Tout savoir sur la machine de Turing et l’architecture de Von Neumann đŸ“±

Sofiane MaziĂšres - Mis Ă  jour le 22/07/2021
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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 dĂ©veloppement conceptuel des ordinateurs dĂ©bute avec le mathĂ©maticien anglais Alan Turing qui imagina en 1936 le concept de “machine de Turing”. C’est un modĂšle abstrait du fonctionnement d’appareils mĂ©caniques de calcul. Elle prĂ©cise notamment le concept d’algorithme et est Ă  l’origine du fonctionnement des ordinateurs actuels. đŸ’»

👉 La machine de Turing est un ruban infini sur lequel se dĂ©place une tĂȘte de lecture/Ă©criture agissant en fonction de ce qui est lu. De nombreux chercheurs ont Ă©tudiĂ© les caractĂ©ristiques thĂ©oriques d’une machine de Turing.

Par exemple, le mathĂ©maticien Alonzo Church a prouvĂ© que tout problĂšme de calcul fondĂ© sur une procĂ©dure algorithmique peut ĂȘtre rĂ©solu par une machine de Turing. Aujourd’hui, plusieurs rĂ©alisations de cette machine ont Ă©tĂ© crĂ©Ă©es afin de faciliter la comprĂ©hension 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 participĂ© Ă  la crĂ©ation d’un des premiers ordinateurs : le Manchester Mark I. 😼

đŸŽ„ Tu veux en savoir plus sur la machine de Turing et les conditions de sa crĂ©ation, n’hĂ©site pas Ă  regarder le film The Imitation Game qui retrace toute l’histoire.

L’architecture Von Neumann

👉 Dans la lignĂ©e de la machine de Turing, Von Neumann va imaginer une machine universelle capable de simuler n’importe quelle machine de Turing. Ce sera la premiĂšre description d’un ordinateur Ă  programme enregistrĂ© (c’est-Ă -dire possĂ©dant une structure de stockage unique). Conçue en 1945, l’architecture de Von Neumann sĂ©pare l’ordinateur en 4 parties : 🔹

  • l’unitĂ© arithmĂ©tique et logique : effectue les opĂ©rations de base
  • l’unitĂ© de contrĂŽle : sĂ©quence les opĂ©rations
  • la mĂ©moire : contient les donnĂ©es et le programme Ă  transmettre Ă  l’unitĂ© de contrĂŽle
  • les dispositifs d’entrĂ©e-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 tĂ©lĂ©communication.

À lire aussi

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

Les ordinateurs modernes sont fondĂ©s sur l’architecture de Von Neumann. Chaque composant possĂšde un rĂŽle spĂ©cifique et permet Ă  ta machine de dĂ©coder et afficher cet article !

Le microprocesseur

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

Il est constituĂ© d’une unitĂ© arithmĂ©tique et logique, d’une unitĂ© de contrĂŽle et de registres pour mĂ©moriser des petites quantitĂ©s d’informations. Un processeur ne peut exĂ©cuter que du langage machine composĂ© 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-Ă -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 mĂ©moire de l’ordinateur.

Lors de l’exĂ©cution, les instructions en langage assembleur sont traduites directement en langage machine, celles-ci sont ensuite exĂ©cutĂ©es par le microprocesseur.

La mémoire

👉 Elle stocke les donnĂ©es et les programmes. D’un cĂŽtĂ©, la mĂ©moire volatile mĂ©morise les donnĂ©es en cours de fonctionnement. De l’autre, la mĂ©moire permanente oĂč se trouvent les programmes et donnĂ©es de base de la machine.

Le disque dur

👉 Il permet le stockage de grandes quantitĂ©s d’informations, par exemple des logiciels. Dans la culture populaire, lorsque l’on parle de la mĂ©moire d’un ordinateur, on parle souvent du disque dur. Pourtant, les informations qui y sont stockĂ©es sont mineures et sont relatives Ă  la personnalisation de celui-ci, et non Ă  son fonctionnement.

La mémoire vive (RAM)

👉 C’est l’espace de stockage principal du microprocesseur. Sa mĂ©moire est volatile et garde les donnĂ©es tant que l’ordinateur est en marche.

Dispositifs d’entrĂ©e-sortie (clavier, Ă©cran)

👉 Les claviers et les Ă©crans sont les dispositifs d’entrĂ©e-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 comprĂ©hensible tout en l’affichant (Ă©cran).

Les dispositifs d’entrĂ©e-sortie sont les parties utilisables par l’utilisateur et forment la partie immergĂ©e 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 diffĂ©rentes parties de l’ordinateur. 😉

Il en existe 3 : le bus d’adresse, le bus de donnĂ©es 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 modĂšle de machine de Turing a progressivement Ă©voluĂ© vers la dĂ©finition de l’architecture de Von Neumann puis la crĂ©ation des ordinateurs modernes.

👉 Ces concepts thĂ©oriques sont particuliĂšrement importants, car ils fondent les bases de l’utilisation des machines informatiques. Tu remarqueras que les composants actuels de nos machines fonctionnent selon ces schĂ©mas et concepts thĂ©oriques inventĂ©s il y a plus de 75 ans.

À bientît pour un prochain article !

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