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Matériels, systèmes et logiciels

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Architectures matérielles

  • Depuis le début des années 2010, les smartphones et les tablettes constituent de véritables systèmes informatiques.
  • Quelles que soient leurs formes, tous ces appareils sont dérivés d’une architecture imaginée à la fin de la Seconde Guerre mondiale.
  • C’est John von Neumann qui a conceptualisé en 1945 un ordinateur stockant un programme en mémoire, inspiré des machines de Turing.
  • L’ordinateur de von Neumann est présenté comme un « système de calcul numérique automatique à très haute vitesse » et est composé de cinq élements :
  • l'unité de traitement qui permet d'effectuer des calculs ;
  • l'unité de contrôle qui pilote les suites d'instructions ;
  • la mémoire qui stocke les programmes et les données de travail ;
  • les mécanismes d'entrées-sorties qui permettent de communiquer avec l'ordinateur ;
  • la mémoire de stockage externe qui conserve durablement les programmes et les données.
  • Plus tard, les transistors puis les premières puces électroniques apporteront davantage de puissance et de fiabilité.
  • Ces évolutions permettront aussi une miniaturisation croissante des appareils.
  • Moore constate que les progrès de la miniaturisation permettent de doubler chaque année le nombre de transistors sur une surface donnée.
  • Cette tendance exponentielle est connue sous le nom de loi de Moore.
  • Un micro-ordinateur est construit sur la base d'un grand circuit imprimé : la carte mère qui rassemble l'ensemble des composants nécessaires au fonctionnement de l'ordinateur.
  • La carte mère d'un micro-ordinateur moderne comporte un micro-processeur, une mémoire vive, une mémoire non volatile, différents connecteurs, des bus de données qui véhiculent les données entre les composants.
  • L'essor des usages multimédia et des réseaux a conduit à l'intégration de bon nombre de fonctionnalités en standard sur les cartes mères modernes (fonctionnalités audio, accès au réseau, port USB etc.)
  • L'architecture d'un smartphone est construite autour d'un système sur puce : il s’agit d’un circuit intégré réunissant les composants habituellement séparés d’un appareil électronique.
  • Ils sont désignés sous le sigle SoC (pour System on Chip en anglais) et comporte généralement :
  • au moins un processeur ;
  • éventuellement des co-processeurs ;
  • de la mémoire, qui peut être de différents types ;
  • des fonctions de traitement du signal ;
  • des interfaces d'entrées-sorties.
  • Certains ordinateurs sont, eux aussi, construits autour d’un système à puce.

Systèmes d’exploitation

  • Le système d’exploitation est un système logiciel qui gère les ressources et fonctionnalités des ordinateurs et smartphones.
  • Sur les ordinateurs personnels, le principal système d'exploitation est Microsoft Windows (8 ordinateurs sur 10).
  • Les autres ordinateurs personnels sont majoritairement équipés du MacOs d'Apple ou des distributions Linux.
  • Les serveurs web sont majoritairement équipés de systèmes d'exploitation de la famille UNIX, notamment des distributions Linux.
  • Sur les smartphones, le principal système d'exploitation est Google Android (7 smartphones sur 10).
  • Les autres smartphones sont majoritairement équipés d'Apple iOS.
  • Le système d'exploitation constitue une couche d'abstraction par rapport aux ressources matérielles de l'appareil.
  • Il coordonne l'usage et les accès aux différentes ressources de l'appareil (mémoire, processeur, périphériques).
  • Il assure le bon fonctionnement du système (gestion des fichiers et sécurité).
  • Différents composants assurent le bon fonctionnement du système d'exploitation :
  • le noyau (kernel en anglais) ;
  • le système de fichiers (file system) ;
  • la gestion des entrées-sorties ;
  • l'interface utilisateur (shell) ;
  • Les systèmes d'exploitation modernes sont multitâches, multi-utilisateurs , multi-processeurs.
  • L'ordonnancement des processus consiste à organiser et contrôler les différents processus et leur bascule d'un état à un autre.
  • Les processus en cours d'exécution peuvent prendre trois états :
  • prêt (le programme attend l'autorisation pour fonctionner) ;
  • actif (le programme utilise ponctuellement le processeur ou la ressource demandée) ;
  • bloqué (le programme attend un événement externe pour pouvoir poursuivre son exécution).
  • On peut avoir un phénomène d’interblocage lorsque deux processus attendent mutuellement après une ressource dépendant d’un autre processus.
  • On cherchera alors à optimiser l’exécution des processus en minimisant les « temps morts ».
  • En l'absence de mécanisme permettant l’évitement du blocage, il pourra perdurer indéfiniment.
  • C’est pourquoi les systèmes d'exploitation intègrent des mécanismes de détection ou de prévention des interblocages.
  • Les systèmes d'exploitation proposent des interfaces, accessibles à l'utilisateur ou à l'administrateur de l'appareil.
  • Les deux catégories d'interfaces sont :
  • la ligne de commande (CLI en anglais, pour Command Line Interface) ;
  • l'interface graphique (GUI en anglais, pour Graphical User Interface).