Intention généralecomprendre le principe de numérisation et le lien possible entre le système décimal et le système binaire
Avant d'exploiter les ordinateurs pour réaliser des choses très pratiques et très utiles, nous allons vous rendre capable d'expliquer pourquoi tous les appareils permettant de produire et de traiter de l'information, les ordinateurs bien sûr, mais aussi les caméras, appareils photographiques, télévisions, téléphones fixes ou mobiles, lecteurs de DVD, lecteurs MP3, iPods, scanners… sont qualifiés de numériques.
Vous pensez certainement : « Quel intérêt ? »
Et bien nous vous promettons que cette explication vous permettra ensuite de mieux comprendre les limites de ces appareils et des ordinateurs en particulier et donc, de les utiliser plus efficacement.
C'est parti !
1. À l'ère du numérique
Mise en situation
Selon vous, de quoi ont besoin tous ces appareils pour fonctionner ?
Vous avez deviné. Ils doivent être alimentés par une source électrique. La source de cette alimentation est assez souvent le réseau électrique (via une prise de courant).
Oui. Mais il serait évidemment assez malaisé de prendre une photo avec un appareil ou d'appeler un ami avec un téléphone portable, si ceux-ci devaient être reliés au réseau. Ces appareils-là possèdent une batterie électrique. Celle-ci devra régulièrement être rechargée sur le réseau.
Les réponses aux deux questions précédentes vont nous conduire sur la piste de la numérisation.
Chacun de ces appareils possède des composants communs aux autres. Lesquels, d'après vous ?
Chacun d'entre eux est composé de circuits électroniques comme ceux que vous pouvez voir ci-dessus. C'est le passage du courant dans certains de ces circuits qui les fait fonctionner.
Nous en savons maintenant assez pour comprendre en quoi va consister la numérisation, et quels seront ses avantages et ses limites.
1. À l'ère du numérique
Réflexions
Un mystère à éclaircir
Comment, un appareil photo numérique, une calculette, un ordinateur, un téléphone portable… peuvent-ils traiter de l'information, c'est-à-dire la capturer, la transformer et la diffuser, par le simple fait qu'un courant électrique se propage dans certains circuits et pas dans d'autres?
Tous ces appareils possèdent une mémoire et celle-ci est composée de millions, voire de milliards de circuits électroniques interconnectés par des commutateurs (des interrupteurs, si vous préférez).
Ces commutateurs ont deux états possibles : ouvert ou fermé ou encore : 0 ou 1. En position 0, le courant ne circule pas; en position 1, il circule.
En faisant un petit effort d'imagination, on peut donc considérer que cette mémoire est assimilable à un vaste ensemble de 0 et de 1.
Cela signifie que la seule information qui puisse être traitée par ces appareils doit pouvoir s'exprimer comme une suite de 0 et de 1. Voilà pourquoi on dit que toute l'information qui est traitée par ces appareils est numérique. Seules sont traitables, les informations qui peuvent être assimilées à des 0 et des 1 et rien d'autre !
Mais un texte, une image, un air de musique, cela ne ressemble pas du tout à des 0 et des 1. Alors, posons-nous la question de savoir comment ils peuvent le devenir. Cela nous aidera à comprendre quelles sont les limites du traitement de l'information numérique.
Commençons par quelque chose de simple.
Transformer un nombre entier en 0 et en 1
Pouvez-vous proposer une manière de faire ? Que deviendrait le chiffre 4 ou le nombre 13 si on cherchait à les transformer en suites de 0 et de 1 ?
Le truc est fastoche ! Comptons comme nous en avons l'habitude, dans notre système décimal, avec nos dix chiffres. Puis, parallèlement, comptons comme si nous ne disposions que de 0 et de 1, dans un système binaire car il ne comprend que deux chiffres.
À chaque fois que nous avons épuisé toutes les possibilités pour un chiffre à une des positions, nous le ramenons à zéro et augmentons le chiffre de la position à sa gauche (après 1, 10; après 11, 100; après 101, 110; après 111, 1000 et ainsi de suite). Il vous suffit d'imaginer un compteur kilométrique de voiture qui n'utiliserait que deux chiffres.
On voit que le nombre 4 (en décimal) s'écrit 100 (en binaire), le nombre 11 devient 1011. Le nombre 13 deviendra 1101. On dira que ce nombre 1101 est composé de quatre chiffres binaires (en anglais, binary digit ou bits). C'est un nombre de quatre bits.
Dans le système binaire, chaque chiffre d'un nombre binaire est appelé bit. C'est la contraction de l'expression anglaise « binary digit » qui signifie littéralement « chiffre binaire ».
Avant de vous lancer dans les activités, voici deux questions pour vous permettre de vérifier si vous avez compris.
Quel est le nombre binaire qui succédera à 100111001 ? Et quel est celui qui succédera à 10101111 ?
Nous avions déjà compris qu'une information est traitable par un ordinateur si on peut la transformer en une suite 0 et1.
