Comment fonctionne un ordinateur ?

Explication simplifiée du fonctionnement de l’ordinateur

Vous êtes nombreux à me laisser des messages demandant de vous décrire le fonctionnement d’un ordinateur. Alors, comme d’habitude, je vais essayer de vous répondre simplement, de vous décrire le rôle des principaux éléments d’un ordinateur et nous regarderons comment fonctionne un ordinateur.

Préambule

Avant de rédiger cet article, je me suis dit, mais pourquoi me demande-t-on si souvent de décrire le fonctionnement d’un ordinateur ? Il doit bien y avoir des tonnes d’articles qui expliquent cela ?

En effet, il y en a beaucoup, mais j’avoue qu’en les lisant je comprends mieux. En effet, la plupart entre vraiment dans le détail en vous parlant de cores, de slots PCI ou même de codes binaires ce qui fait que pour les non-initiés, cela est incompréhensible.

Je ne dis pas que je vais faire mieux, mais je vais m’appliquer à faire différemment en ne m’attachant qu’à l’essentiel et en évitant le plus possible tous les termes trop techniques.

 

Présentation générale.

Le plus simple pour comprendre, c’est toujours un petit dessin :

Voici les composants essentiels d’un ordinateur (et encore écran, clavier et souris pourraient être enlevés).

Je vous avais dit que j’allais faire simple ! (je pense qu’en même qu’il faudra que je rédige une partie 2 de cet article en développant un peu plus).

Avant de regarder le fonctionnement, regardons maintenant le rôle de chacun  :

• Le disque dur est un matériel qui va permettre d’enregistrer les données. Nous pouvons le comparer à un bloc-notes ou cahier d’écolier où l’on viendrait écrire et lire les informations que nous voudrions conserver. Nous y reviendrons. (Le disque dur est parfois appelé mémoire de masse.) Les données écrites sur le disque dur restent même lorsque l’on éteint l’ordinateur.
• La RAM est la mémoire (non permanente) de l’ordinateur, on pourrait la comparer à notre mémoire (eh oui, nous n’enregistrons pas tout à vie !). Cette mémoire s’efface lorsque nous éteignons l’ordinateur.
• Et enfin, le processeur appelé également CPU, c’est le cerveau. C’est lui qui contrôle l’ensemble et c’est lui qui va calculer, et traiter les différentes informations entrantes ou sortantes.

Ces composants sont tous à l’intérieur de l’ordinateur et rarement accessibles. Ils sont tous branchés sur une grande carte électronique qui fait la taille de l’ordinateur : cette carte est appelée « carte mère ».

Voici un exemple de carte mère :

 

• Clavier et souris, je ne vais pas m’attarder mais sachez que l’on appelle cela des périphériques d’entrées. (je donne l’explication sur la notion de périphérique juste un peu plus bas). Les informations vont toujours dans le sens périphérique vers processeur.
• L’écran est un périphérique de sortie. Les informations vont toujours dans le sens processeur vers périphérique. (par exemple, l’imprimante est aussi un périphérique de sortie). (Attention, les nouveaux écrans tactiles sont également des périphériques d’entrée car on donne des informations à l’ordinateur en tapotant sur l’écran).

Un périphérique est comme son nom l’indique quelque chose qui est autour. (pensez au périphérique autour des grandes villes). En informatique on pourrait dire un matériel relié à l’ordinateur. Le clavier et l’écran sont autour du cœur de l’ordinateur (même si bien souvent ils sont livrés avec, voire inclus dedans sur les ordinateurs portables).

Rôle d’un ordinateur.

Avant de parler du fonctionnement, parlons un peu du rôle et de ce que nous en attendons. Si vous avez acheté un ordinateur, c’est que vous en attendez quelque chose :

• Surfer sur Internet,
• Jouer,
• Regarder des vidéos,
• Travailler (saisir du texte, faire des calculs, …)
• Enregistrer et trier vos photos,
• …

En fait, à chaque fois que vous vous faire quelque chose : vous devez utiliser un logiciel.

Un logiciel c’est quoi ?

Un logiciel (ou programme) c’est un fichier qui contient une suite d’opérations (ou instructions) que votre ordinateur doit effectuer.

