PARTIE 3 : TRAITEMENT DE L'INFORMATION (MISE EN APPLICATION)



    Traitement de l'information : vers le premier ordinateur

Nous y sommes presque : la théorie sur le codage binaire et son traitement grâce à la logique booléenne sont au point.
(Voir les parties 1 et 2 de cette séquence)

Reste à créer un objet technique
(l'ordinateur) capable de mettre automatiquement en application cette logique mathématique.

Le premier à en poser les bases (dès 1930) s'appelle Claude Shannon
Claude Elwood Shannon, né le 30 avril 1916 à Petoskey (Michigan), est un ingénieur en génie électrique et mathématicien américain.
Il est l'un des pères, si ce n'est le père fondateur, de la théorie de l'information.
Il étudie le génie électrique et les mathématiques à l'université du Michigan dont il est diplômé en 1936.

Il utilise notamment l'algèbre de Boole dans sa maîtrise, soutenue en 1938 au Massachusetts Institute of Technology (MIT). Il y explique comment construire des machines électriques capables d'appliquer la logique booléenne (1 : circuit fermé, 0 : circuit ouvert).

En 1939, il épouse l’écrivaine Norma Levor, le couple vit à Princeton (New Jersey) mais divorce en 1941.
En 1949, il se remarie avec Mary Elizabeth Moore, avec qui il aura trois enfants.
Souffrant de la maladie d'Alzheimer dans les dernières années de sa vie, Claude Shannon est mort à 84 ans le 24 février 2001 à Medford dans le Massachusetts.

(Photo ci-dessous)



 


C'est en 1945, à l'université de Pennsylvanie, et en exploitant les recherches de Claude Shannon, que fut mis au point le premier ordinateur : l'ENIAC




  (Photo ci-dessous)


L'ENIAC : Electronical Numerical Integrator And Computer
Conçu et réalisé à la Moore School de l’université de Pennsylvanie
170m² – 12 300 tubes électroniques – 3500 opérations par seconde





    Principe de fonctionnement


L'idée de Claude Shannon fut d'utiliser l'électricité pour matérialiser les « 0 » et les « 1 » :



-- - Absence de courant électrique = « 0 » / « non » / « faux »



- Présence d'un courant électrique =
« 1 » / « oui » / « vrai »

Les composants électroniques utilisés dans un premier temps furent des tubes électroniques ou
« lampes » (exemple : l'ENIAC contenait 12 300 lampes). Mais celles-ci étaient peu fiables et très volumineuses (exemple : l'ENIAC occupait une salle de 170m² ; c'est à peu près l'équivalent de la salle de restauration du collège. Son temps de fonctionnement moyen sans tomber en panne ne dépassait pas 2 jours...).

Les lampes furent donc très rapidement remplacées par un composant plus petit, plus fiable et plus performant : le transistor.
Le transistor est un
« semi-conducteur » fabriqué à base de silicium

SILICIUM

En 1823, le chimiste suédois Berzelius découvre un nouvel élément : le silicium. Ce métalloïde gris sombre, qui entre dans la composition du sable, sera à la base de l'électronique et de l'informatique moderne.

Le silicium ne conduit le courant électrique que sous certaines conditions (on parle de "semi-conducteur"). Cette qualité fut exploitée dès 1947 pour fabriquer les premiers transistors. Ce fut une révolution en terme de miniaturisation des circuits électriques, qui jusque-là utilisaient des tubes électroniques (« lampes ») très volumineux.


.
Il a permis de miniaturiser et de fiabiliser les circuits électroniques.

Tube électronique (1948)
Hauteur : 5cm
Transistor (1960)
Diamètre : 8mm


Le raisonnement logique nécessitant de très nombreux transistors, il fut rapidement imagé d'intégrer plusieurs transistors en un seul composant. Et c'est ainsi qu'apparu, en 1958, le premier
« circuit intégré » (ou « puce électronique »).
Ci-dessous un exemple de circuit intégré comportant 4 fonctions
« OU ».
Sachant que chacune de ces fonctions est réalisée avec 2 transistors, on en déduit que ce circuit contient 8 transistors
(Plus d'autres composants électronique, notamment des résistances)


Circuit "Quad Or Gates - LS 7432"


Pour bien comprendre, voyons comment réaliser un circuit électronique
« intelligent », à base de transistors, capable de gérer le fonctionnement automatique d'un éclairage d'extérieur :





Faire l'exercice N°8 de votre fiche d'exercices


Le nombre de transistors contenus dans les circuits intégrés a rapidement progressé et ces circuits ont évoulé pour devenir des « microprocesseurs » ; ils sont aujourd'hui le cœur des ordinateurs.
Celui présenté ci-dessous date des années 1990.
Il mesure 1,5 cm² et intègre 1,2 millions de transistors. Il peut assurer 50 millions d'additions par seconde.



Microprocesseur " Intel Celeron "



    Conclusion

*1*
En combinant plusieurs transistors entre eux,
il est possible de faire raisonner un circuit électronique de manière logique
.
(logique booléenne)

Plus on intégrera de transistors, plus la quantité d'informations à traiter pourra être importante.
(et plus le raisonnement de l'ordinateur pourra être évolué)
Les premiers ordinateurs comportaient quelques milliers de transistors.
En 2024 les transistors d'un ordinateur se comptent par centaines de millions, voire par milliards !
 

*2*
Plus les circuits électriques seront miniaturisés, plus le traitement des informations sera rapide.
(car l'électricité a alors moins de chemin à parcourir)
Dans le futur la technologie optique (fibre optique) pourrait remplacer l'électricité.
(Car la vitesse de la lumière est supérieure à celle de l'électricité)


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Rendez-vous désormais à la partie 4 de cette séquence...
En effet, il nous reste encore un mystère à élucider :
La première version de l'ENIAC ne pouvait réaliser qu'un seul type de tâche à la fois.
Si l'on souhaitait lui faire faire une autre tâche, il fallait réaliser une nouvelle combinaison de
lampes (transistors).
Cela se faisait à la main, grâce à des fils électriques que l'on branchait un à un entre chaque lampe.
Cela pouvait prendre plusieurs jours...
Aujourd'hui un ordinateur est capable de passer, en quelques clics, de la lecture d'une vidéo à l'impression d'un texte ou à l'envoi d'un email. Ceci fut rendu possible grâce à la programmation.















   Jeu de flux logique
     Vous avez de l'avance dans votre travail ?
        Avec l'autorisation de votre professeur vous pouvez jouer au jeu ci-dessous.
        Il s'agit de résoudre des équations logiques (présentées sous forme de logigrammes)