Numérisation - video du site du CEA

Les machines ne comprennent que les chiffres ! Et pas n’importe lesquels : 0 et 1 sont ses préférés… Pourtant, une machine comme celle qui vous sert à afficher cette page n’est pas (seulement) une calculatrice:

Comment peut-on travailler avec du texte ou des images sur une machine, qui ne manipule que du binaire?

Mémoire d’une machine

Une machine manipule des données numériques BINAIRES. Ce sont des nombres constitués de chiffres ne pouvant prendre que 2 valeurs, 0 ou 1 : des bits.

Le stockage des bits s’est fait autrefois sur support papier (avec/sans trou):

Une machine comme l’IBM 1401 lisait les cartes (a) pour en recopier le code sur une bande magnétique (b). Un gros calculateur lisait cette bande (c), exécutait les jobs (d) puis transcrivait les résultats sur une autre bande (e) postposant ainsi l’impression des résultats (impression off-line) faite ensuite par un ordinateur plus léger (f).

On devine en quoi les machines ont grandement evolué: aujourd’hui, le processeur gère tout seul l’accès aux données et aux programmes. Il n’y a plus besoin d’un personnel humain…

Mais alors, comment représenter et organiser les données sur un support (mémoire) pour qu’elles soient accessibles (lecture/ecriture) par le processeur ?

Aujourd’hui, le support mémoire est constitué de milliards de transistors, possédant 2 niveaux de tension : 5V ou 0V.

C’est donc le transistor qui permet la représentation d’un bit de donnée, en ajustant la tension électrique au niveau haut ou au niveau bas.

Loi de Moore

voir la presentation:

Le nombre de transistors sur une puce électronique devrait être doublé tous les 2 ans, pour le même prix de fabrication. Les transistors deviennent donc de plus en plus petits.

La figure suivante montre l’évolution du nombre de transistors pour un même élement de surface:

Lien page wikipedia

Cette miniaturisation a un effet sur d’autres caracteristiques. Voir l’article ci-dessous.

Lien page wikibooks

Coder et manipuler de plus grandes valeurs

Les transistors sont gravés sur circuits intégrés, ce qui a permi d’atteindre des fortes densités par unité de surface. La finesse de gravure est actuellement de 10 nm environ (Intel).

Une machine va traiter des informations qui vont être à l’origine très diverses, plus ou moins structurées, mais toujours en binaire :

Ce sont des nombres, des caractères, des mots, des images, des sons, des bruits, la température, la quantité d’argent qu’on a dans notre porte-monnaie, notre âge, des dates, etc.

La quantité de mémoire, même importante, n’est pas infinie dans une machine. C’est pourquoi on doit reserver un certain nombre de bit à chaque donnée, et ce nombre doit être ajusté au mieux.

Pour coder une information qui peut prendre plus de 2 valeurs, il faudra utiliser plusieurs bits. Ceux-ci sont souvent rassemblés par 8, formant un mot-octet. Celui-ci peut prendre 256 valeurs.

Stocker de manière durable: Disque dur

Les mémoires se partagent en 2 familles: Les mémoires volatiles, comme la RAM: les données stockées vont s’éffacer lorsque l’on coupe l’alimentation de la machine. Et les mémoire persistantes, pour lesquelles les données ne s’effacent pas lors de la mise hors tension.

Le disque dur est du 2e type. Il utilise des pistes magnétiques sur un plateau pour écrire et lire avec une tête magnétique.

Actuellement, les disques durs vendus dans le commerce contiennent 1 à plusieurs To (teraoctets: 1015 octets)

Numériser des données - les standards internationaux

Dès l’invention de l’informatique, les ordinateurs ont pu manipuler des textes composés de caractères, que ce soit pour la saisie des commandes sur un clavier ou pour l’impression des résultats sur le papier. Il a donc fallu adopter une convention commune qui soit utilisée par tous les ordinateurs. Ainsi, est né en 1961 le code ASCII (American Standard Code for Information Interchange) qui associe une valeur numérique à chaque caractère de l’alphabet : 65 pour A, 66 pour B…

Sources et compléménts

• Image du disque dur: Par I, Surachit, CC BY-SA 3.0
• Cours Licence sur les mémoires de Jean-Michel Richer
• Fonctionnement d’un ordinateur: wikibooks