Households (Percent)

(1)

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Information, Calcul et Communication

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Information, Calcul et Communication Information, Calcul et Communication

Introduction

Faculté Informatique et Communications Dr Ronan Boulic

ICC Leçon 1 – Introduction

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Agenda

Une accélération vertigineuse de l’humanité, l’histoire, la technologie, l’informatique

Tous les secteurs d’activité sont affectés

L’informatique comme 4ème pilier de la culture

Plan du cours ICC

Lien avec le cours de Programmation : qu'est-ce qu'un ordinateur ?

Logistique du cours ICC

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Une accélération vertigineuse de l’humanité

Source: The Gary Halbert Newsletter (www.thegaryhalbertletter.com/newsletters/population.htm)

425 Million

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Une accélération vertigineuse de la technologie

Il a fallu des millénaires pour découvrir les premiers outils, le feu, la roue

Depuis mille ans, chaque siècle a apporté sa révolution technique

Les derniers 200 ans ont apporté plus d’innovations que toute l’histoire humaine

Selon R. Kurtzweil les 20 premières années du 20^esiècle ont apporté plus que tout le 19^esiècle

Aujourd’hui chaque décennie apporte sa révolution

• Comment a-t-on pu vivre sans le web ?

• Quand smartphones et Facebook seront ils dépassés ?

Source: Ray Kurtzweil: The Law of Accelerating Returns (http://www.kurzweilai.net/the-law-of-accelerating-returns)

•

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Une accélération vertigineuse de la technologie

1900 1910

1920 1930

1940 1950

1960 1970

1980 1990

2000 Year

0 20 40 60 80 100

Households (Percent) ^CreditCard

Cable

Online

WWW

Une accélération vertigineuse de la technologie

Automobile

0 25 50 75 100 125 150

Years 0

50 100

Telephone Electricity

Radio Television

PC Cellular

% Penetration

Une accélération vertigineuse de l’informatique

1990 2010 2030

10

⁹

transistors: 1000x fiber: 1Gbps

chip: 10

⁶

transistors 10

¹

10

²

10

⁰

10

³

10

⁴

10

⁵

10

⁶

10

⁷

100Tbps: 100000x 1TB: 10000x

disk: 0.1GB

impossible possible trivial

Source: Matthias Grossglauser, EPFL

(3)

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Une perspective historique

Préhistoire – le langage et le comptage

Histoire – écriture, calcul, géométrie, astronomie, – abaques

Renaissance – règle à calcul

19e siècle – la machine de Babbage, les logiciels de Ada Lovelace

1940 – ordinateurs

1960 – minis – réseaux

1980 – micros – PCs

1990 – la toile

2000

• System-On-Chip, smartphones

• Multimédia

• Cloud computing, réseaux sociaux

• Google, Youtube, Skype, Facebook, Twitter, etc.

•

La Loi de Moore: la densité et la vitesse des transistors doublent tous les 18 mois 10 / 34

Tous les secteurs d’activité sont affectés

Biens  … …  Services

Agriculture Industrie Commerce Services «publics» Services professionnels

Admin.

Publique Culture

Chasse Pêche

Extraction Traitement Manufact.

Packaging Distribution

Transport Voyage

Eau/gaz/élec.

Télécom.

Médias/showbiz Monde artistique

Conseil Finance Assurance

Médical Education

Gouvern.

(ONG incl.) Météo

Captage

Prospection

CADCAM

Marketing Logistique Télécom.

Multimedia

Mesure/contrôle Télécom.

Optimisation Syst. Experts Télécom.

Multimedia Syst. experts Télécom.

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Tous les secteurs d’activité sont affectés

Biens  … …  Services

Agriculture Industrie Commerce Services «publics» Services professionnels

Admin.

Publique Culture

Chasse Pêche

Extraction Traitement Manufact.

Packaging Distribution

Transport Voyage

Eau/gaz/élec.

Télécom.

Médias/showbiz Monde artistique

Conseil Finance Assurance

Médical Education Gouvern.

(ONG incl.) Météo

Captage

Prospection

CADCAM

Marketing Logistique Télécom.

Multimedia

Mesure/contrôle Télécom.

Optimisation Syst. Experts Télécom.

Multimedia Syst. experts

Télécom.

Calcul scientifique:

modélisation, simulation, optimisation

Gestion de données

Gestion de processus

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Calcul scientifique

C’est l’application historique, héritée de la génération des calculateurs (« computer »)

Utilisation : simulation de systèmes complexes (compréhension de fonctionnement, test d’hypothèses, prédiction)

Exigences : Grande puissance de calcul

Exemples : super calculateurs, massivement parallèles (Cray-1, Cray T3D, SV1, IBM Blue Gene, ...) Bibliothèques de programmes mathématiques

Nouvelles tendances : « grappes » d’ordinateurs, network computing

(4)

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Calcul scientifique

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La gestion d’information

Gestion et traitement des données.