Désormais, comme il y a une correspondance entre le système binaire et notre système décimal, nous pouvons affirmer :
une information est traitable par un ordinateur, si on peut la transformer en une suite de nombres entiers.
Dans les activités qui suivent, vous allez essayer d'inventer des façons de numériser des nombres décimaux et des caractères (lettres, signes de ponctuation,…).
Attention ! Ne confondez pas « système décimal » (utilisant les dix chiffres de 0 à 9) et « nombre décimal » (nombre qui contient une partie décimale et donc une virgule).
Quant à la numérisation des images et des sons, elle sera abordée dans le module qui leur est consacré.
En route pour les activités !
1. À l'ère du numérique
Activités
Oublions les virgules
On a mesuré la taille des élèves de la classe en mètres. Les mesures contiennent donc des décimales. On souhaite les transmettre à un système qui n'accepte que des nombres entiers. Comment faire ?
Même problème, mais cette fois avec de lettres : comment pratiquer si on veut convertir des textes en nombres entiers et puis pouvoir les reconstituer ?
Les nombreux appareils électroniques que nous utilisons sont composés de circuits électroniques. Si on considère que l'absence ou la présence de courant dans chacun de ces circuits peut être symbolisée par 0 ou 1, pour être traitable par un de ces appareils, une information doit être transformable en une suite de 0 et de 1.
Un système n'utilisant que deux symboles est appelé « système binaire », alors que notre système à dix chiffres est appelé « système décimal ».
Numériser, c'est transformer en binaire.
On peut compter en binaire comme en décimal. Une correspondance est facile à établir. Un même nombre s'écrit plus longuement dans le système binaire que dans le système décimal.
Un chiffre binaire est appelé bit (contraction de « binary digit »).
Une information pourra être numérisée si on peut la transformer en nombres entiers.
Numériser les nombres décimaux
Les nombres décimaux contiennent une virgule. Pour pouvoir les numériser, il faut tenir compte des chiffres qui les composent et de la position de la virgule qui est aussi un nombre. Les nombres décimaux peuvent donc être transformés en suites de nombres entiers.
Numériser les caractères
Les caractères peuvent être facilement associés à des nombres. Les textes peuvent donc aussi être numérisés.
Toute information doit être numérisée, y compris l'espace entre deux mots. Pour un système numérique, l'espace est donc un caractère comme les autres.
1. À l'ère numérique
Exercices
Vous pouvez obtenir le corrigé des exercices auprès de votre coach.
Dans ce chapitre, nous vous avons suggéré une méthode efficace pour transformer des nombres décimaux en nombres entiers.
Petit rappel pour les distraits : il suffit de prévoir 3 chiffres à la suite du nombre qui serviront à préciser la position de la virgule en partant de la droite. Un jeu d'enfant ? C'est ce que nous allons vérifier.
Appliquez cette méthode pour :
transformer ces nombres décimaux en nombres entiers : 11,2 - 3,654 - 0,0045 - 0 ,0000067 - 5,64538708978
transformer ces nombres entiers en nombres décimaux : 97006 - 7623002 - 48905013 - 747712005 - 8791010
Bob a répondu à un message d'Alice qui l'a invité à son anniversaire. Par mégarde, le mode numérique de son portable était activé. Bob est capable, comme beaucoup d'entre vous, d'écrire ses sms sans regarder le clavier. Voici ce qu'Alice a reçu :
666550633777222444
Que signifie ce message ? En avez-vous une idée ?
Ce message a été écrit sans le dictionnaire. Il a donc fallu cliquer plusieurs fois sur chaque touche pour obtenir une lettre.
Si Alice veut lui répondre sur le même mode et lui écrire MON AMIE VIENDRA, à quoi ressemblera le début de son message chiffré ? Voyez-vous où est le problème ?
Le code Baudot est un des premiers codes binaires. Inventé par Émile Baudot en 1874, il était utilisé en télégraphie au moyen d'un clavier à cinq touches. Par conséquent, on pourrait dire que chaque caractère était codé sur cinq bits.
Depuis sa création, l'alphabet de Baudot a énormément évolué. Dans une de ses versions les plus simplistes, chiffres, lettres et signes de ponctuation se partageaient un code constitué de moins de 30 caractères.
Grâce à des codes informatifs : les codes 11111 (Lettre) et 11011 (Chiffre). Ceux-ci indiquaient la colonne à laquelle se référer pour décoder les autres codes. Ainsi, la présence du code 11111 informe que c'est dans la colonne « Lettre » qu'il faut trouver les caractères correspondant aux codes qui suivent, et ce jusqu'à l'apparition du code 11011.
À l’aide du tableau ci-dessus, essayez de décoder la citation de J. Renard.
Pour ne pas (trop) vous prendre la tête, tenez compte des quelques recommandations suivantes :
La lecture de la bande se fait de gauche à droite.
Une ligne verticale de cinq cases correspond à un caractère.