Prenons un exemple dans la vie courante et comparons notre logiciel à un travail dans une usine. Vous êtes ouvrier dans une usine qui produit des pièces, et votre chef vous décrit votre poste qui consiste à :

• Prendre la pièce A dans la boite,
• percer un trou dans la pièce A,
• prendre la pièce B dans une autre boite,
• visser la pièce A sur la pièce B,
• si les 2 pièces s’ajuste correctement alors
  • poser l’assemblage des 2 pièces A et B sur le tapis roulant.
• sinon
  • jeter les 2 pièces à la poubelle
• fin du travail.

Tout votre travail est décrit sur le manuel des instructions. Ce manuel est écrit dans une langue que vous comprenez (c’est mieux !)

 

Vous pouvez comparer le logiciel à ce manuel des instructions, tout y est décrit. Comme vous le voyez, il s’agit d’une suite d’opérations et le travail peut prendre des directions différentes en répondant aux différentes questions (dans l’exemple : « si les 2 pièces s’ajustent correctement alors … »).

Comme pour vous, les logiciels sont écrits dans un langage compréhensible par celui qui va réaliser les opérations. Et donc dans ce cas, les logiciels sont écrits dans un langage compréhensible par l’ordinateur. (Il s’agit de code binaire, une suite de 0 et 1).
Mais les développeurs (ceux qui fabriquent les logiciels) n’écrivent pas les logiciels avec des 0 et 1. Ils écrivent dans un langage de développement, et un outil traducteur (compilateur) se chargera de convertir ce langage en 0 et 1)

Et pour votre culture, pour apprendre un nouveau langage, les développeurs commencent souvent par un petit programme appelé « hello world »

Voici la liste des instructions ce petit programme :

• Afficher « hello world » à l’écran,
• Fermer le programme.

Ça peut vous paraître ridicule, mais en fonction des langages et surtout quand on débute, ce n’est pas toujours facile à faire.

 

Hardware et software.

Et voila, sans nous en rendre compte, nous venons d’évoquer 2 notions très utilisées :

• Hardware

On désigne par hardware tout ce qui concerne la partie matériel de l’ordinateur. (Exemple : la carte mère, le processeur, la mémoire (RAM), le disque dur, etc … )

Hard veut dire dur, ware veut dire marchandise, et enfin hardware pourrait être traduit par matériel.

• Software

Et donc par opposition, tout ce qui n’est pas matériel est donc du software (logiciel).

Soft peut être traduit par doux (en opposition au dur de hardware).

 

Fonctionnement de l’ordinateur

Lorsque vous appuyez sur le bouton d’alimentation, tout le système se lance (mais comme j’ai dit que j’allais faire simple, je n’en parlerai pas ici, mais dans un article complémentaire).

Lorsque l’ordinateur démarre, il commence par lancer un logiciel spécial que l’on appelle l’OS (par exemple Windows, Linux ou MacOS. Je ne rentre pas dans les détails, mais si vous voulez savoir ce qu’est un OS, je vous conseille : C’est quoi un OS ?). Sans cet OS, vous ne pouvez pas utiliser l’ordinateur et l’ordinateur ne serait qu’une machine qui ne servirait pas à grand chose. C’est l’OS qui va interpréter vos commandes et vous afficher les résultats. (C’est une surcouche entre le matériel et vous).

Les OS modernes affichent généralement un écran d’accueil (appelé bureau) contenant toutes vos icônes. Ces icônes vont permettent de lancer les logiciels en cliquant dessus.

Voici un écran d’accueil Windows et un de Linux

Ecran d’accueil Windows	Ecran d’accueil Linux

Voici comment a marche quand vous lancez un logiciel : regardons cela étape par étape. (attention, toujours pour une meilleure compréhension, les étapes ont volontairement été simplifiées)

1. Vous cliquez (ou double cliquez) sur l’icone.
2. L’ordinateur va alors chercher dans le disque dur vers quel logiciel pointe cette icone.
3. Il va lire le logiciel à partir du disque dur car celui-ci est enregistré dessus.
4. Tout ce qui sera lu sera chargé dans la mémoire vive (RAM).
5. A partir de la RAM, le processeur va exécuter le logiciel instruction après instruction.
6. Une fois que vous fermerez le programme, celui-ci sera effacé de la RAM.
7. Mais bien évidemment, il reste présent sur le disque dur pour une prochaine utilisation.