Utilisation : gestion de systèmes bancaires ou boursiers, commerce électronique (vente et réservation en ligne), comptabilité d’entreprise, etc..

Exigences : importantes capacités de stockage, traitement efficace (rapide, fiable et sécurisé) de gros flux d’information

Exemples : Ordinateurs avec mémoire de masse importante, et fortes capacités en matière de communications (entrées/sorties)

data center

Conduite de processus : systèmes embarqués

ASIMO

La conduite de processus

Ordinateur = automate de commande

Utilisation : très nombreuses applications : pilotage/surveillance de processus industriels

(chaînes de fabrication, de montage, réseaux de distribution d’énergie, centrale atomique), fonctionnalités d’objets courants (four micro-ondes, téléphones cellulaires,

machines à laver, chronométrage, carburateur de voiture, système de freinage ABS), avionique, robotique, ...

Exigences : faible encombrement, consommation réduite, coût minimum, grande fiabilité

Exemples : Initialement l’ensemble des micro-contrôleurs,

de plus en plus souvent des processeurs, voire des ordinateurs complets

(5)

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Exemples de taille de systèmes embarqués en nb d’instructions (code exécutable)

kW

Quelques chiffres

[IEEE Computer Avril 2009]

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L’informatique comme 4ème pilier de la culture

Les Américains disent avec humour qu’une culture de base repose sur 3 piliers en “R”:

 R

eading

W

R

iting

A

R

ithmetic

Aujourd’hui cette même culture de base appelle un 4e pilier …

 Info

R

matics  Une tendance lourde ...

• fusion du physique et du numérique

• l'informatique devient omni-présente

... et une interrogation: le concept de vie privéeest il obsolete ?

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•

Plan du cours

 I

nformation

 C

alcul

 C

ommunication

• Tests notés (semaines 6, 10, 14)

Semaine

1. Introduction

Fondements du calcul

2. Calcul et algorithmes (Alan Turing) 3. Stratégies de calcul

4. Théorie du calcul

5. Représentation de l’information

Fondements des communications 6. Echantillonnage

7. Reconstruction

8. Entropie (Claude Shannon) 9. Compression

Fondements des systèmes

10. Architecture (John Von Neumann) 11. Mémoires hiérarchiques

12. Stockage et réseaux 13. Sécurité

14. Examen

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Fondements du calcul

Calcul et algorithmes (Alan Turing)

• Recherche, plus court chemin, tri

Stratégies de calcul

• Itération, récursion, top-down / bottom-up, «divide & conquer», etc.

Théorie du calcul

• Le possible et l’impossible, le fini et l’infini,

Représentation de l’information

• Nombres, lettres, images, son, …

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Combien d’opérations de calcul / sec pour $1000

D’après Kurzweil (1999) & Moravec (1998)

1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020

1E-6 1E-3 1E+3 1E+6 1E+9 1E+12

Mécanique Electro-mécanique

Tubes Transistors

Circuits intégrés

Année Opérations/ sec 1

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Fondements des communications

dans l’espace (stockage) et dans le temps (transmission)

Echantillonnage

• Conversion A/D

Reconstruction

• Conversion D/A

Entropie (Shannon)

• L’entropie comme mesure de complexité et donc de ‘volume’ informatique

Compression

• Économie de bits avec ou sans perte d’information pour économiser temps de transmission ou espace de stockage

Croissance exponentielle du volume de données & du trafic

98 00 02 04 06 08 10

.

Da ta vo lu m e (B yt es)

Internet/Intranet

300% par an 100% par an Offline

Source: IBM

10

⁹

10

¹²

10

¹⁵

10

¹⁸

10

²¹

10

²⁴

Yottabyte

Zetabyte

Exabyte

Petabyte

Terabyte

I/O

•

I/O

Mémoire

Ctrl/Addr/Mmry bus

Fondements des systèmes

Architecture (John Von Neumann)

Mémoires hiérarchiques

Stockage et réseaux

• Systèmes de fichiers et bases de données

• Types et architecture de réseaux (Internet)

Sécurité

• Cryptage et sphère privée

• Identification et authentification

• Contrôles d’accès

• Maliciels

Réseaux Terminaux

Processeur

I/O

(7)

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NB: tout n’est pas rose en informatique:

la longévité des supports-mémoires évolue dans le mauvais sens

Source: Wired June 2002, p 062

Les supports d’information ne sont plus ce qu’ils étaient

5'000‐10'000 1'000 100‐1'000

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

400‐500 200‐400 100‐400 50‐250

100‐200 50‐200 30‐100 5‐100 50‐80 20‐80 50‐75 20‐30 10‐20 10 5‐10 Hard drives

Flash memory Rosetta tablets

HD‐Rosetta (ion beam‐inscribed nickel‐plate) Books

Microfilm Black and white prints Newspapers

Color negatives Color prints Magnetic tape CDs / DVDs Acid‐based paper Polaroid photos 35mm film Inkjet prints

3.5" Floppies Shellac and vinyl records

Years

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Lien avec le cours de programmation

Qu'est‐ce qu'un ordinateur ?

c'est une machine au coeur de laquelle l'unité de calcul aussi appelée processeur ou CPU peut effectuer une grande variété de traitements sous forme de programmes.