La lecture d'un caractère se fait du bas vers le haut. Pour chaque caractère, le premier bit se situe donc en bas de la ligne verticale.
En voici un peu plus sur l'alphabet Braille. On y décrit notamment un problème de codage similaire à celui que nous rencontrerons dans le chapitre suivant.
De passage à Liège, la Cité ardente ? Faites un détour par la Maison de la Métallurgie et de l'Industrie (MMIL) et attardez-vous, plus particulièrement, dans sa salle de l'informatique pour y découvrir les débuts du traitement automatique de l'information.
2. Code, codes, codage
Intention généraleconnaitre les standards de codification des caractères et leur lien avec le système binaire
Dans le monde réel, les êtres humains utilisent toutes sortes de symboles pour se transmettre de l'information (lettres, chiffres, symboles divers…). Les ordinateurs sont des calculateurs et ils ne peuvent traiter que des nombres.
Quand les êtres humains ont souhaité communiquer en se servant des ordinateurs, ils ont très vite essayé de se mettre d'accord pour définir des codes communs. Ces codes, on les appelle « standards de codification des caractères ». Nous allons essayer de comprendre comment et pourquoi ces codes ont été choisis et quel est leur lien avec le système binaire.
Nous découvrirons notamment les codes standardisés les plus utilisés : l'ASCII et l'Unicode et nous verrons pourquoi les connaître un peu nous sera utile en cas de problème.
2. Code, codes, codage
Réflexions
Dans une activité du chapitre précédent, nous avons inventé un code simple pour les lettres de l'alphabet. Cependant, notre écriture n'utilise pas que les caractères majuscules. Il y a aussi les minuscules. Cela nous oblige à créer 26 codes supplémentaires. Jusque là, pas de souci. Nos deux symboles permettent d'en coder une centaine.
Mais ce n'est pas encore tout. Les chiffres sont également des caractères. On les utilise dans les textes, même s'ils ne font pas l'objet de calculs, comme dans la phrase qui suit.
Notre alphabet compte 26 lettres dont 6 voyelles et 20 consonnes.
Il y a aussi les signes de ponctuation. En voici un exemple.
Il existe différents types d'écriture: le cunéiforme, le braille, la sténographie... en sont quelques exemples.
Et que dire des caractères accentués qui sont parfois différents d'une langue européenne à l'autre?
L'écriture existe depuis environ 5 300 ans.
Písmo se používá na vizuální zápis jazyka se symboly.
Pismo to system umownych znaków, za pomocą których można utrwalić język mówiony.
Et puis, ne parlons pas des idéogrammes chinois ou, plus près de nous, des caractères hébreux ou cyrilliques comme dans la phrase ci-dessous.
Писменост е използването на графеми, записани върху някакъв физически носител, за образуване на думи и други езикови конструкции, които представят някакъв език и носят информация.
Notre système de codage à deux symboles décimaux ne suffit plus. Comment les systèmes informatiques se débrouillent-ils avec ça ? Vous allez le découvrir dans les activités qui suivent.
2. Code, codes, codage
Activités
Un code passe-partout
Pour la numérisation des textes, un système de codage des caractères s'est progressivement imposé : le code ASCII. De quoi s'agit-il ?
Objectif :
décrire les fondements du codage ASCII et la notion d'octet
Le Web est accessible aux habitants du monde entier. Peut-on imaginer un code qui englobe les caractères de tous les systèmes d'écriture ? UNICODE tend à répondre à cette question. De quoi s'agit-il ?
Objectif :
décrire les fondements d'UNICODE et un de ses dérivés : UTF-8
Le code ASCII à sept bits permet de coder les 128 principaux caractères : lettres majuscules et minuscules, chiffres, signes de ponctuation… utilisés en langue anglaise. Les caractères accentués ne sont pas pris en compte.
Les codes des lettres majuscules sont des nombres inférieurs à ceux des codes des lettres minuscules, ce qui est important en ce qui concerne l'ordre alphabétique et donc les tris.
Les codes binaires d'une lettre majuscule et de sa correspondante en minuscule ne diffèrent que par le troisième bit. Comme points de repère, le code décimal de la lettre A est 65 et celui de la lettre a est 97.
Le code ASCII étendu à huit bits permet de coder deux fois plus de caractères, soit 256. Les 128 caractères supplémentaires servent à coder les caractères spéciaux, mais ceux-ci variant d'une langue à l'autre, il existe plusieurs extensions. Pour nous, l'extension la plus connue et la plus utile est celle du code ISO-8859-1 appelé aussi latin-1 ou Europe occidentale.
Les 256 caractères peuvent être disposés dans un tableau dont les colonnes et les lignes peuvent être numérotées de 0 à 15 ou, pour ne travailler qu'avec un seul symbole, numérotées de 0 à F. Cette façon de repérer les caractères nous donne une idée de la manière d'écrire les nombres dans un système hexadécimal (16 symboles).
