Partie 9 de l'ordinateur
Mémoire
La mémoire d'un ordinateur peut être considérée comme une liste de cellules dans lesquelles des nombres peuvent être placés ou lus. Chaque cellule possède une « adresse » numérotée et peut stocker un seul nombre. L'ordinateur peut recevoir l'instruction de « placer le nombre 123 dans la cellule numéro 1357 » ou d'« additionner le nombre de la cellule 1357 à celui de la cellule 2468 et de placer le résultat dans la cellule 1595 ». Les informations stockées en mémoire peuvent représenter pratiquement n'importe quoi. Des lettres, des chiffres et même des instructions informatiques peuvent être placés en mémoire avec la même facilité. Le processeur ne faisant pas de distinction entre les différents types d'informations, il incombe au logiciel de donner un sens à ce que la mémoire ne considère que comme une suite de nombres.
Dans presque tous les ordinateurs modernes, chaque cellule mémoire est configurée pour stocker des nombres binaires par groupes de huit bits (appelés octets). Chaque octet peut représenter 256 nombres différents (28 = 256) ; soit de 0 à 255, soit de −128 à +127. Pour stocker des nombres plus importants, plusieurs octets consécutifs peuvent être utilisés (généralement deux, quatre ou huit). Lorsque des nombres négatifs sont nécessaires, ils sont généralement stockés en complément à deux. D'autres arrangements sont possibles, mais ne sont généralement pas observés en dehors d'applications spécialisées ou de contextes historiques. Un ordinateur peut stocker n'importe quel type d'information en mémoire si celle-ci peut être représentée numériquement. Les ordinateurs modernes disposent de milliards, voire de billions d'octets de mémoire.
Le processeur contient un ensemble spécifique de cellules mémoire, appelées registres, qui peuvent être lues et écrites beaucoup plus rapidement que la mémoire principale. Il y a généralement entre deux et cent registres selon le type de processeur. Les registres sont utilisés pour les données les plus fréquemment utilisées afin d'éviter d'avoir à accéder à la mémoire principale à chaque fois. Comme les données sont traitées en permanence, réduire le besoin d'accès à la mémoire principale (qui est souvent lente par rapport à l'ALU et aux unités de contrôle) augmente considérablement la vitesse de l'ordinateur.
La mémoire vive d'un ordinateur se décline en deux types principaux :
mémoire vive ou RAM
mémoire morte ou ROM
La RAM est lisible et inscriptible à chaque demande du processeur, mais la ROM est préchargée avec des données et des logiciels immuables ; le processeur ne peut donc que les lire. La ROM sert généralement à stocker les instructions initiales de démarrage de l'ordinateur. En général, le contenu de la RAM est effacé lorsque l'ordinateur est mis hors tension, tandis que la ROM conserve ses données indéfiniment. Sur un PC, la ROM contient un programme spécialisé, le BIOS, qui orchestre le chargement du système d'exploitation de l'ordinateur depuis le disque dur vers la RAM à chaque démarrage ou réinitialisation. Sur les ordinateurs embarqués, souvent dépourvus de lecteur de disque, tous les logiciels nécessaires peuvent être stockés en ROM. Les logiciels stockés en ROM sont souvent appelés micrologiciels, car ils s'apparentent davantage à du matériel qu'à des logiciels. La mémoire flash brouille la distinction entre ROM et RAM, car elle conserve ses données lorsqu'elle est éteinte, mais est également réinscriptible. Cependant, elle est généralement beaucoup plus lente que la ROM et la RAM conventionnelles, de sorte que son utilisation est limitée aux applications où une vitesse élevée n'est pas nécessaire.
Les ordinateurs plus sophistiqués peuvent comporter une ou plusieurs mémoires cache RAM, plus lentes que les registres, mais plus rapides que la mémoire principale. En général, les ordinateurs dotés de ce type de cache sont conçus pour y transférer automatiquement les données fréquemment utilisées, souvent sans intervention du programmeur.
Entrées/Sorties (E/S)
Les E/S sont le moyen par lequel un ordinateur échange des informations avec le monde extérieur. Les périphériques qui fournissent des entrées ou des sorties à l'ordinateur sont appelés périphériques. Sur un ordinateur personnel classique, les périphériques comprennent des périphériques d'entrée comme le clavier et la souris, et des périphériques de sortie comme l'écran et l'imprimante. Les disques durs, les lecteurs de disquettes et les lecteurs de disques optiques servent à la fois de périphériques d'entrée et de sortie. La mise en réseau informatique est une autre forme d'E/S. Les périphériques d'E/S sont souvent des ordinateurs complexes à part entière, dotés de leur propre processeur et de leur propre mémoire. Une unité de traitement graphique peut contenir une cinquantaine de petits ordinateurs, voire plus, qui effectuent les calculs nécessaires à l'affichage de graphiques 3D. Les ordinateurs de bureau modernes sont équipés de nombreux petits ordinateurs qui assistent le processeur principal dans les opérations d'E/S. Un écran plat de 2016 possède son propre circuit informatique.
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