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STRUCTURE DE BASE DES ORDINATEURS

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�2002 Jean Bellec

On distincte habituellement deux parties importantes dans un syst�me informatique: le mat�riel, le hardware, et le logiciel, le software. Ces mots font la diff�rence entre la partie qui est fabriqu�e, qui peut se toucher et qui r�pond aux crit�res �conomiques des autres objets manufactur�s et la partie qui ne se voit pas, qui est modifiable apr�s l'achat et la premi�re installation du mat�riel. Le logiciel ne peut pas se manifester sans le mat�riel. Le mat�riel sans logiciel n'est qu'une pi�ce totalement incapable d'une quelconque utilisation.

En fait cette diff�rence n'allait pas de soi dans les premiers ordinateurs qui avaient �t� d�velopp�s avec les m�mes intentions que l'avaient �t� les automates. L'ordinateur ENIAC �tait c�bl� pour faire des calculs balistiques tout comme les programmateurs de machines outils l'�taient. Bien entendu, m�me au d�but, la conception des ordinateurs pour des raisons de co�t de r�alisation entra�nait "naturellement" une structuration de la machine, de mani�re � r�utiliser des structures r�p�titives ne n�cessitant qu'une fois pour toutes les calculs des circuits �lectroniques. C'est ainsi que furent standardis�s le concept de porte (on les appelait souvent des conditionneurs), de m�moire, puis d'additionneurs.

Ce fut John von Neumann, dans son rapport sur l'EDVAC qui chercha � formaliser davantage les diff�rents ensembles de circuits d'un ordinateur pour d�finir ce qu'on appelle depuis longtemps le mod�le de von Neumann. 
Ce mod�le diff�re de celui mis en �uvre dans l'ordinateur ASCC d'IBM et de Aiken appel� mod�le de Harvard, et auquel appartenait aussi l'ENIAC, en posant comme principe que la m�moire centrale pouvait stocker indiff�remment le code des programmes et les donn�es du calcul, ouvrant ainsi la voie au d�veloppement de la programmation automatique (les langages compil�s) et � l'intelligence artificielle.

En fait, � compter  des ann�es 1960, le mod�le de von Neumann fut progressivement alt�r� et les ordinateurs se rapproch�rent insensiblement du mod�le de Harvard.

Ces alt�rations ont plusieurs dimensions: 

  • l'introduction de la microprogrammation (invent�e par l'anglais Maurice Wilkes, mais mis en �uvre par l'IBM 360 et beaucoup de ses cong�n�res) fut la plupart du temps � l'origine d'une m�moire sp�ciale (m�moire de contr�le). M�me lorsque cette m�moire ne se diff�rencie pas physiquement de la m�moire de donn�es , elle poss�de des attributs sp�cifiques la rendant inapte, au moins en r�gime de croisi�re, � une modification programm�e.
  • le time-sharing permettant � plusieurs processus d'ex�cuter le m�me programme sur des donn�es diff�rentes (ou aussi l'ex�cution de programmes SIMD) conduisit � isoler une copie du programme de ses donn�es de travail. Des m�canismes de segmentation assez g�n�ralis�s sur les machines CISC rendirent le code inalt�rable pendant le d�roulement des programmes.
  • la complexit� des m�canismes de partage dans les syst�mes multiprocesseurs conduisit � accepter le mod�le de m�moire NUMA, g�n�ralis� dans les superordinateurs parall�les depuis les ann�es 1990.
    les d�lais qu'implique le contr�le d'int�grit� des programmes dans un environnement multiprogramm� multiprocesseurs a aussi entra�n� une optimisation par d�faut du mat�riel sur l'hypoth�se d'un mod�le de Harvard.
  • la g�n�ralisation de l'exploitation transactionnelle des ordinateurs, elle aussi, a entra�n� une vision plus proche du mod�le de Harvard, celle d'un automate travaillant sur des donn�es messages d'entr�es-sorties et bases de donn�es.

