonale en pouces
  • diagonale en pixels = √(largeur en pixels)² + (hauteur en pixels)².

Exercice : Classification des périphériques

• Souris : (E). Déplace un curseur à l'écran.
• Webcam : (E). Capture des images et des vidéos.
• Imprimante : (S). Imprime des documents.
• Casque audio : (S). Écoute les sons émis par l'ordinateur.
• Clé USB : (E/S). Transfère des données entre différents ordinateurs.
• Imprimante multifonction : (E/S). Imprime et scanne des documents.

Langage de l'ordinateur

• L'ordinateur communique en langage binaire: 1 (ou VRAI) et 0 (ou FAUX).
• Le codage binaire utilise deux états, 0 et 1, pour coder les informations.
• Les humains utilisent des systèmes comme le décimal, l'hexadécimal, etc.

Encodage des caractères en binaire

• Un élément de base ayant deux états (0 et 1) est appelé un bit.
• Un groupe de 8 bits est appelé un octet, qui est l'unité de base utilisée pour encoder un caractère.
• Les caractères sont encodés en binaire, chaque caractère étant représenté par 8 bits.
  • Par exemple : la lettre 'a' est encodée en binaire par 0110 0001, soit 97 en décimal.
• Il existe deux normes principales :
  • ASCII normalisé pour l'échange d'information, utilisé pour les caractères nécessaires à l'écriture en anglais.
  • UNICODE qui étend l'encodage pour inclure des caractères accentués et d'autres symboles internationaux.

Langage de l'ordinateur : bases numériques

• Base Décimale (Base 10): Nombre représenté à l'aide de puissances de 10.
  • 548 = 5 × 102 + 4 × 101 + 8 × 10°
• Base Binaire (Base 2): On utilise le même principe que la base 10, mais avec des puissances de 2.
  • 101002 = 1 × 24 + 0 × 23 + 1 × 22 + 0 × 21 + 0 × 2° = 2010
• Chaque chiffre représente une puissance de la base utilisée.

Conversion de Décimal à Binaire par Division

• Diviser le nombre décimal par 2.
• Enregistrer le reste de la division (qui sera 0 ou 1).
• Diviser le quotient obtenu par 2.
• Répéter ces étapes jusqu'à ce que le quotient soit égal à 0.
• Les restes enregistrés, lus de bas en haut, constituent le nombre binaire.

Tableau de Correspondance entre Différentes Bases

• Le tableau montre les correspondances entre les bases Décimal (Base 10) vers Binaire (Base 2) vers Octal (Base 8) vers Hexadécimal (Base 16)

Langage de l'ordinateur (Unités de mémoire)

• L'octet est une unité d'information composée de 8 bits pour stocker un caractère.
• Le regroupement des nombres en séries de 8 bits améliore la lisibilité, de la même manière que l'on regroupe les chiffres en séries de trois en base décimale.
• Table de conversion (taille mémoire)
  • 8 bits = 1 octet (0)
  • 1024 octets = 1 kilo-octet (Ko)
  • 1024 kilo-octets = 1 mega-octet (Mo)
  • 1024 mega-octets = 1 giga-octet (Go)
  • 1024 giga-octets = 1 tera-octet (To)

Cycle de travail d'un ordinateur

• Collecte de l'information: Réception d'informations via les périphériques d'entrée(clavier, souris, capteurs, etc.).
• Stockage des informations: L'enregistrement temporaire (RAM) ou définitif (disque dur, SSD) des données collectées.
• Traitement des informations: Le processeur (CPU) exécute des instructions pour traiter et organiser les données.
• Restitution des informations: L'ordinateur affiche ou transmet les résultats par des périphériques de sortie (écran, imprimante, haut-parleurs).

Comment choisir un ordinateur de qualité en 2024-2025 ?

• Processeur : Choisir un processeur performant selon l'usage (Intel Core i5/i7/i9).
  • Vérifier le nombre de cœurs (quad-core, hexa-core, octa-core), la technologie (HyperThreading, Turbo Boost) et la fréquence (GHz).
• Mémoire vive (RAM) : 8 Go minimum pour un usage standard, 16 Go pour le multitâche avancé, et 32 Go.
  • Ou plus pour des applications lourdes (montage vidéo, jeux).
• Stockage: Privilégier un SSD (NVMe recommandé) pour une rapidité optimale.
  • Capacité : 256 ou 512 Go minimum, 1 To conseillé pour les besoins élevés.
• Carte graphique : Essentielle pour les jeux, la création graphique et l'IA.
  • Choisir une carte dédiée (NVIDIA, AMD) plutôt qu'une intégrée.
• Connectique : Vérifier la présence de ports USB-C/Thunderbolt, HDMI 2.1, DisplayPort, Wi-Fi et Bluetooth.
• Autonomie : De 6h à 12h selon le modèle.
  • Privilégier des batteries à charge rapide (USB-C).
• Système d'exploitation : Windows, macOS et Linux.