Mon ordinateur, introduction.

Ce chapitre introductif est destiné au débutant en informatique et a pour objet de tenter de lui expliquer simplement le fonctionnement basique de l'ordinateur. Cet outil informatique est maintenant d'un emploi généralisé, mais nombreux sont ceux qui en ignorent complètement les principes de fonctionnement et qui, de ce fait, emploient mal, ou sans vraiment comprendre ce qu'il font, cet outil fantastique (et commettent des erreurs graves et parfois irréparables). Dans d'autres modules de ce site, destinés aux férus d'électronique, nous expliquons en détail les divers éléments électroniques intervenant dans un PC, ici nous serons beaucoup moins technique.

la fonction informatique

Un ordinateur, c'est une machine de traitement de l'information que l'on va utiliser à de multiples fonctions principales :

écrire et conserver des documents, grâce à un logiciel de traitement de texte,
effectuer des calculs comptables à l'aide d'un tableur le plus souvent,
stocker, visualiser et parfois modifier des images,
effectuer des recherches diverses sur internet,
échanger du courrier instantanément par voie électronique,
réaliser des programmes d'application, créer des sites web,
jouer de la musique, écouter des web radios
créer une base de données bibliographiques, etc...

Cette liste est loin d'être exhaustive, mais toutes ces fonctions ont en commun un certain nombre d'opérations élémentaires que l'utilisateur effectue souvent sans savoir à quoi elles correspondent exactement. C'est ce que l'on va tenter d'expliciter simplement.

un chef aux commandes

Un ordinateur c'est un peu comme un restaurant, il y a un chef qui coordonne le travail, des cuisiniers, des serveurs et des clients. Dans notre machine ce chef d'orchestre s'appelle un microprocesseur (noté µP), mais, comme le chef du restaurant, il n'est bon que s'il a mémorisé une solide formation, et, dans notre machine, ce sera le rôle du système d'exploitation. Il existe des milliers de variantes de ce composant électronique essentiel, mais dans le PC les µP utilisables sont en nombre restreint d'autant que le nombre de constructeurs de microprocesseurs pour PC se limite en pratique à 3 ou 4 firmes. Actuellement le microprocesseur le plus utilisé est le pentium, fabriqué par Intel, et décliné sous une vingtaine de dénominations selon sa capacité de calcul, sa fréquence d'horloge et son nombre de "coeurs" avec des tarifs, en 2013, variant entre 25 et près de 2500€. Dans un PC toute opération (toute action) pratiquement va être supervisée par le µP et il y a plusieurs dizaines (ou centaines) de millions d'actions qui se produisent par seconde et c'est cette capacité à gérer toutes ces actions qui fait la puissance de votre machine. Pour réussir cela le µP est relié électriquement par ce qu'on appelle des bus, c'est à dire des lignes de transmission le plus souvent, mais pas toujours, bidirectionnelles qui vont lui servir à transmettre des ordres et à recevoir des informations provenant des divers éléments de l'ordinateur. Il va aussi avoir un rôle fondamental dans le transfert d'informations d'un élément vers un autre tant à l'intérieur de la machine qu'à l'extérieur (par exemple d'un disque vers l'écran, ou d'internet vers votre imprimante).

Ainsi, lorsque vous appuyez sur une touche du clavier que va-t-il se passer ?