 


LANGAGES

Un des probl�mes agit�s pendant les premi�res ann�es de l'informatique a �t� celui des langages de programmation. Certes, beaucoup ne se sont pas pos�s de probl�mes m�taphysiques et ont utilis�s le code d'ordre offert par le mat�riel, progressivement rendu compr�hensible par l'utilisation d'un traducteur ou assembleur, aid� de pseudo-instructions de d�claration des donn�es et de macro-instructions.

Mais d'autres se sont pos�s le probl�me d'une interpr�tation directe par la machine de langages "naturels", soit relativement proches de la langue courante (tels BASIC ou ses homologues PAF, LSA ou REXX) ou bien beaucoup plus abstraits, mais plus puissants, tels la famille de langages autour de LISP.

On a, � la fin des ann�es 1950, d�couvert que l'approche technique de l'assembleur, c'est � dire d'un programme de traduction d'un code compr�hensible � l'humain en un code binaire interpr�t� par le mat�riel �tait tout � fait applicable et permettait au programmeur de faire largement abstraction des particularit�s de la machine. Cependant, plusieurs courants de pens�e subsistaient parmi les cr�ateurs de "langages de haut niveau" et conduisirent � plusieurs familles de langage. Une premi�re raison en �tait les diff�rences alors existantes entre calculateurs de gestion et calculateurs scientifiques. Une seconde �tait la volont� de p�renniser l'effort fait par les programmeurs pour apprendre un certain langage -la compatibilit�-.
Les calculateurs scientifiques proposaient des op�rations d'indexation, des op�rations sur des nombres binaires en virgule flottante tandis que les calculateurs de gestion utilisaient des donn�es d�cimales et travaillaient sur des donn�es de longueur variable. Les premiers ont donn� le jour � FORTRAN (d�velopp� � IBM par John Backus), les seconds � COBOL (normalis� par le comit� CODASYL).

Des r�flexions sur une plus grande r�gularit� du langage permettant la d�finition d'algorithmes par des scientifiques non-programmeurs donn�rent lieu � la cr�ation du langage ALGOL qui a introduit des objets et des attributs qui n'�taient pas directement pr�sents dans les ordinateurs (notamment, l'utilisation syst�matique de la structure de bloc). ALGOL se heurta � la concurrence de FORTRAN d�j� r�pandu dans son vivier naturel, mais resta une r�f�rence auxquels ses successeurs PL/1, Pascal, ADA, et C continueront de se r�f�rer.

A l'origine, les compilateurs produisaient directement le code binaire n�cessaire pour l'ex�cution d'un programme sur ses donn�es et des pseudo-instructions (d�clarations de subroutines, INCLUDE) permettait de r�cup�rer dans un nouveau programme les acquis ant�rieurs extraits automatiquement d'une biblioth�que de code source. 
Malheureusement, les temps de compilation �taient � l'�poque loin d'�tre n�gligeables et se comptaient en dizaine de minutes. La solution d'une biblioth�que de code source pour partager les acquis �tait loin d'�tre satisfaisante.
Par ailleurs, l'id�e de r�aliser un programme pour chaque ensemble de donn�es devint vite inacceptable surtout pour les applications de gestion.
IL devint �vident au d�but des ann�es 1960 qu'il fallait s�parer la compilation de l'ex�cution et de pouvoir faire des compilations limit�es aux nouvelles portions des programmes qu'il fallait associer les donn�es aux programmes juste avant l'ex�cution (chargement). Le syst�me d'exploitation inclut d�s cette �poque les deux programmes syst�me �diteur de liens et chargeur en addition aux compilateurs (ou assembleurs). Il devint possible de r�aliser des programmes dont une partie �tait �crite en un langage de haut niveau et l'autre en assembleur par exemple.

Cependant; l'id�e de l'interpr�teur ne disparut pas compl�tement mais elle se r�fugia dans l'interpr�teur de commandes du syst�me d'exploitation (presque toujours un langage propri�taire d�velopp� par les cr�ateurs du syst�me d'exploitation). L'utilisation d'un interpr�teur de commandes pour r�aliser des programmes de production �mergea dans les syst�mes d'exploitation en temps partag� avec les avatars de BASIC.

 

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