📱 La machine et l’architecture de Von Neumann

Tu aimerais comprendre comment fonctionne un ordinateur ? Tu souhaites avoir plus d’informations sur le fonctionnement d’une machine de Turing ou de l’architecture de Von Neumann ?

Tu es au bon endroit ! Let’s go ! 🚀

La machine de Turing

L’histoire du développement conceptuel des ordinateurs débute avec le mathématicien anglais Alan Turing qui imagina en 1936 le concept de “machine de Turing”. C’est un modèle abstrait du fonctionnement d’appareils mécaniques de calcul. Elle précise notamment le concept d’algorithme et est à l’origine du fonctionnement des ordinateurs actuels. 💻

👉 La machine de Turing est un ruban infini sur lequel se déplace une tête de lecture/écriture agissant en fonction de ce qui est lu. De nombreux chercheurs ont étudié les caractéristiques théoriques d’une machine de Turing.

Par exemple, le mathématicien Alonzo Church a prouvé que tout problème de calcul fondé sur une procédure algorithmique peut être résolu par une machine de Turing. Aujourd’hui, plusieurs réalisations de cette machine ont été créées afin de faciliter la compréhension de son fonctionnement (dont une en Lego !).

Retrouve ici un simulateur en ligne d’une machine de Von Neumann.

Le savais-tu ?

Turing a directement participé à la création d’un des premiers ordinateurs : le Manchester Mark I. 😮

🎥 Tu veux en savoir plus sur la machine de Turing et les conditions de sa création, n’hésite pas à regarder le film The Imitation Game qui retrace toute l’histoire.

L’architecture Von Neumann

👉 Dans la lignée de la machine de Turing, Von Neumann va imaginer une machine universelle capable de simuler n’importe quelle machine de Turing. Ce sera la première description d’un ordinateur à programme enregistré (c’est-à-dire possédant une structure de stockage unique). Conçue en 1945, l’architecture de Von Neumann sépare l’ordinateur en 4 parties : 🔨

l’unité arithmétique et logique : effectue les opérations de base
l’unité de contrôle : séquence les opérations
la mémoire : contient les données et le programme à transmettre à l’unité de contrôle
les dispositifs d’entrée-sortie : permet de communiquer avec l’utilisateur

💡 Cette architecture de Von Neumann fait encore foi pour la conception et la construction de tous nos appareils de télécommunication.

Composants d’un ordinateur (machine de Von Neumann)🔌

Les ordinateurs modernes sont fondés sur l’architecture de Von Neumann. Chaque composant possède un rôle spécifique et permet à ta machine de décoder et afficher cet article !

Le microprocesseur

👉 Le microprocesseur exécute les instructions en langage machine des programmes informatiques. C’est le composant qui demande le plus d’énergie, il est donc situé proche du ventilateur. Il concentre plusieurs unités importantes de l’architecture de Von Neumann.

Il est constitué d’une unité arithmétique et logique, d’une unité de contrôle et de registres pour mémoriser des petites quantités d’informations. Un processeur ne peut exécuter que du langage machine composé directement de bits. Le programmateur utilise donc du langage assembleur pour communiquer avec celui-ci.

Le langage assembleur est le plus bas niveau de programmation (c’est-à-dire celui le plus proche du langage machine) lisible par un humain. En utilisant diverses instructions (par exemple : cmp, mov, str, add…), le langage agit directement sur la mémoire de l’ordinateur.

Lors de l’exécution, les instructions en langage assembleur sont traduites directement en langage machine, celles-ci sont ensuite exécutées par le microprocesseur.

La mémoire

👉 Elle stocke les données et les programmes. D’un côté, la mémoire volatile mémorise les données en cours de fonctionnement. De l’autre, la mémoire permanente où se trouvent les programmes et données de base de la machine.

Le disque dur

👉 Il permet le stockage de grandes quantités d’informations, par exemple des logiciels. Dans la culture populaire, lorsque l’on parle de la mémoire d’un ordinateur, on parle souvent du disque dur. Pourtant, les informations qui y sont stockées sont mineures et sont relatives à la personnalisation de celui-ci, et non à son fonctionnement.

La mémoire vive (RAM)

👉 C’est l’espace de stockage principal du microprocesseur. Sa mémoire est volatile et garde les données tant que l’ordinateur est en marche.

Clémence

HEC Paris

21€/h/h

Thibault

ENS Paris Ulm

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Sophie

Sciences Po Bordeaux

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M2 en droit à Assas

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Dispositifs d’entrée-sortie (clavier, écran)

👉 Les claviers et les écrans sont les dispositifs d’entrée-sortie de l’ordinateur. Ils te permettent de communiquer avec la machine en lui envoyant des informations (clavier) que la machine traite puis ils traitent l’information et la rende compréhensible tout en l’affichant (écran).

Les dispositifs d’entrée-sortie sont les parties utilisables par l’utilisateur et forment la partie immergée de l’architecture de Von Neumann. ⌨️

Les bus

Ici, on ne parle pas de transports en commun, mais de transport d’informations binaires (bits) entre les différentes parties de l’ordinateur. 😉

Il en existe 3 : le bus d’adresse, le bus de données et le bus de commande. Ils permettent la communication entre les autres composants de l’architecture de Von Neumann.

Conclusion sur la machine et l’architecture de Von Neumann 🔦

Tu sais maintenant comment le modèle de machine de Turing a progressivement évolué vers la définition de l’architecture de Von Neumann puis la création des ordinateurs modernes.

👉 Ces concepts théoriques sont particulièrement importants, car ils fondent les bases de l’utilisation des machines informatiques. Tu remarqueras que les composants actuels de nos machines fonctionnent selon ces schémas et concepts théoriques inventés il y a plus de 75 ans.

À bientôt pour un prochain article !