L’ordinateur numérique est un système numérique qui effectue diverses tâches de calcul. Le mot numérique implique que les informations de l’ordinateur sont représentées par des variables qui prennent un nombre limité de valeurs discrètes. Ces valeurs sont traitées en interne par des composants qui peuvent maintenir un nombre limité d’états discrets.
Les chiffres décimaux 0, 1, 2,…, 9, par exemple, fournissent 10 valeurs discrètes. Le premier ordinateur numérique électronique, développé à la fin des années 1940, était principalement utilisé pour les calculs numériques et les éléments discrets étaient les chiffres. De cette application est né le terme ordinateur numérique.
En pratique, les ordinateurs numériques fonctionnent de manière plus fiable si seulement deux états sont utilisés. En raison de la restriction physique des composants, et parce que la logique humaine a tendance à être binaire (c’est-à-dire vrai ou faux, déclarations oui ou non), les composants numériques qui sont contraints de prendre des valeurs discrètes sont en outre contraints de ne prendre que deux valeurs et sont dits binaires.
Les ordinateurs numériques utilisent le système de numération binaire, qui comporte deux chiffres : 0 et 1. Un chiffre binaire est appelé un bit. Les informations sont représentées dans les ordinateurs numériques par groupes de bits. En utilisant diverses techniques de codage, des groupes de bits peuvent être amenés à représenter non seulement des nombres binaires, mais également d’autres symboles discrets, tels que des chiffres décimaux ou des lettres de l’alphabet.
Ordinateurs numériques: Organisation informatique
L’organisation informatique concerne le fonctionnement des composants matériels et la façon dont ils sont connectés ensemble pour former le système informatique.
Les différents composants sont supposés être en place et la tâche consiste à étudier la structure organisationnelle pour vérifier que les composants informatiques fonctionnent comme prévu.
Ordinateurs numériques: Conception informatique
La conception informatique concerne la conception matérielle de l’ordinateur. Une fois les spécifications informatiques formulées, c’est au concepteur de développer le matériel pour le système.
La conception informatique concerne la détermination du matériel à utiliser et de la manière dont les pièces doivent être connectées. Cet aspect du matériel informatique est parfois appelé implémentation informatique.
Ordinateurs numériques: Architecture informatique
L’architecture informatique concerne la structure et le comportement de l’ordinateur tels que vus par l’utilisateur.
Il comprend les informations, les formats, le jeu d’instructions et les techniques d’adressage de la mémoire. La conception architecturale d’un système informatique concerne les spécifications des différents modules fonctionnels, tels que les processeurs et les mémoires, et leur structuration en un système informatique.
Deux types de base d’architecture informatique sont :
- architecture de von Neumann
- Architecture Harvard
architecture de von Neumann
L’architecture de von Neumann décrit un cadre général, ou une structure, que le matériel, la programmation et les données d’un ordinateur doivent suivre. Bien que d’autres structures informatiques aient été conçues et mises en œuvre, la grande majorité des ordinateurs utilisés aujourd’hui fonctionnent selon l’architecture de von Neumann.
von Neumann a envisagé la structure d’un système informatique comme étant composée des composants suivants:
- ALU: L’unité arithmétique-logique qui exécute les fonctions de calcul et de logique de l’ordinateur.
- RAM: Mémoire; plus précisément, la mémoire principale ou rapide de l’ordinateur, également appelée Mémoire vive (RAM).
- Unité de commande: Il s’agit d’un composant qui ordonne à d’autres composants de l’ordinateur d’effectuer certaines actions, telles que diriger l’extraction de données ou d’instructions de la mémoire à traiter par l’ALU; et
- Interfaces homme-machine; c’est-à-dire des dispositifs d’entrée et de sortie, tels que le clavier pour l’entrée et le moniteur d’affichage pour la sortie.
Schéma bloc d’un ordinateur numérique
Un exemple d’architecture informatique basée sur l’architecture de von Neumann est l’ordinateur personnel de bureau.
Architecture Harvard
L’architecture Harvard utilise des voies de stockage et de signal physiquement séparées pour leurs instructions et leurs données. Le terme provient du Mark I de Harvard et des données dans les verrous de relais (larges de 23 chiffres).
Dans un ordinateur avec une architecture Harvard, le processeur peut lire à la fois une instruction et des données de la mémoire en même temps, ce qui permet de doubler la bande passante mémoire.
Les systèmes informatiques basés sur Microcontrôleur (micro-ordinateur à puce unique) et les systèmes informatiques basés sur DSP (Processeur de signal numérique) sont des exemples de l’architecture de Harvard.