information, calcul et communication · 2017. 5. 27. · gestion et traitement des données....

ICC Leçon 1 – Introduction

1 / 34

© 2013 P. Janson & R. Boulic

Information, Calcul et Communication


2 / 34


Information, Calcul et Communication

Introduction

Faculté Informatique et Communications

Dr Ronan Boulic


3 / 34


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


4 / 34


Une accélération vertigineuse de l’humanité

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

425 Million

http://www.thegaryhalbertletter.com/newsletters/population.htm


5 / 34


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 20e siècle ont apporté plus que tout le 19e siècle

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)

•

•

•

•

http://www.kurzweilai.net/the-law-of-accelerating-returns


6 / 34



© IBM


7 / 34



Automobile

0 25 50 100 125 15075Years

0

50

100TelephoneElectricity

Radio

Television

PC

Cellular

% P

enet

ratio

n

© IBM


8 / 34


Une accélération vertigineuse de l’informatique

1990 2010 2030

109 transistors: 1000xfiber: 1Gbps

chip: 106 transistors101

102

100

103

104

105

106

107

100Tbps: 100000x

1TB: 10000x

disk: 0.1GB

impossible possible trivial

Source: Matthias Grossglauser, EPFL


9 / 34


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



Biens … … Services

Agriculture Industrie Commerce Services «publics» Services professionnels

Admin. Publique

CultureChassePêche

ExtractionTraitementManufact.

PackagingDistribution

TransportVoyage

Eau/gaz/élec.Télécom.

Médias/showbizMonde artistique

ConseilFinance

Assurance

MédicalEducationGouvern.

(ONG incl.)

MétéoCaptage

Prospection

CADCAM

MarketingLogistique

Télécom.

Multimedia

Mesure/contrôleTélécom.

OptimisationSyst. Experts

Télécom.

MultimediaSyst. experts

Télécom.


11 / 34



Biens … … Services

Agriculture Industrie Commerce Services «publics» Services professionnels

Admin. Publique

CultureChassePêche

ExtractionTraitementManufact.

PackagingDistribution

TransportVoyage

Eau/gaz/élec.Télécom.

Médias/showbizMonde artistique

ConseilFinance

Assurance

MédicalEducationGouvern.

(ONG incl.)

MétéoCaptage

Prospection

CADCAM

MarketingLogistique

Télécom.

Multimedia

Mesure/contrôleTélécom.

OptimisationSyst. Experts

Télécom.

MultimediaSyst. experts

Télécom.

Calcul scientifique: modélisation, simulation, optimisation

Gestion de données

Gestion de processus


12 / 34


Calcul scientifique

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

Utilisation : simulation de systèmes complexes (compréhension defonctionnement, 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


13 / 34


Calcul scientifique


14 / 34


La gestion d’information

Gestion et traitement des données.

Utilisation : gestion de systèmes bancaires ou boursiers, commerceélectronique (vente et réservation en ligne), comptabilitéd’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, etfortes capacités en matière de communications(entrées/sorties)

data center


15 / 34


Conduite de processus : systèmes embarqués

ASIMO


16 / 34


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


17 / 34

© 2013 P. Janson & R. BoulicExemples de taille de systèmes embarqués en nb d’instructions (code exécutable)

kW

Quelques chiffres[IEEE Computer Avril 2009]


18 / 34


L’informatique comme 4ème pilier de la culture

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

Reading

WRiting

ARithmetic

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

InfoRmatics

Une tendance lourde ...• fusion du physique et du numérique• l'informatique devient omni-présente

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


19 / 34


•

•

•

•

Plan du cours

Information

Calcul

Communication

• Tests notés (semaines 6, 10, 14)

Semaine1. Introduction

Fondements du calcul2. Calcul et algorithmes (Alan Turing)3. Stratégies de calcul4. Théorie du calcul5. Représentation de l’information

Fondements des communications6. Echantillonnage 7. Reconstruction 8. Entropie (Claude Shannon)9. Compression

Fondements des systèmes10. Architecture (John Von Neumann)11. Mémoires hiérarchiques12. Stockage et réseaux13. Sécurité

14. Examen


20 / 34


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, …


21 / 34


Combien d’opérations de calcul / sec pour $1000

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

1900 1920 1940 1960 1980 2000 20201E-6

1E-3

1E+3

1E+6

1E+9

1E+12MécaniqueElectro-mécanique

TubesTransistors

Circuits intégrés

Année

1Opé

ratio

ns/ s

ec


22 / 34


Fondements des communicationsdans 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


23 / 34


Croissance exponentielle du volume de données & du trafic

98 00 02 04 06 08 10

.

Data

vol

ume

(Byt

es)

Internet/Intranet

300% par an

100% par an

Offline

Source: IBM

109

1012

1015

1018

1021

1024Yottabyte

Zetabyte

Exabyte

Petabyte

Terabyte


24 / 34


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


25 / 34


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

5'000-10'0001'000

100-1'000

100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

400-500200-400100-400

50-250100-200

50-20030-1005-100

50-8020-8050-75

20-3010-2010

5-10

Hard drivesFlash memory

Rosetta tabletsHD-Rosetta (ion beam-inscribed nickel-plate)BooksMicrofilmBlack and white printsNewspapers

Color negativesColor printsMagnetic tapeCDs / DVDsAcid-based paperPolaroid photos35mm filmInkjet prints

3.5" Floppies

Shellac and vinyl records

Years


26 / 34


Lien avec le cours de programmationQu'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


27 / 34


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, …


28 / 34


L'ordinateur est une machine séquentielle

L’ordinateur est une machine de traitement numérique des 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

instructioninstructioninstructioninstructioninstruction

...


29 / 34


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:

Th01_I.29


30 / 34


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

mémoirecentrale

données etrésultats données

…Instructions du

programme instruction

Le rôle de la mémoire centrale


31 / 34


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


32 / 34


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

valeur

Valeur et adresse d'un octet de la mémoire


33 / 34


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.


34 / 34


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]


35 / 34


Notation du cours: dates des 3 examens écrits

Module ICalcul

Module 2Communications

Module 3Systèmes

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)


36 / 34


Conclusion

Les 3 modules du cours ICC veulent offrir des bases vous permettant de comprendre les 3 pilliers de l'Informatique, à la fois d'un point de vue théorique et "système".

Ces bases sont non seulement utiles pour le cours de programmation mais aussi pour mieux appréhender certains grands enjeux de notre société numérique.

Dans la seconde heure, nous allons illustrer l'importance de l'informatique dans vos domaine respectifs de la microtechnique, avec le Prof. Mondada, et du génie électrique, avec le Prof. Thiran.

information, calcul et communication · 2017. 5. 27. · gestion et traitement des données....

Documents