L'exemple de l'ordinateur personnel (PC):

Applications bureautiques (calcul, texte, présentation,projet), internet, manipulation d'images, video, son(g)s, jeux, interaction avec une large

gamme de périphériques

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Au coeur du PC:

sur la carte mère :

Le processeur

(= Unité Centrale/UC = Central Processing Unit/CPU)

et la mémoire centrale contenant le programme à exécuter

la carte permet de connecter de nombreux périphériques:

• mémoire permanente: disque dur, clef USB, CD, DVD…

• interface utilisateur: souris, clavier, écran, micro, ..

• cartes spécialisées: réseau, graphique, audio…

• imprimante, webcam, scanner, …

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L'ordinateur est une machine séquentielle

L’ordinateur est une machine de

traitement numériquedes données à l'aide d'une séquence d'instructions appelée programme.

L’utilisateur peut modifier le programme selon ses besoins

‐> grande flexibilité de traitements

Cadre du cours:

une seule instruction est exécutée à la fois par un seul processeur

instruction instruction instruction instruction instruction

...

(8)

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Th01_I.29

a) Traiter une donnée, ex: effectuer une opération arithmétique. Dans ce cas le programme passe automatiquement à l’instruction qui suit.

...

b) Effectuer un Branchement, en general lié à une condition: il y a rupture de l'execution séquentielle.

...

Deux scénarios d'exécutions possibles selon le type d'instruction exécutée:

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Les instructions ET les données à traiter ET les résultats du traitement peuvent être stockés de la même manière dans un même espace: la mémoire centrale .

Processeur (CPU)

exécute une instruction à la fois

mémoire centrale

données et

résultats

_données

…

Instructions du

programme

instruction

Le rôle de la mémoire centrale

L’octet est la brique de base de la mémoire

Un octet = 8 éléments binaires (ou bits)

C’est aussi l’unité de mesure pour indiquer la taille d’un espace mémoire (octet se traduit par Byte en anglais)

un octet =

Organisation de la mémoire centrale

Pour pouvoir mémoriser la valeur d’une donnée en mémoire il faut pouvoir indiquer l’endroit où on veut la stocker.

De même pour pouvoir accéder à une valeur stockée en mémoire, il faut savoir où aller la chercher.

Chaque octet de la mémoire est numéroté : ce numéro unique est appelé son adresse

La numérotation commence à 0

On dessine la mémoire avec l’adresse 0 en haut de la colonne d’octets

adresse des octets mémoire

0 1 2 3 4

... ...

valeur

Valeur et adresse d'un octet de la mémoire

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Lien avec le cours de programmation (2)

Le Module1 du cours ICC va mettre l'accent sur la résolution générale de problèmes à l'aide d'algorithmes écrit en pseudocode. Cette approche permet de raisonner sur la validité et l'efficacité d'une solution, indépendamment de tout langage de programmation.

Nous recommandons également cette approche pour tous les exercices proposés dans le cours de Programmation ; on est plus efficace de cette manière dans la phase de compréhension d'un problème = ébauche avec papier et crayon pour analyser sa solution.

Pour passer du pseudocode au code du programme, il faut en plus maîtriser des concepts plus techniques (ex: notions de valeur et d'adresse) et un langage particulier, dans notre cas le C.

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Logistique du cours ICC

Cours obligatoire

En français

Supports MOODLE –

14002

Planches du cours avec annotations, énoncés et solutions des exercices

2h de cours / semaine

1h d’exercices /semaine

Communications

• Orale avec les assistants pendant les exercices

• E-mail avec les assistants en dehors des heures

• Via le forum moodle pour large diffusion

• [Pas d’e-mails aux profs sauf urgence personnelle]

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Notation du cours: dates des 3 examens écrits

Module I Calcul

Module 2 Communications

Module 3 Systèmes

Test en fin de module

24 oct.

sem 6 14h15‐15h30

21 nov.

sem 10 14h15‐15h30

19 déc.

sem 14 14h15‐15h30

Contrôle continu: 3 contrôles écrits de 1h15 avec Quizz + questions ouvertes (salles à préciser)

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