Octet
Un groupe de huit bits porte le nom d'octet. Comme l'octet représente le nombre de bits nécessaires pour coder un caractère, on a pris l'habitude de mesure la taille des supports d'information numérique en nombre d'octets.
On parle de Kilo-octets (Ko), de Méga-octets (Mo), de Giga-octets (Go) ou encore de Terra-octets (To) pour désigner les milliers, millions, milliards ou billions d'octets.
Unicode
Parce que l'usage d'Internet et du Web l'ont rendu nécessaire, Unicode a la capacité de coder, non seulement les caractères d'une langue, mais tous les caractères de toutes les langues et dialectes écrits de la planète.
L'Unicode inclut trois techniques de codage interchangeables dont le plus courant sur le Web et dans l'usage du courrier électronique est l'UTF-8. UTF-8 utilise de un à quatre octets pour coder un caractère. En UTF-8, les caractères de l'ASCII sept bits sont toujours codés sur un octet, ce qui assure la compatibilité avec une partie très importante de l'information produite dans le passé.
2. Code, codes, codage
Exercices
Vous pouvez obtenir le corrigé des exercices auprès de votre coach.
Intention généralecomprendre pourquoi le système n'effectue que des traitements formels et en découvrir les conséquences
Nous savons qu'une fois codées, les informations deviennent des suites de nombres que le système va manipuler. Mais, comment est-il possible de lui faire manipuler ces nombres pour obtenir les traitements escomptés ? Par exemple, comment demander à un système de mettre un bloc de texte en majuscules alors que tous les caractères de ce bloc sont devenus des nombres ?
Certains traitements sont possibles, d'autres pas, ou pas encore. Car il faut que l'homme puisse expliquer à la machine comment les réaliser. Derrière ce défi, se trouve une question très générale : « qu'est-ce qui est à la portée d'un ordinateur et qu'est-ce qui ne l'est pas, ou pas encore » ?
Dans ce chapitre, nous allons vous aider à distinguer les traitements d'informations qui peuvent être facilement formalisés de ceux qui le sont plus difficilement. Ainsi, vous aurez une bonne idée générale des capacités actuelles des systèmes, mais aussi, de ce que vous pouvez en espérer dans le futur.
3. Un travail "système-à-TIC"
Mise en situation
Voici un texte écrit en polonais.
Komputery, a inne maszyny liczące
Komputer od tradycyjnego kalkulatora odróżnia zdolność wykonywania wielokrotnie, automatycznie powtarzanych obliczeń, wg algorytmicznego wzorca zwanego programem, gdy tymczasem kalkulator może zwykle wykonywać tylko pojedyncze działania. Granica jest tu umowna, ponieważ taką definicję komputera spełniają też kalkulatory programowalne (naukowe, inżynierskie), jednak kalkulatory służą tylko do obliczeń matematycznych, podczas gdy nazwa komputer najczęściej dotyczy urządzeń wielofunkcyjnych.
Jakkolwiek istnieją mechaniczne urządzenia liczące, które potrafią realizować całkiem złożone programy, zazwyczaj nie zalicza się ich do komputerów. Warto jednak pamiętać, że prawzorem komputera była maszyna Turinga, którą można by wykonać w całości z części mechanicznych, a pierwsze urządzenia ułatwiające obliczenia były znane w starożytności, np. abakus z 440 p.n.e..
À moins que vous ne connaissiez cette langue, vous êtes incapables de lui attribuer le moindre sens. Vous êtes donc comme un ordinateur face à de l'information numérisée. Cependant, cela ne signifie pas que vous êtes incapables d'effectuer certains traitements sur ce texte.
Parmi les épreuves qui suivent :
quelles sont celles que vous allez réussir sans aucun problème ?
quelles sont celles que vous allez réussir sans trop de problèmes, mais peut-être avec quelques petites incertitudes ?
quelles sont celles que vous êtes incapables de réussir ?
Dans le cahier, complétez le tableau que vous voyez ci-dessous en mettant des croix là où il faut, puis lisez nos commentaires.
Épreuve
Sans problème
Pas sûr à 100%
Incapable
Dire combien il compte de lettres
Écrire tout le texte en lettres capitales
Y trouver le mot "maszyna"
Dire combien il compte de noms communs
Surligner le deuxième paragraphe
Dire combien la première phrase de ce paragraphe compte de mots
Synthétiser le texte en deux lignes maximum
Souligner les mots qui désignent des oiseaux
Dire quelle est la lettre la plus fréquente
Dire combien de fois la chaîne (suite) de caractères « części » apparaît dans le texte
Mettre le texte au futur simple
Voir les commentaires en page suivante
3. Un travail « système-à-TIC »
Réflexions
Vous pourrez réussir une bonne partie de ces épreuves. Il y en a cependant quatre qui resteront hors de votre portée :
compter le nombre de noms communs,
synthétiser le texte en deux lignes,
souligner les mots qui désignent des oiseaux,
mettre le texte au futur simple.
