Introduction à l'informatique

Introduction

• Ce chapitre sert d'introduction au cours.

Sommaire

• Ordinateurs
• Composants matériels
• Réseaux
• Langage de programmation Java
• Développement de programmes
• Programmation orientée objet

Objectifs

• Comprendre la relation entre le matériel et le logiciel.
• Connaître différents types de logiciels et leur utilisation.
• Identifier les principaux composants d'un ordinateur et leur rôle.
• Expliquer l'interaction des composants matériels lors de l'exécution de programmes.
• Comprendre la connexion des ordinateurs pour le partage de données.
• Introduction à Java, y compris les étapes de compilation et d'exécution des programmes.
• Aperçu de la programmation orientée objet.

Ordinateurs

• Les ordinateurs (de bureau, portables, tablettes, consoles de jeux, etc.) partagent des caractéristiques communes.
• Malgré les variations, les données sont traitées de la même manière sur différents types d'ordinateurs.
• Un système informatique combine des matériels et des logiciels.
• Les ordinateurs possèdent des composants logiciels et des composants hardware.
• Les composants hardware incluent le clavier, le moniteur, l'unité centrale de traitement (CPU), les périphériques d'entrées/sorties, etc.
• Le hardware nécessite des instructions pour fonctionner et est donc inutile sans logiciel.
• Les composants logiciels comprennent des programmes et des données.
• Un programme est une série d'instructions que le matériel exécute séquentiellement.
• Un système d'exploitation est un ensemble de programmes qui contrôle les activités de la machine et gère les ressources, comme le CPU et la mémoire.
• Les systèmes d'exploitation incluent Windows, Mac OS, Unix et Linux.

CPU et mémoire principale

• La CPU est une puce qui exécute les commandes du programme.
• La mémoire principale est une zone de stockage primaire pour les programmes et les données en cours d'utilisation, synonyme de RAM.

Périphériques de mémoire secondaire

• Les périphériques de mémoire secondaire fournissent un stockage à long terme.
• L'information est déplacée entre la mémoire principale et la mémoire secondaire selon les besoins.
• Les exemples de dispositifs de mémoire secondaire incluent les disques durs et les clés USB.

Périphériques d'entrée/sortie

• Les périphériques d'E/S facilitent l'interaction de l'utilisateur.
• Les exemples incluent les écrans, les claviers, les souris et les écrans tactiles.

Ordinateurs: Représentation de l'Information

• Il existe deux méthodes pour stocker et gérer l'information : analogique (signal électronique) et numérique (digitale).
• L'information analogique est continue et directement proportionnelle à la source (signal électronique).
• L'information numérique est divisée en sections, chacune représentée séparément par un nombre.
• L'information numérique comprend les nombres, le texte, les graphiques, l'audio, la vidéo et les instructions de programme.

Echantillonnage

• Des informations peuvent être perdues entre les échantillons lors de la conversion analogique-numérique.
• Le processus d'échantillonnage divise un signal analogique en valeurs discrètes.

Représentation du texte

• Chaque caractère, y compris les espaces, les chiffres et la ponctuation, est stocké sous forme de nombre.
• Les lettres majuscules et minuscules sont des caractères séparés.

Table ASCII

• La table ASCII liste les caractères et leurs valeurs décimales et hexadécimales correspondantes.

Ordinateurs

• L'information numérique est stockée dans la mémoire en utilisant le système de nombres binaires.
• Un bit correspond à 0 ou 1, représentant deux états.

Permutations de bits

• Chaque permutation peut représenter un élément particulier.
• Il existe 2^N permutations de N bits.
• Le nombre N de bits nécessaire pour représenter 2^N éléments uniques.
• 1 bit peut représenter 2 éléments, 2 bits peuvent représenter 4 éléments, et ainsi de suite.

Composants matériels

• L'architecture d'un ordinateur spécifie sa structure.
• Décrit la relation ou les interactions entre ses différents composants matériels.
• La CPU et la mémoire principale sont les composants principaux ou le noyau.

Composants matériels: architecture

• Diagramme illustrant l'architecture matérielle typique.
• Illustre l'unité centrale de traitement, la mémoire principale, le bus et divers contrôleurs (disque, vidéo, etc.).