 

Présentation détaillée de chacun des éléments

RAM (Random Access Memory)

La RAM est une mémoire (volatile). Il s’agit d’une carte composée de puces électroniques. Ces cartes s’appellent des barrettes. L’avantage de la mémoire est que la lecture et l’écriture des informations se fait très rapidement.

L’inconvénient est que cette mémoire s’efface dès que l’ordinateur est éteint. De plus, cette RAM ayant un certain coût, si l’on voulait y stocker l’ensemble des informations, cela coûterait très cher.

Voici une barrette de RAM :

Puisque l’on ne peut pas tout stocker dans la RAM (coût, et perte de données à l’extinction de l’ordinateur), il a fallu inviter des systèmes de stockage de données de masse et permanents. Au début de l’informatique, cela se faisait sur des cartes perforées, puis sur des bandes magnétiques et enfin sont apparus les disques durs.

 

Disque dur

Comme nous venons de le voir au-dessus, le disque dur stocke les informations. L’avantage du disque dur c’est que l’on peut stocker beaucoup d’informations et que ces informations restent enregistrées même si l’on éteint l’ordinateur. Vous pouvez y enregistrer vos logiciels, vos photos, vos musiques, …

Le coût du stockage est nettement moins cher qu’avec de la RAM. Par contre, la lecture et l’écriture sont beaucoup plus lents qu’avec la RAM.

Important

Attention toutefois, un disque dur est composé d’une partie électronique et d’une partie mécanique (disque, moteur, tête de lecture, …) : tout ceci peut tomber en panne, et alors tout ou partie de ce qui est enregistré est perdu ! Croyez-moi cela arrive assez souvent.
Je ne saurais que trop vous conseiller de faire une copie des fichiers importants que vous souhaitez conserver sur un autre support (2ème disque dur, DVD, disque dur externe, cloud, …).

Les nouveaux disques dur SSD sont exclusivement composés de puces électroniques (un peu comme de la RAM, sauf que les informations ne s’effacent pas lorsque l’on éteint l’ordinateur). Ils également l’avantage d’être très rapides.

Si vous voulez en savoir plus sur le fonctionnement d’un disque dur, je vous conseille de lire : Comment ça marche un disque dur ?

Et pour plus d’informations sur les disques durs SSD : c’est quoi un disque dur SSD ? 

 

Processeur

Et enfin pour finir, le processeur. C’est lui qui exécute les instructions.

Un processeur est composé de transistors. Ce sont des petites puces de qui vont laisser passer le courant ou pas en fonction de la valeur à l’entrée et de l’opération demandée : un peu comme un interrupteur, cet état peut être 1 ou 0 (allumé ou éteint, On ou Off).

Toutes ces opérations doivent être lancé à un rythme bien précis : ce rythme est cadencé par une horloge. Plus l’horloge tourne vite, plus le processeur pourra en traiter à la seconde. A chaque impulsion d’horloge, les transistors vont prendre un état 0 ou 1, ce qui va permettre de faire des calculs.

Rappelez-vous de l’exemple de la fiche de procédure ci-dessus, et bien imaginez que le processeur exécute une action à chaque impulsion de l’horloge.

On exprime ce cadencement en GHz. (Giga Hertz, Hertz étant une unité de fréquence). On peut parler d’un processeur à 4GHz. Soit 4.000.000.000 cycles d’opérations à la seconde !!

Tous les processeurs ne se valent pas, et on pourrait croire faire une bonne affaire en prenant un processeur qui va plus vite qu’un autre. Mais la vitesse ne suffit pas. Pour aller plus vite certains processeurs ont plusieurs cœurs et de la mémoire cache intégrée, mais là je m’égare : j’avais dit que je ferais simple. Ce que je voulais juste dire, c’est que 2 processeurs à 4GHz n’auront pas forcément la même performance !

Voici un exemple de processeur : 

Vous pouvez retrouver des processeurs chez le numéro un mondial : Intel.

 

J’espère que cette explication (volontairement) très simple vous permettra de mieux comprendre le fonctionnement de base d’un ordinateur.
Il n’est pas exclu, que j’y revienne pour y créer une 2ème partie un peu plus détaillée.

 

N’hésitez pas à regarder comment ça marche l’ADSL ?