Les traitements que vous êtes capables de réaliser sont ceux qui ne demandent pas de comprendre de quoi parle le texte, des traitements qui ne s'occupent pas du sens, mais uniquement de la forme de l'information, des traitements « sens interdit ».
Ces traitements sont des traitements formels.
Examinons les autres épreuves. Elles sont toutes basées sur une capacité à reconnaître des formes.
Dire combien il compte de lettres Comme vous savez compter et distinguer les lettres des autres caractères, vous réussirez cette épreuve sans problème.
Écrire tout le texte en lettres capitales L'alphabet polonais s'inspire de l'alphabet latin. Il compte 32 lettres (23 consonnes et 9 voyelles). Neuf de ces lettres comportent un signe diacritique qui a pour effet de modifier la prononciation.
Vous connaissez la forme des lettres en majuscules et en minuscules, donc, pas de problème.
Y trouver le mot « maszyna » Il s'agit tout simplement de retrouver une suite de caractères, autrement dit, une forme particulière. Vous pourriez même le retrouver s'il était écrit en lettres capitales.
Surligner le deuxième paragraphe C'est encore d'une reconnaissance de forme dont il s'agit. Toutefois, si les paragraphes ne sont pas espacés, il n'est pas aisé de savoir si une phrase qui se termine en fin de ligne est suivie d'une phrase qui traduit la même idée. Comme le montre l'illustration qui suit, le deuxième paragraphe pourrait donc être difficile à identifier en l'absence d'espacement.
Dire combien la première phrase de ce paragraphe compte de mots Vous savez qu'une phrase se termine par un point, des points de suspension, un point d'exclamation ou un point d'interrogation. Vous savez qu'un mot est séparé d'un autre, soit par une espace, soit par une virgule, une apostrophe ou tout autre signe de ponctuation. Vous devez donc pouvoir réaliser cette épreuve.
Cette phrase contient 25 mots.
Dire quelle est la lettre la plus fréquente C'est un simple problème de comptage des formes, même s'il est fastidieux. Vous savez qu'il existe 32 lettres. Une même lettre peut évidemment être écrite en majuscule ou en minuscule. Mais attention, les lettres sont différentes s'il elle comportent ou non un signe diacritique et en fonction de celui-ci.
Dire combien de fois la suite de caractères « części » apparaît dans le texte Il n'est évidemment pas précisé si le « mot » doit apparaître seul ou dans une chaîne de caractères plus longue.
La réponse est donc deux fois.
3. Un travail "système-à-TIC"
En résumé
Traitement formel
Les seuls traitements que nous pouvons appliquer à une information dépourvue de sens sont des traitements formels.
Limites des systèmes informatiques
À cause de la nécessaire numérisation des informations, les systèmes informatiques ne peuvent effectuer que des traitements formels. Tout traitement effectué par un tel système a été complètement formalisé et donc programmé, même s'il nous paraît intelligent.
3. Un travail "système-à-TIC"
Exercices
Vous pouvez obtenir le corrigé des exercices auprès de votre coach.
Classez les traitements suivants par ordre de difficulté croissante de formalisation (du plus facile à faire faire par un système informatique, au plus compliqué) :
jouer un air de musique en suivant une partition ;
Précisez le degré de formalisation (très facile, facile, difficile ou très difficile) des traitements suivants. Justifiez votre choix de manière exhaustive.
Dresser la liste des noms écrits au pluriel dans un texte
Trouver le plus petit nombre d’une série
Déterminer si une réaction à un avis donné dans un forum est pour ou contre cet avis ou neutre
Ecrire en braille, un texte rédigé en français
Remplir une grille SUDOKU
Remplir une grille de mots croisés
Remplacer le mot travail par le mot boulot chaque fois qu’il apparait dans un texte
Intention généraledécrire le schéma fonctionnel d'un système informatique, caractériser et placer dans ce schéma les éléments matériels les plus courants
Comment fonctionne un système informatique ? Sans entrer dans de grands détails techniques, en comprendre les principes généraux est essentiel.
Nous avons souvent une mauvaise représentation de la manière dont fonctionnent les systèmes informatiques. En nous énervant parfois sur eux, nous les personnifions, oubliant qu’ils ne sont composés que de circuits imprimés.
Nous confondons parfois les types de supports d'information et notamment la mémoire centrale et les mémoires de masse et nous contrôlons mal la sauvegarde et la récupération de nos travaux.
Nous ignorons beaucoup de la taille et de l’état des supports. Sont-ils presque vides, ou au contraire, presque saturés ?
En cas de problème, nous ne trouvons parfois pas d'autre solution que d'éteindre l'ordinateur et de le redémarrer.
Pour toutes ces raisons, il paraît essentiel d'avoir en tête un schéma fonctionnel de l'ordinateur, un schéma différent de ce qui est visible extérieurement et qui mette en évidence les phases de codage, de traitement et de décodage.
4. Penser machinalement
Réflexions
Il y a la réalité, et ce que nous en percevons.