Composants matériels: organisation de la mémoire

• La mémoire principale est divisée en plusieurs emplacements de mémoire (ou cellules).
• Chaque cellule de mémoire a une adresse numérique unique qui l'identifie.

Composants matériels: stockage d'informations

• Chaque cellule de mémoire stocke un nombre défini de bits (généralement 8 bits, soit un octet).
• Les valeurs importantes sont réparties sur des emplacements de mémoire contigus.

Composants matériels: capacité de stockage

• Kilobyte (KB): 2^10 octets = 1024 octets.
• Megabyte (MB): 2^20 octets (plus d'un million).
• Gigabyte (GB): 2^30 octets (plus d'un milliard).
• Terabyte (TB): 2^40 octets (plus d'un billion).
• Petabyte (PB): 2^50 (un gros paquet).

Composants matériels: mémoire

• Les informations stockées dans la mémoire principale sont volatiles.
• Cela contraste avec la mémoire secondaire.
• L'accès aux informations stockées dans la mémoire principale et sur un disque se fait directement.
• Différents types d'accès à l'information existent: direct, aléatoire et séquentiel.

Composants matériels: mémoire

• RAM ou mémoire principale: lieu de stockage des programmes et des données actives (accès direct pour l'exécution).
• ROM (Read Only Memory): Support de stockage portable, tel que CD-ROM.
• L'information stockée sur la ROM ne peut pas être modifiée.
• Un CD-ROM est un périphérique de type ROM..
• Un CD-enregistrable (CD-R) est un périphérique utilisé pour enregistrer des informations une seule fois.
• Un DVD, comme un CD, stocke plus d'informations grâce à sa plus grande capacité.
• Un DVD-R a la même fonction qu'un CD-R.

Composants matériels: CPU

• La CPU est également appelée microprocesseur.
• La CPU interprète et exécute les instructions l'une après l'autre dans un cycle continu: recherche, décode et exécute l'instruction.
• La vitesse de la CPU (mesurée en GHZ) est contrôlée par le système d'horloge qui génère des pulsations électroniques à intervalles réguliers.
• Les pulsations coordonnent les opérations de la CPU.
• Une instruction est récupérée, puis extraite de la mémoire principale, exécutée, puis décodée pour déterminer ce qu'est l'instruction.

L'unité centrale de traitement

• L'unité arithmétique/logique effectue des calculs et prend des décisions.
• L'unité de contrôle coordonne les étapes de traitement.
• Les registres offrent de petites zones de stockage.

Composants matériels: moniteur

• La taille d'un moniteur est mesurée en diagonale.
• Un moniteur a une résolution maximale qui indique le nombre d'éléments appelés pixels qui peuvent être affichés.
• Les moniteurs à haute résolution produisent des images très nettes.

Réseaux

• Plusieurs ordinateurs peuvent être connectés en réseau pour partager des ressources et des données.
• Les nouvelles technologies exploitent la connexion des systèmes modernes.
• Un serveur de fichiers est un ordinateur qui stocke les applications et des données partagés entre les ordinateurs (utilisateurs) en réseau.
• Les réseaux partagent généralement une seule ligne de communication entre les ordinateurs.
• Chaque ordinateur peut être connecté à tous les ordinateurs du réseau, connu sous le nom de connexions point à point.

Un réseau informatique

• Topologies réseaux, y compris Bus, Anneau, Étoile, Étoile Étendue, Hiérarchique et Mesh.

Réseaux locaux

• Un réseau local (LAN) couvre avec une petite zone et un nombre limité d'ordinateurs.
• C'est connecter les machines dans une seule pièce ou un seul bâtiment.

Réseaux étendus

• Un réseau étendu (WAN) connecte deux ou plusieurs LAN.
• Couvre souvent de longues distances.

Réseaux

• Le réseau Internet est un WAN mondial.
• Le protocole TCP/IP (ensemble de règles de communication entre deux choses) utilisé pour la gestion de logiciels de réseau.
• IP - Internet Protocol : détermine le format de l'information transmise.
• TCP - Transmission Control Protocol : gère la manière dont les messages sont réassemblés et les informations perdues sont traitées.
• Chaque ordinateur a une adresse IP (par exemple, 204.192.116.2) et une adresse Internet unique (par exemple, hector.vt.edu, composée de ''hector" pour un ordinateur particulier et "vt.edu" pour le domaine ou l'organisation).

