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Introduction à l’informatique Cours complet G. Santini, J.-C. Dubacq IUT de Vil

Introduction à l’informatique Cours complet G. Santini, J.-C. Dubacq IUT de Villetaneuse S1 2016 G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 1 / 235 Organisation du module Remerciements ▶Les cours et exercices de ce module sont directement inspirés des documents de M. Bosc, J.-C. Dubacq et G. Santini. ▶D’autres intervenants ont participé à l’élaboration des supports. Les enseignements ▶12 sessions de 4h et du travail personnel ... ▶6 sessions pour la présentation générale du système d’exploitation Linux, ▶6 sessions pour la théorie de base du codage informatique Votre présence est obligatoire ▶Contrôle des présences. ▶Rapport des absences. L’évaluation ▶Une composition après la sixième session (sur papier ou sur ordinateur). ▶Une composition à la ﬁn du module (sur papier ou sur ordinateur). G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 3 / 235 Généralités Plan 1 Généralités Qu’est-ce qu’un ordinateur ? Les composants principaux et les principes de fonctionnement d’un ordinateur 2 Le système d’exploitation 3 Le système Linux 4 L’ordinateur de bas en haut 5 Organiser ses données 6 Fichiers exécutables et Processus 7 Compléments sur l’arborescence 8 Flux de données 9 Les scripts Bash G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 4 / 235 Généralités Qu’est-ce qu’un ordinateur ? Plan 1 Généralités Qu’est-ce qu’un ordinateur ? Les composants principaux et les principes de fonctionnement d’un ordinateur 2 Le système d’exploitation 3 Le système Linux 4 L’ordinateur de bas en haut 5 Organiser ses données 6 Fichiers exécutables et Processus 7 Compléments sur l’arborescence 8 Flux de données 9 Les scripts Bash G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 6 / 235 Généralités Qu’est-ce qu’un ordinateur ? Déﬁnition Déﬁnition (Ordinateur) Machine électronique programmable capable de réaliser des calculs logiques sur des nombres binaires. C’est une machine Hardware Le fonctionnement d’un ordinateur est basé sur une architecture matérielle (processeur, support de stockage, interfaces utilisateurs, connexion, ...) dont le fonctionnement est soumis aux lois de la physique. C’est une machine programmable Software Cette machine est capable de remplir des tâches diﬀérentes selon les instructions qui lui sont adressées. Ces instructions, rédigées sous forme de programmes par les informaticiens, sont traitées en ﬁn de course par le matériel de l’ordinateur. Interaction Hardware/Software La plupart du temps, l’informaticien n’a pas a interagir directement avec le matériel. Pour traiter avec les composants, tous les ordinateurs disposent d’une couche logicielle appelée système d’exploitation. Cette couche est en charge de faire la passerelle entre l’informaticien, ses outils, les programmes qu’il développe et, les composants et leur fonctionnement. G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 7 / 235 Généralités Composants et principes Plan 1 Généralités Qu’est-ce qu’un ordinateur ? Les composants principaux et les principes de fonctionnement d’un ordinateur 2 Le système d’exploitation 3 Le système Linux 4 L’ordinateur de bas en haut 5 Organiser ses données 6 Fichiers exécutables et Processus 7 Compléments sur l’arborescence 8 Flux de données 9 Les scripts Bash G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 8 / 235 Généralités Composants et principes Les interfaces La forme classique ▶Un ordinateur est classiquement composé d’une unité centrale et de périphériques matériels (écran, clavier, souris, disques durs, imprimantes/scaner, ...). ▶Les interfaces permettent l’interaction avec l’environnement (utilisateurs ou autres). Des formes très variées ▶Les ordinateurs modernes sont multiformes, ▶Ils remplissent des tâches très variées. G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 9 / 235 Généralités Composants et principes Points communs et diﬀérences Matériel commun ▶Des capacités de calcul : CPU et/ou GPU ▶De la mémoire : RAM, Disque dur, ... Logiciels similaires ▶Pour dialoguer avec le matériel : Système d’exploitation, Firmware ▶Pour accomplir ses tâches : logiciels, programmes, ... Périphériques diﬀérents ▶Interfaces : Connexions réseau, écrans, claviers, ... G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 10 / 235 Généralités Composants et principes La mémoire : une bibliothèque plus ou moins grande Le guichet et les ﬁches numérotées ▶Permet de stocker des informations comme nombre entiers Toute information d’un ordinateur peut être vue comme des nombres entiers ▶Fiches numérotées par des adresses entières. Exemple : la ﬁche numéro 221 contient la valeur 18. L’interprétation de l’information n’est pas incluse →notion de codage Les performances ▶Guichet unique d’accès : une requête à la fois. ▶On peut écrire une valeur dans une ﬁche ou lire une ﬁche, rien d’autre On peut aussi demander un paquet de ﬁches contiguës →plus rapide ! ▶Notion de mémoire cache hiérarchique : copie de Grande