Matériel informatique - Partie 1
Le matériel informatique comprend les composants physiques d'un ordinateur, tels que l'unité centrale (CPU), la mémoire vive (RAM), la carte mère, le stockage de données, la carte graphique, la carte son et le boîtier. Il inclut également les périphériques externes tels qu'un écran, une souris, un clavier et des haut-parleurs.
En revanche, un logiciel est un ensemble d'instructions écrites qui peuvent être stockées et exécutées par le matériel. Le matériel tire son nom de sa rigidité, tandis que le logiciel est souple, car il est facile à modifier.
Le matériel est généralement commandé par le logiciel pour exécuter une commande ou une instruction. La combinaison de matériel et de logiciel constitue un système informatique utilisable, bien que d'autres systèmes ne soient constitués que de matériel.
Histoire
Les premiers appareils informatiques, plus complexes que l'ancien boulier, remontent au XVIIe siècle. Le mathématicien français Blaise Pascal a conçu un appareil à engrenages capable d'additionner et de soustraire, vendu à une cinquantaine d'exemplaires. Le compteur à échelons, inventé par Gottfried Leibniz en 1676, permettait également de diviser et de multiplier. En raison des limitations de fabrication et des défauts de conception de l'époque, le calculateur de Leibniz n'était pas très fonctionnel, mais des appareils similaires (la roue de Leibniz) sont restés en usage jusque dans les années 1970. Au XIXe siècle, l'Anglais Charles Babbage a inventé la machine à différences, un dispositif mécanique permettant de calculer des polynômes à des fins astronomiques. Babbage a également conçu un ordinateur polyvalent qui n'a jamais été construit. Une grande partie de sa conception a été intégrée aux premiers ordinateurs : des cartes perforées pour les entrées et les sorties, une mémoire, une unité arithmétique analogue aux unités centrales de traitement, et même un langage de programmation primitif similaire à l'assembleur.
En 1936, Alan Turing a développé la machine de Turing universelle pour modéliser tout type d'ordinateur, prouvant qu'aucun ordinateur ne serait capable de résoudre le problème de décision. La machine de Turing universelle était un type d'ordinateur à programme enregistré capable de reproduire les opérations de n'importe quelle machine de Turing (modèle d'ordinateur) en fonction des instructions logicielles qui lui étaient transmises. Le stockage des programmes informatiques est essentiel au fonctionnement des ordinateurs modernes et constitue le lien entre le matériel et les logiciels. Déjà avant cela, au milieu du XIXe siècle, le mathématicien George Boole avait inventé l'algèbre booléenne, un système logique où chaque proposition est vraie ou fausse. L'algèbre booléenne est aujourd'hui à la base des circuits qui modélisent les transistors et autres composants des circuits intégrés qui composent le matériel informatique moderne. En 1945, Turing acheva la conception d'un ordinateur (l'Automatic Computing Engine) qui ne fut jamais construit.
À cette époque, les progrès technologiques dans les domaines des relais et des tubes à vide permirent la construction des premiers ordinateurs. S'appuyant sur la conception de Babbage, des ordinateurs à relais furent construits par George Stibitz aux Laboratoires Bell et Howard Aiken de l'Université Harvard, qui conçut le MARK I. Toujours en 1945, le mathématicien John von Neumann, travaillant sur le projet ENIAC à l'Université de Pennsylvanie, conçut l'architecture von Neumann sous-jacente qui a servi de modèle à la plupart des ordinateurs modernes. La conception de Von Neumann comportait une mémoire centralisée pour stocker les données et les programmes, une unité centrale de traitement (CPU) avec un accès prioritaire à la mémoire, et des unités d'entrée/sortie (E/S). Von Neumann utilisait un bus unique pour transférer les données. Sa solution au problème de stockage, consistant à placer les programmes et les données à proximité les uns des autres, créait donc le goulot d'étranglement de Von Neumann lorsque le système tentait d'extraire les deux simultanément, ce qui limitait souvent les performances du système.
Architecture informatique
L'architecture informatique exige de prioriser différents objectifs, tels que le coût, la vitesse, la disponibilité et l'efficacité énergétique. Le concepteur doit maîtriser les exigences matérielles et de nombreux aspects de l'informatique, des compilateurs à la conception de circuits intégrés. Le coût est également devenu une contrainte importante pour les fabricants cherchant à vendre leurs produits à un prix inférieur à celui de leurs concurrents proposant un composant matériel très similaire. Les marges bénéficiaires ont également été réduites. Même lorsque les performances n'augmentent pas, le coût des composants a diminué au fil du temps grâce à l'amélioration des techniques de fabrication, qui entraîne moins de rejets lors de l'assurance qualité.
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