Réseaux

• Le World Wide Web permet d'accéder à différents types d'information via une interface partagée et repose sur les concepts d'hypertextes et d'hypermédias.
• Un browser comme Safari, Firefox ou Internet Explorer permet d'accéder aux ressources du réseau.
• Les ressources peuvent être du texte, des graphiques, de la vidéo, de l'audio, etc.
• Un document Web comprend des liens vers d'autres documents, créant un environnement hypermédia.
• Une URL (Uniform Resource Locator) est utilisée pour localiser des informations sur le Web, par exemple, http://www.google.com.
• L'URL spécifie à la fois le protocole (http) et parfois le document.

Langage de programmation Java

• Le langage Java a été crée par Sun Microsystems inc.
• Bien que plusieurs versions aient été proposées, les aspects fondamentaux du langage sont restés largement inchangés.
• Un langage de programmation définit les mots, les symboles et les règles d'écriture pour la création de programmes.
• La structure d'un programme comprend un ensemble de classes, contenant une ou plusieurs méthodes, contenant une ou plusieurs instructions.

Développement de programmes

• L'écriture d'un programme comprend plusieurs étapes:
• Écrire le programme dans un langage de programmation spécifique (comme Java).
• Traduire le programme dans un format que l'ordinateur peut comprendre.
• Tester et déboguer le programme.
• Divers outils prennent en charge ces tâches.
• Les langages de programmation sont divisés en quatre catégories:
• Langage machine.
• Langage d'assemblage.
• Langage de haut niveau.
• Langage de quatrième génération.

Développement de programmes

• Chaque ordinateur a son propre langage machine.
• Un programme doit être translaté en langage machine pour être exécuté.
• Le compilateur traduit le code dans un langage machine spécifique.
• Il existe une approche de translation légèrement différente pour Java.
• Le code Java est traduit en bytecode puis exécuté par la machine virtuelle (interprète).
• Les programmes Java peuvent être exécutés sur n'importe quelle machine disposant d'une machine virtuelle, offrant une portabilité.

Translation Java

• Le code source Java est compilé en bytecode Java, qui est ensuite exécuté par la machine virtuelle Java (JVM).

Développement de programmes

• Les environnements de développement incluent Java Development Kit (JDK) et Eclipse (ou d'autres IDE).
• La syntaxe et la sémantique sont essentielles.
• Les règles de syntaxe d'un langage de programmation définissent le formalisme d'écriture.
• La sémantique définit la signification des différentes instructions d'un programme.
• Un programme syntaxiquement valide peut toujours être sémantiquement incorrect.
• Les erreurs peuvent être des erreurs de compilation ou d'exécution.

Développement de programmes de base

• Les étapes impliquent l'édition et l'enregistrement du programme, la compilation, l'exécution et l'évaluation des résultats, avec des vérifications des erreurs à chaque étape.

Origine de la POO

• Simula et Simula67 ont été créés dans les années 1960.
• Smalltalk et C++ en 1980.
• OAK en 1990.
• Java en 1995.
• C# en 2001.

Paradigmes de programmation

• La programmation procédurale implique des données globales et des fonctions qui opèrent séparément sur ces données.
• La POO implique que les données et les fonctions soient encapsulées dans des objets.

Paradigmes de programmation

• La programmation impérative (procédurale) consiste en une série d'instructions qui modifient l'état du système.
• La programmation orientée objet implique un ensemble de blocs logiciels interagissant les uns avec les autres.
• Les intérêts du programmateur sont centrés sur fonctionnalité du programme dans le cas du procédural et sur la structure du programme dans le cas de l'orienté-objet.

Paradigmes de programmation

• La programmation procédurale (impérative) impliquant une exécution linéaire et des composants passifs.
• Les actions opèrent, puis affectent des données.
• Les instructions modifient l'état de la mémoire.
• Fortran, Lisp, Pascal et C sont des exemples du langage de POO (Programmation Orientée Objet).

Paradigmes de programmation

• La programmation orientée objet a une approche de l'interaction de composants actifs et de la réalité.
• La barrière entre les données et les traitements est faible voire inexistante.
• SmallTalk, C++, Python, Java et C# sont des exemples du langage de POO (Programmation Orientée Objet).