Bibliothèque dans une bibliothèque plus rapide et plus petite ▶Performance : de l’ordre de 20 Go/s G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 11 / 235 Généralités Composants et principes Le processeur : un moteur à quatre temps Un assemblage hétéroclite ▶Une unité de calcul qui sait faire... des calculs (simples) ▶Des registres qui retiennent chacun une valeur ▶Des circuits de transmission contrôlables électriquement, qui relient les composants entre eux et aussi le processeur à la mémoire. ▶Une unité de contrôle qui découpe une instruction en morceaux et contrôle les transmissions des circuits en fonction des résultats. Un cycle vital immuable Le processeur eﬀectue des opérations très rapidement, en suivant toujours la même procédure générale : 1. Récupération de l’instruction : on demande à la mémoire le contenu d’une adresse, dont la valeur est trouvée dans le registre PC. 2. Décodage de l’instruction : la valeur est analysée, les circuits de transmission sont mis en route 3. Exécution de l’instruction : l’unité de calcul est mobilisée 4. Écriture des résultats : un registre sauvegarde le résultat, le PC est augmenté de 1 Des instructions spéciﬁques, au lieu de calculs, permettent d’accéder à la mémoire en lecture (étape 2) ou écriture (étape 4) au lieu des registres. G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 12 / 235 Généralités Composants et principes L’étonnante eﬃcacité Les instructions données doivent être simples (opérations arithémtiques entre deux valeurs, tests élémentaires uniquement). ▶Les registres sont très rapides ; la durée d’un cycle est de l’ordre de la nanoseconde. ▶Toute opération complexe est divisée par un humain en opérations élémentaires →programmation. ▶Les instructions forment un code compact appelé code machine. Analogie : pour faire une multiplication, on peut faire plein d’additions et tester si on arrive à 0. Les grands défauts Aucune intelligence Aucune compréhension réelle des valeurs manipulées On ne peut pas tout surveiller →bugs G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 13 / 235 Généralités Composants et principes L’horizon matériel Interaction avec le matériel ▶Heureusement le programmeur ou l’utilisateur n’interagit pas directement avec le matériel (sauf pour remplacer une pièce défectueuse ou connecter un nouveau matériel ...). Le dialogue avec l’architecture matériel est l’aﬀaire de programmes dédiés. ▶Plusieurs couches logicielles existent entre le matériel et l’utilisateur : les ﬁrmwares, le noyau du système et les outils et programmes du système d’exploitation. ▶La plupart des logiciels que vous serez amené à développer n’interagiront qu’indirectement avec le matériel par le ﬁltre des librairies système. Haut Niveau → ▶Logiciel,langages de programmation, ... C’est le domaine de l’informatique et des informaticiens Une interface : Le système d’exploitation Bas niveau ▶Firmwares, exécution des instructions machine, ... ▶C’est le domaine de la physique et des électroniciens. G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 14 / 235 Le système d’exploitation Plan 1 Généralités 2 Le système d’exploitation La fonction du système d’exploitation La multiplicité des systèmes existants Comparatif 3 Le système Linux 4 L’ordinateur de bas en haut 5 Organiser ses données 6 Fichiers exécutables et Processus 7 Compléments sur l’arborescence 8 Flux de données 9 Les scripts Bash G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 15 / 235 Le système d’exploitation La fonction du système d’exploitation Plan 1 Généralités 2 Le système d’exploitation La fonction du système d’exploitation La multiplicité des systèmes existants Comparatif 3 Le système Linux 4 L’ordinateur de bas en haut 5 Organiser ses données 6 Fichiers exécutables et Processus 7 Compléments sur l’arborescence 8 Flux de données 9 Les scripts Bash G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 17 / 235 Le système d’exploitation La fonction du système d’exploitation Le système d’exploitation Le système d’exploitation permet de développer des programmes sans tenir compte de la complexité physique de la machine. Les programmes utilisent des fonctionnalités standardisées d’accès aux ressources matérielles. Côté Système, l’O.S. ▶coordonne l’utilisation des ressources (par exemple quel « programme » utilise le processeur à un moment donné, allocation de la mémoire, ...), ▶assure la maintenance et la ﬁabilité du système (par exemple gestion des ﬁchiers, de la sécurité informatique, ...) ▶fournit des services commun à tous les programmes Côté utilisateur, l’O.S. ▶facilite l’accès et l’utilisation des ressources matérielles, ▶propose une interface de programmation permettant d’utiliser ces matériels G. Santini, J.-C. Dubacq (IUTV) Introduction à l’informatique S1 2016 18 / 235 Le système d’exploitation La multiplicité des systèmes existants Plan 1 Généralités 2 Le système d’exploitation La fonction du système d’exploitation La multiplicité des systèmes existants Comparatif 3 Le système Linux 4 L’ordinateur uploads/Industriel/ systeme-pdf.pdf