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ICC Leçon 1 – Introduction
© 2013 P. Janson & R. Boulic
Information, Calcul et Communication
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Information, Calcul et Communication
Introduction
Faculté Informatique et Communications
Dr Ronan Boulic
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Agenda
 Une accélération vertigineuse de l’humanité, 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
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Une accélération vertigineuse
 L’acroissement de la population crée une masse critique qui repose continuellement le problème de la
survie dans un environnement avec des ressources limitées. Cependant, l’inventivité humaine a permis de
dépasser ces contraintes en valorisant de nouvelles ressources, offrant ainsi un contexte favorable à
l’accroissement de la population et à l’apparition de la société moderne :
• 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 ?
Sources:
Ray Kurtzweil: The Law of Accelerating Returns
Estimation de l’activité courante de l’internet: http://www.internetlivestats.com/
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Les racines de l’informatique
• 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
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L’accélération générale de la technologie
% de pénétration de la société
100
90
Téléphone
80
Ampoule
70
Radio
TV N&B
60
TV couleur
50
Carte de crédit
40
VCR
30
Bancomat
20
CD/DVD
10
PC
0
Portable
1900 1910 1920 1930 1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Année
WWW
Source: IBM
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L’accélération générale de la technologie
% de pénétration de la société
100
Télévision
Electricité
Téléphone
Radio
Automobile
Portable
PC
50
0
Source: mapthefuture.mikemace.com
0
25
50
75
Années écoulées
100
125
150
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Les accélérations spécifiques de l’Informatique
107
impossible
106
possible
trivial
105
100Tbps: 100000x
104
1TB: 10000x
103
102
101
fiber: 1Gbps
109 transistors: 1000x
disk: 0.1GB
chip: 106 transistors
100
1990
2010
Source: Matthias Grossglauser, EPFL
2030
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Les accélérations spécifiques de l’Informatique
107
impossible
106
possible
trivial
105
100000x
Loi 100Tbps:
de Moore
[1965 -2015]
104
1TB: 10000x
103
102
101
?
fiber: 1Gbps
109 transistors: 1000x
disk: 0.1GB
chip: 106 transistors
100
1990
2010
Source: Matthias Grossglauser, EPFL
2030
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Tous les secteurs d’activité sont affectés
Biens

…
…

Services
Agriculture
Industrie
Commerce
Services «publics»
Services
professionnels
Admin.
Publique
Culture
Chasse
Pêche
Extraction
Traitement
Manufact.
Packaging
Distribution
Transport
Voyage
Eau/gaz/élec.
Télécom.
Médias/showbiz
Monde artistique
Conseil
Finance
Assurance
Médical
Education
Gouvern.
(ONG incl.)
Météo
Captage
Prospection
Marketing
Logistique
Multimedia
Optimisation
Syst. Experts
Multimedia
Syst. experts
CADCAM
Télécom.
Mesure/contrôle
Télécom.
Télécom.
Télécom.
Calcul scientifique:
modélisation, simulation, optimisation
Gestion de données
Gestion de processus
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Calcul scientifique
C’est l’application historique, héritée de la génération des calculateurs (« computer »)
Utilisation : simulation de systèmes complexes (compréhension de
fonctionnement, 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
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Calcul scientifique
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La gestion d’information
Gestion et traitement des données.
Utilisation : gestion de systèmes bancaires ou boursiers, commerce
électronique (vente et réservation en ligne), comptabilité
d’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, et
fortes capacités en matière de communications
(entrées/sorties)
data center
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La gestion d’information doit aussi faire face au problème de
la faible longévité des supports-mémoires
Les supports d’information ne sont plus ce qu’ils étaient
Rosetta tablets
HD-Rosetta (ion beam-inscribed nickel-plate)
Books
Microfilm
Black and white prints
Newspapers
Shellac and vinyl records
50-250
Color negatives
100-200
Color prints
50-200
Magnetic tape
30-100
CDs / DVDs
5-100
Acid-based paper
50-80
Polaroid photos
20-80
35mm film
50-75
Inkjet prints
20-30
Hard drives
10-20
Flash memory
10
3.5" Floppies
5-10
Years
100
200
5'000-10'000
1'000
100-1'000
400-500
200-400
100-400
300
400
500
600
700
800
900
1000
Source: Wired June 2002, p 062
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Conduite de processus : systèmes embarqués
ASIMO
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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
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Exemples de taille de systèmes embarqués
en nb d’instructions (code exécutable)
Quelques chiffres
[IEEE Computer Avril 2009]
kW
Ligne du haut: Nb de systèmes embarqués dans une voiture haut de gamme
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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 ?