Paradigmes de programmation

• La programmation orientée objet utilise des objets qui contiennent des données internes et des traitements manipulant ces données, ou d'autres données.
• Les données d'un objet sont des attributs.
• Les traitements sont des méthodes.

Avantages de l'orienté objet

• Plus intuitif.
• Robustesse.
• Modularité et réutilisation.
• Maintenabilité.
• Compatibilité avec les applications distribuées.

Éléments de base de la POO

• Les éléments de base de la POO (Programmation Orientée Objet) sont:
• Objet.
• Classe.
• Référence.

Analogie avec la programmation procédurale

• Types: Classes dans la POO
• Variable: Objet dans la POO
• Valeur: Référence dans la POO

Programmation Orientée Objet

• Java est un langage de programmation orientée objet (POO).
• Dans la POO, l'OBJET est le principal concept.
• Un objet représente une entité du monde réel (par exemple, une voiture, une personne, une table, etc.).
• Un objet est caractérisé par son existence, son état et son comportement.
• Une classe définit un ou plusieurs objets et une classe appartient à un objet.
• Une classe est le concept de la POO (Programmation Orientée Objet).
• La méthode principale (main) contenu dans une classe correspond au point d'entrée d'un programme.

La classe: le moule, le modèle

• Une classe englobe à la fois des attributs et des comportements (méthodes).
• Une classe représente un ensemble d'objets partageant des caractéristiques et des comportements.
• La classe définit les objets formés en mémoire.
• Les valeurs liées à l'état sont stockées au sein des objets qui sont créés à partir des classes.

Contenu d'une classe

• Une classe comprend le nom de la classe, des attributs comme langueur et largeur, ainsi que des méthodes (fonctions ou procédures).
• Sa constitution comprend trois parties, les attributs, les types et les méthodes.

Exemple d'une classe

• La classe Rectangle contient des variables pour stocker la longueur, la largeur et l'origine et comprend également une méthode pour calculer la surface appelée Surface.

L'objet

• L'objet est une variable et une instanciation d'une classe.
• Les objet sont construit à partir de la classe.
• On définit un objet comme on définit une variable.
• Nom de la classe suivi du nom de l'objet donne la définition de l'objet.
• Par exemple, Formes un Triangle et Insectes uneMouche.

La référence

• Chaque instance de la classe commence à un emplacement mémoire unique.
• L'adresse est la référence de l'instance.
• On doit procéder ainsi lorsqu'on a besoin d'un objet pendant un traitement :
  • Déclarer et nommer une variable du type de la classe à utiliser;
  • Instancier l'objet dans la variable nouvellement déclarée du type à utiliser;
• Une fois cette instance instanciée, le programme accédera aux attributs et aux méthodes de l'objet par la variable contenant ses attributs et ses méthodes.

Fondements de la POO

• Encapsulation
• Abstraction
• Héritage
• Polymorphisme

Encapsulation

• Regroupe les données et les traitements dans une même entité pour faire fonctionner un objet.
• Le code extérieur ne peut pas avoir de visibilité à la constitution de la classe nécessaire à son fonctionnement.

Abstraction

• Définit un degrés d'abstraction plus haut à travers la notion d'objets.
• Identifie les propriétés et les mécanismes communs à un ensemble d'éléments.
• La vision abstraite de l'objet permet de se concentrer sur l'essentiel et permet de ne pas encombrer avec les détails.

Abstraction, encapsulation et interface

• Un niveau externe est visible par tous.
• Un niveau interne est seulement accessible via l'interface d'utilisation.

Héritage- relation et hiérarchie

• Regroupe le maximum de caractéristiques partagées entre les objets.
• Crée une relation entre les objets.
• Évite la duplication de code
• Crée des classes plus spécialisées et plus riches par l'héritage

Polymorphisme

• Issu du concept d'héritage
• Redéfinie les méthodes héritées de la super-classe
• Met à jour les actions pour qu'elles collent à cette classe
• Permets d'avoir une signature de méthode qui peux avoir plusieurs comportements selon le type d'objet.
• Permets d'avoir un code unifié et générique.

Ce chapitre introduit les concepts de base de l'informatique, y compris les composants matériels, les réseaux et la programmation Java. Il explore la relation entre le matériel et le logiciel, et explique comment les ordinateurs traitent et partagent des données. Un aperçu de la programmation orientée objet est également inclus.