Il vous arrive peut-être de pleurer au cinéma devant une scène émouvante, alors que celle-ci n'est pas réelle. Vous vous laissez porter par ce que vous voyez. Dans cette circonstance, ce n'est pas trop grave. C'est même parfois agréable.
Mais si nous voulons maîtriser un système informatique, nous devons nous méfier de ce que nous percevons. Les mauvaises représentations que nous nous faisons en situation d'apprentissage ne nous aident pas à « comprendre ». Et « comprendre » est un acte fondamental si nous voulons être efficaces.
Dans le domaine du traitement de l'information, ce que nous percevons ne nous aide pas à comprendre comment le système fonctionne et empêche souvent cette efficacité de se manifester.
Exemple : l'ordinateur portable
Que voyez-vous ? Un seul objet : le portable ! Mais cet objet intègre divers éléments.
Ce que nous distinguons visuellement, ce sont différents éléments techniques dont l'importance visuelle n'est pas nécessairement fondamentale. En revanche, d'autres éléments techniques, bien que très importants, ne sont pas visibles.
Y a-t-il un élément visible sur la photo dont on pourrait se passer tout en permettant à l'ordinateur de continuer à fonctionner ?
Sur l'image, nous voyons sur le devant du portable, un lecteur de DVD dont l'existence, bien qu'utile, n'est pas indispensable à l'usage de celui-ci. En revanche, nous n'y voyons pas le disque dur qui joue pourtant un rôle important dans le traitement de l'information.
Voilà qui nous invite à réfléchir en ayant en tête un schéma plutôt qu'une photo. L'animation qui suit vous décrit ce schéma qui explique comment fonctionne un système informatique.
Les activités qui suivent vont maintenant vous permettre d'associer différents éléments techniques d'un système à chacune des quatre parties importantes du schéma.
4. Penser machinalement
Activités
Et moi, où suis-je ?
Les périphériques peuvent avoir des formes très différentes tout en ayant la même fonction globale.
Objectif :
établir le lien entre un élément matériel et le schéma fonctionnel
Pour être traitée par un système informatique, l'information sous sa forme utilisable par l'être humain doit être numérisée.
Une fois dans le monde virtuel, l'information numérique peut être traitée, stockée, communiquée à d'autres systèmes.
Pour être à nouveau exploitable par l'être humain, elle doit subir une conversion analogique.
Schéma fonctionnel
Le fonctionnement d'un système informatique peut être décrit comme une suite d'interactions entre quatre parties importantes :
les périphériques d'entrées via lesquels s'effectue la numérisation ;
l'unité de traitement, qui contient le processeur et la mémoire centrale que celui-ci exploite pour réaliser les traitements ;
les périphériques de sortie via lesquels s'effectue la conversion analogique ;
les périphériques d'entrée/sortie via lesquels s'effectuent le stockage, la récupération et la communication de l'information sous forme numérique.
Tout composant d'un système informatique peut être associé à une de ces quatre parties.
Nous regroupons abusivement les supports numériques, les dispositifs de lecture/écriture et les ports d'entrée/sortie dans la quatrième partie.
Lecture et écriture
L'unité de traitement est au centre du schéma. Les actions s'expriment donc par rapport à elle. On parle de lecture lorsque l'information transite via les périphériques d'entrée et d'écriture lorsque l'information transite via les périphériques de sortie.
Supports numériques
Les mémoires sont les supports de l'information numérique. On distingue la mémoire interne, volatile qui est une mémoire de travail, des mémoires externes, non volatiles, et qui sont des mémoires de stockage.
La capacité des mémoires s'exprime le plus couramment en Méga-octets (Mo) ou en Giga-octets (Go).
Processeur
Le processeur est le cœur du système. Il travaille au rythme d'une horloge qui donne la cadence des centaines de millions, voire des milliards de fois par seconde. La fréquence de cette horloge s'exprime donc en Gigahertz (GHz)
4. Penser machinalement
Exercice
Vous pouvez obtenir le corrigé des exercices auprès de votre coach.
Expliciter les mots en gras dans les différentes descriptions de situations ci-dessous. Pour cela, décrivez quels périphériques d’entrée, de sortie et de stockage (entrée/sortie) interagissent avec l'unité centrale (cf. le modèle du schéma fonctionnel que vous connaissez).
À titre d'exemple, les réponses sont données pour le premier scénario.
Scénario 1
Étudiant en 5e secondaire, j'ai dû rédiger une dissertation dans le cadre du cours de français. J'ai choisi d'utiliser l'ordinateur pour la dactylographier et l'enregistrer. Une fois celle-ci terminée, je l’ai imprimée pour la remettre au professeur.
Pour la dactylographier, j'utilise le clavier (1) pour mémoriser le texte (2). Celui-ci apparaît à l'écran (3).
Pour l'enregistrer, je donne une commande au clavier (1) et le texte contenu dans la mémoire (2) est enregistré sur le disque dur (4).
Pour l'imprimer, je donne une commande au clavier (1) et le texte contenu dans la mémoire (2) est imprimé sur une feuille sortant de l'imprimante (3).
