Modèle d’architecture séquentielle (von Neumann)
Transistors et circuits logiques
Corrigés des activités faites en classe :
Un peu d'histoire
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Mécanique et engrenages
- En 1642, Blaise Pascal crée la machine d'arithmétique (baptisée Pascaline) capable d'effectuer des additions et soustractions. En 1673, Gottfried Wilhelm Von Leibniz ajouta à la Pascaline la multiplication et la division. -En 1834, Charles Babbage conçoit la « machine analytique », assemblage de portes reliées à des roues dentées pour effectuer des opérations logiques. Il apprend qu'une machine à tisser (métier à tisser Jacquard) est programmée à l'aide de cartes perforées, il se lance donc dans la construction d'une machine à calculer exploitant cette idée.
- En 1820 apparaissent les premiers calculateurs mécaniques avec les quatre opérations.
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Tubes à vide et relais électro-magnétiques
- Dans les années 40, les premiers ordinateurs utilisés par les militaires sont lourds et volumineux.
- En 1937, le Colossius Mark 1 est le premier ordinateur programmable constitué de 3300 engrenages, 1400 commutateurs reliés par 800 km de fil électrique. Il mesure 17 m de long et 2.5 mètres de large.
- Les Z1, Z2, Z3 en Allemagne fonctionnent avec des relais électromagnétiques.
- En 1945, le premier ordinateur ne comportant plus de pièces mécaniques, l'ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) aux Etats-Unis . Il est composé de 18000 lampes à vide, et occupe 1500 m2.
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Transistors et circuits
- Le premier transistor inventé en 1947 par les américains John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain, faisait plusieurs centimètres.
- Dans les années 50, les tubes sont remplacés par des transistors.
- En 1958 , les transistors sont gravés dans du silicium donnant naissance au circuit intégré (chip) permettant de réduire encore la taille et le coût des ordinateurs.
- Dans les années 70, les premiers ordinateurs personnels voient le jour pour le grand public.
- En 1976, Steve Wozniak et Steve Jobs créent le Apple I dans un garage.
- En 1981, IBM commercialise le premier "PC".
- 2007 voit l’apparition des premiers smartphones.
Il est très difficile de nos jours de suivre l'évolution de l'ordinateur. En effet cette évolution suit la loi de Moore (Intel) : « on peut placer 4 fois plus de transistor sur une puce tous les 3 ans ».
Transistors
Un transistor est essentiellement un interrupteur électronique qui laisse passer un courant ou pas. Nous pouvons faire correspondre ces deux états aux deux chiffres 1 et 0 (ou aux valeurs booléennes True et False). Il est composé de trois parties : une source S, une grille G et un drain D. La source et le drain sont soit connectés, soit déconnectés, selon la valeur de la grille (0 ou 1).
Il existe plusieurs styles de transistors, voici deux des plus courants :
Source: https://en.wikichip.org/wiki/mosfet
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Transistor nMOS :
- Si une tension positive ( 1 ) est appliquée à la grille le courant peut passer entre S et D.
- Si une tension nulle est appliquée à la grille ( 0 ) le courant ne peut pas passer entre S et D.
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Transistor pMOS :
- Si une tension positive ( 1 ) est appliquée à la grille le courant ne peut pas passer entre S et D.
- Si une tension nulle ( 0 ) le courant peut passer.
Portes logiques
Il est possible de fabriquer des composants à l’aide des transistors pour réaliser des opérations booléennes ou des opérations. On appelle ces circuits des portes logiques.
Les principales portes logiques sont les suivantes (en représentation classique dite américaine1):
Les portes NAND et NOR sont dites universelles, elles permettent chacune de fabriquer les autres portes logiques.
Circuits combinatoires
Lorsqu'on assemble des portes logiques entre elles on peut obtenir des circuits combinatoires : ce sont des circuits électroniques qui comportent plusieurs entrées (généralement notées A, B, C …) pour fournir un résultat en sortie. La table de vérité que l'on obtient correspond au tableau de valeurs d'une fonction booléenne.
Le circuit combinatoire est le terme "concret / électronique" alors que le terme fonction booléenne est le terme "théorique / mathématique".
On peut par exemple construire le circuit ci-contre, appelé « demi-additionneur » . Codée sur un bit, sa table de vérité est :
| A | B | A ⊕ B | Retenue |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
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En représentation « rectangulaire », dite « européenne » les portes sont représentées par des boites rectangulaires contenant le symbole de la porte. ↩