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Plan du cours
 Information
Semaine
1. Introduction
• Fondements du calcul
2. Calcul et algorithmes (Alan Turing)
3. Stratégies de calcul
4. Théorie du calcul
5. Représentation de l’information
 Calcul
• Fondements des communications
6. Echantillonnage
7. Reconstruction
8. Entropie (Claude Shannon)
9. Compression
 Communication
 Fondements des systèmes
10. Architecture (John Von Neumann)
11. Mémoires hiérarchiques
12. Stockage : fichiers et base de données
13. Réseaux
14. Sécurité
• 3 Tests notés (semaines 6, 10, 14)
•
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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,
Nb d’opérations/s pour 1000$
1012
Mécanique
Electro-mécanique
Tubes
Transistors
Circuits intégrés
109
 Représentation de l’information
• Nombres, lettres, images, son, …
106
103
1
10-3
10-6
1900
1920
1940
1960
1980
Source: d’après Kurtzweil1999 et Moravec 1998
2000
2020
20
/ 30
Fondements des communications
dans l’espace (stockage) et dans le temps (transmission)
 Echantillonnage
• Conversion A/D
 Reconstruction
• Conversion D/A
 Entropie (Shannon)
• L’entropie comme mesure de complexité de l’information
 Compression
• Économie de bits avec ou sans perte d’information
pour économiser temps de transmission
ou espace de stockage
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Fondements des systèmes
 Architecture (John Von Neumann)
 Mémoires hiérarchiques
I/O
 Stockage et réseaux
• Systèmes de fichiers
et bases de données
• Types et architecture de réseaux
(Internet)
Mémoire
Processeur
Ctrl/Addr/Mmry bus
I/O
I/O
Réseaux
Terminaux
 Sécurité
• Cryptage et sphère privée
• Identification et authentification
• Contrôles d’accès
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Lien avec le cours de programmation
Qu'est-ce qu'un ordinateur ?
c'est une machine au coeur de laquelle le 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
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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:
instruction
instruction
instruction
instruction
instruction
...
une seule instruction est exécutée à la fois par un seul processeur
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Deux scénarios d'exécutions possibles selon le type d'instruction exécutée:
a) Traiter une donnée, ex: effectuer
une opération arithmétique. Dans
ce cas le programme passe
automatiquement à l’instruction
qui suit.
instruction
instruction
instruction
instruction
instruction
...
b) Effectuer un Branchement, en
general lié à une condition: il
y a rupture de l'execution
séquentielle.
instruction
instruction
instruction
instruction
instruction
...
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Le rôle de la mémoire centrale
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 .
…
Instructions du
programme
instruction
mémoire
centrale
données et
résultats
Processeur (CPU)
exécute une seule
instruction
à la fois
données
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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 un langage particulier, dans notre cas le C.
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Logistique du cours ICC
 Cours obligatoire avec 3 examens écrits obligatoires pendant le semestre
 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
• Via le Forum moodle pour large diffusion et un partage des réponses
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Notation du cours: dates des 3 examens écrits
Contrôle continu: 3 contrôles écrits de 1h15
avec Quizz [60%]+ questions ouvertes [40%] (salles à préciser)
Test en fin
de module
Module I
Calcul
Module 2
Communications
Module 3
Systèmes
28 oct.
sem 6
14h15-15h30
25 nov.
sem 10
14h15-15h30
23 déc.
sem 14
14h15-15h30
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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 M Kirell Benzi.
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