Scénario 2
J’adore la musique ! Pendant mes temps libres, j’invente quelques accords de guitare que j'enregistre grâce à l’ordinateur. J'écoute souvent mes compositions avec mes copains quand ils viennent à la maison !
Scénario 3
Lors d’un projet, j’ai été amené à réaliser une vidéo que je devais présenter en classe. Une fois la vidéo capturée sur la caméra numérique, je l’ai transférée vers mon ordinateur portable. J'ai eu des difficultés à la retravailler. Ce n'est pas évident sans souris ! Pour pouvoir la diffuser, je l’ai copiée sur un DVD.
Scénario 4
J’écoute souvent de la musique sur mon lecteur mp3. C'est facile. Grâce à l'ordinateur, je recherche mes chansons préférées dans une boutique de musique en ligne. Je télécharge celles qui me plaisent pour le prix d'un euro environ et je les stocke dans un dossier « Musique ». Enfin, je les copie sur mon lecteur pour les écouter en boucle tout au long de la journée.
Albert fait ses courses. Il souhaite acheter une clé USB pour son fils Philippe. Ce dernier a l'intention d'y stocker ses photos de vacances (environ 1.100 photos). Chaque photo, prise avec son appareil photo numérique, pèse en moyenne 1,5 Mo.
Albert hésite entre trois capacités de clés : 1 Go, 2 Go et 4 Go.
Albert est grippe-sou. Sachant que le coût d'une clé USB est proportionnel à sa capacité, quelle clé doit-il (au minimum) offrir à Philippe ?
Combien de photos peuvent être stockées au maximum sur chacune des clés USB ?
Intention généralecomprendre le fonctionnement d'un système informatique dans ses interactions avec l'utilisateur et reconnaitre les objets d'interaction
Lorsqu'une personne se trouve devant un ordinateur, qui travaille réellement ? On peut penser que c'est la personne. Or nous venons de décrire un schéma fonctionnel du système qui tend à prouver que c'est le système informatique qui travaille. Où est donc la vérité ? En réalité, la personne interagit avec le système.
Dans ce chapitre, nous allons essayer de décrire ces interactions. Mais dans un premier temps, nous allons revenir sur le travail du processeur. Comment est-il possible qu'il exécute des instructions ? D'où viennent-elles ? Que se passe-t-il vraiment lorsqu'un ordinateur est démarré ?
Si le schéma fonctionnel nous a permis de comprendre comment s’effectuaient les échanges entre le monde réel et le monde virtuel et à l’intérieur du monde virtuel, il nous faut analyser d'un peu plus près comment les choses se passent. Nous augmenterons ainsi nos chances de comprendre mieux l'origine de certains problèmes que nous pouvons rencontrer lors d'une session de travail avec un ordinateur.
5. Qui fait quoi ?
Mise en situation
Un ordinateur exécute des programmes. Oui, mais un lave-linge, un lave-vaisselle ou encore un sèche-linge le font aussi !
Alors, voyez-vous des différences significatives ? Lesquelles ?
Voyez les commentaires en page suivante.
Qui fait quoi ?
Réflexions
Lorsqu'ils fonctionnent, un lave-linge comme un ordinateur exécutent un programme.
Mais quelles sont les nuances importantes que nous devons apporter ?
Le lave-linge
Son utilisateur(trice) fournit la poudre, l'adoucissant, le linge, puis choisit un programme et le fait exécuter. Sauf panne ou arrêt du programme par l'utilisateur, il est exécuté d'un bout à l'autre de manière linéaire.
Le lave-linge est donc capable d'exécuter un nombre limité de programmes sans réelle interaction avec son utilisateur.
L'ordinateur
Lorsqu'il met en route son ordinateur, son utilisateur est d'abord inactif. Pourtant, l'ordinateur « tourne ». C'est donc que son processeur est actif. Il exécute les instructions d'un programme.
Ce n'est qu'au bout d'un temps que l'utilisateur intervient fournissant à son tour des indications de traitement et des données.
La suite sera une sorte de long échange entre l'utilisateur, fournisseur de données, et les programmes qui gouvernent tour à tour l'ordinateur. L'interactivité peut être très importante, comme c'est le cas lors de l'usage d'un programme de traitement de texte, par exemple. Dans ce cas, l'utilisateur fournit quasi sans cesse des données au système, qu'il s'agisse de contenu ou de commandes.
Alors, programmes et données, quelles distinctions faire et pourquoi ? Et quels liens avec le schéma fonctionnel que nous avons établi ?
C'est ce que vous allez découvrir dans les activités.
5. Qui fait quoi ?
Activités
Le réveil
Que se passe-t-il à la mise en route d'un ordinateur ? Au moment où nous intervenons pour la première fois en usant du clavier, de la souris..., qu'est-ce qui se trouve dans la mémoire centrale de l'ordinateur ?
Objectif :
décrire le fonctionnement d'un système en termes de relations entre les supports permanents et volatils
L'être humain doit communiquer avec le système pour obtenir de lui ce qu'il souhaite. Cette communication passe par une interface dans laquelle l'écran joue un rôle important. Cette activité vous permettra d'identifier les principaux objets d'interaction des interfaces visuelles.
Objectif :
utiliser le vocabulaire correct pour désigner les objets d'interaction des interfaces
Tout système informatique peut être vu comme un ensemble de programmes exploitant des ressources matérielles pour effectuer des opérations (traitements) sur des données.
Programmes et données
D'un point de vue sémantique, un programme est un ensemble d'instructions censées agir sur des données.
D'un point de vue formel, il n'y a pas vraiment de différence entre un programme et des données, car un programme, c'est une suite de nombres qui agissent sur des nombres.
Ainsi, un texte constitue un ensemble de données pour un programme de traitement de texte.
Mais on doit aussi admettre qu'un programme est presque toujours un ensemble de données pour un autre programme.
Un programme de traitement de texte constitue un ensemble de données pour le système d'exploitation.
Le système d'exploitation constitue un ensemble de données pour le programme de démarrage en mémoire morte.
Le programme de démarrage en mémoire morte constitue un ensemble de données pour le processeur.
Seul le processeur distingue, par la manière dont il est câblé, une donnée d'une instruction.
Mémoire morte et mémoire vive
La mémoire morte ou ROM contient, de manière permanente, le premier ensemble d'instructions (programme à exécuter) et de données (à traiter).
La mémoire vive ou RAM accueille, de manière temporaire toutes les informations (données et programmes) qui viennent progressivement enrichir les capacités du système.
Système d'exploitation
Le système d'exploitation est l'ensemble des programmes capables d'exploiter les ressources du système. Sauf dans le cas particulier et de plus en plus rare où ceux-ci se trouvent en mémoire morte, ils constituent les premières informations qui viennent enrichir le système et garnir la mémoire vive.
Le système d'exploitation est capable de charger en mémoire vive les programmes (applications) et les données (documents) qui intéressent les utilisateurs.
Fichiers
Les données et les programmes ne diffèrent que par le statut qui leur est donné. Sur un support numérique, les uns comme les autres sont constitués en fichiers.
Interface
L'utilisateur interagit avec le système pour lui fournir des données. L'interface est l'ensemble des moyens de communication entre l'utilisateur et le système.
L'écran constitue un élément important de l'interface. Les objets d'interaction sont les éléments graphiques qui facilitent la transmission des données au système.
5. Qui fait quoi ?
Exercices
Vous pouvez obtenir le corrigé des exercices auprès de votre coach.
Servez-vous du schéma fonctionnel pour expliquer ce qui se passe dans le processus de sauvegarde automatique implanté dans de nombreux programmes. Distinguez selon que l'arrêt du système est brutal (panne de courant, plantage) ou normal (enregistrement et fermeture).
Vous pensez bien connaître les objets d'interaction ? C'est ce que nous allons vérifier.
D'après vous, à quels objets d'interaction correspondent les descriptions ci-dessous ?
Besoin d'aide ? Cliquez sur l'icône ci-dessous.
Aidez vous de cette liste : bouton poussoir ; bouton fléché ; boite de dialogue ; barre d’outils ; barre d’adresse ; menu ; fenêtre ; infobulle ; onglet ; widget.
Attention, il ne peut y avoir qu’une description par objet. Deux objets resteront donc sans explication. Lesquels ?
Je permets à l’utilisateur de choisir une commande dans une liste. Je suis…
Je suis une petite zone rectangulaire qui s'affiche au survol du pointeur sur un bouton pour fournir une aide rapide sur la commande qui lui correspond. Je suis…
Grâce à moi, l'utilisateur peut, notamment, contrôler le système en validant ou en annulant certains choix préalablement effectués. Je suis…
Je contiens le chemin pour arriver à un site web (url) ou pour accéder à un fichier sur un support local. Je suis…
Je regroupe généralement une série de paramètres que l'utilisateur fournit au système pour qu'il puisse effectuer les traitements souhaités. Je suis…
Je suis une zone de l'écran qui regroupe une série d'icônes donnant accès à des fonctionnalités du logiciel ou de l'application. Je suis…
Je représente graphiquement un intercalaire. Lorsque nous sommes plusieurs, nous enrichissons le contenu d’une fenêtre ou d’une boite de dialogue. Je suis…
Je suis un objet graphique qui permet à l'utilisateur de diminuer ou d'augmenter une valeur. Je suis…
L'épreuve de certification comprendra une partie réflexion sous forme d'un QCM. Les tests que vous pouvez télécharger ci-dessous vous permettent de vous en faire une idée précise.
Si vous pouvez refaire les activités, exercices et tests de ce module, vous êtes paré(e).
Pour la correction des exercices et des tests, adressez-vous à votre coach.
Pour pouvoir la diffuser, je l’ai copiée sur un DVD.