Avant de répondre à cette question nous allons préciser quelques notions essentielles concernant l'échange d'information. Quand vous discutez avec un autre humain, vous utilisez un langage et lorsque vous écrivez ce langage vous utilisez un code particulier : chaque mot écrit est constitué d'une succession de caractères et votre cerveau va décoder cette suite de caractères et restituer le sens du texte écrit. L'informatique fonctionne sur le même principe de base, elle emploie des langages, des suites de caractères et le microprocesseur (qui est sensiblement le cerveau de l'ordinateur) va être capable de décoder ces suites de caractères et de leur donner du sens et mieux encore il va être capable de réaliser une véritable traduction pour que ce sens soit affiché dans notre langage courant sur un écran. La grande différence entre l'homme et la machine résulte de deux éléments contradictoires : En premier lieu la machine est basée sur l'emploi du courant électrique et de ce fait l'information élémentaire qui en résulte est le passage ou non d'un courant. Alors que le langage humain est basé sur un alphabet de 26 lettres (pour les langues occidentales), celui de l'ordinateur est basé sur seulement 1 élément basique à 2 états (on parle de système binaire): il ya ou non courant (ce qu'on symbolise dans notre propre langage par les chiffres 1 et 0). Cet élément binaire d'information s'appelle, dans le langage courant, un bit (ce qui est la contraction de l'américain binary digit). Pour réaliser des fonctions et des commandes complexes on a très vite imaginé d'associer ces bits par groupe afin de former des suites en nombre suffisant pour leur attribuer des significations multiples. Après quelques errements il a été admis internationalement d'associer ces bits par groupes de huit pour former ce qu'on appelle des octets (Bytes en américain) et d'attribuer ainsi à chaque octet la signification d'un caractère d'imprimerie utilisé dans notre langage. Ainsi un octet représenté pour notre confort de lecture par une suite unique de huit 0 et 1 va signifier l'un des caractères qui figure sur le clavier de votre ordinateur. Il faut des codes pour les minuscules, les majuscules, les caractères accentués, les signes de ponctuation et les signes mathématiques, auxquels on a rajouté quelques codes correspondant à des fonctions indispensables telles le "retour chariot", l'effacement d'un caractère, le décalage vers la droite ou la gauche...et quelques fonctions graphiques. Avec une combinaison de 8 bits on dispose de 256 combinaisons possibles donc on peut réaliser des claviers très complexes. L'essentiel est que tout le monde utilise impérativement le même codage.

La seconde différence entre l'homme et la machine c'est la synchronisation absolue entre 2 "interlocuteurs" dans la machine. Lorsqu'un homme parle à un autre c'est un processus relativement lent, et il y aura compréhension si celui qui écoute est capable de décoder ce que dit son vis à vis, ce qui prend plus ou moins de temps selon la rapidité de son cerveau. Chez l'homme le rythme de la parole a en gros pour échelle la seconde, mais il n'est pas interdit, pour une personne donnée, parfois de parler plus vite ou au contraire plus lentement selon les circonstances. Dans la machine on a défini qu'un bit serait non seulement un niveau de tension électrique (par ex un niveau de 5Volts va représenter un chiffre 1 et le niveau 0 Volt sera le zéro) mais que ce niveau doit durer un temps bien précis toujours le même pour une machine donnée. La durée est contrôlée par ce qu'on appelle une horloge et depuis les débuts de l'informatique la période des horloges électroniques contrôlant les ordinateurs n'a cessé de diminuer. Ou si l'on préfère la vitesse d'échanges d'information qui en résulte augmente sans cesse. Ainsi sur ma première machine en 1978 la fréquence de l'horloge (l'inverse de la période) était de 16 millions de battements par seconde (16 MHz = 16 Mégahertz), en 1989 j'avais un PC à 275 MHz, aujourd'hui toutes les machines tournent à plus de 2000MHz (ou 2GHz). Cela ne signifie pas que pour le même travail votre ordinateur va aller 133 fois plus vite que ma machine de 1978 car depuis cette date on a sérieusement compliqué le fonctionnement des ordinateurs et le gain en rapidité n'est que de 30 à 40. L'intérêt d'une durée fixe du bit c'est qu'on pourra ainsi envoyer sur une ligne de transmission (comme sur une ligne téléphonique) une succession de chiffres qui pourront être reconnus à l'autre bout sans difficulté. Retenons qu'un caractère du clavier est donc codé par une suite de huit chiffres. Comme avec 8 chiffres 0 ou 1 il y a 256 combinaisons possibles, on a ainsi normalisé 256 codes possibles, ce qui dépasse d'ailleurs les possibilités de la plupart des claviers.

Alors revenons à notre clavier que se passe-t-il quand on appuie sur l'une des touches?
Le déplacement de la touche va fermer temporairement (environ 2/10 de seconde) un contact (fermer est le plus souvent un abus de langage car dans de nombreux cas appuyer sur une touche entraine simplement une variation de capacité comme lorsque vous posez le doigt sur la touche d'appel de l'ascenseur, mais le résultat final est identique), ce qui va déclencher la génération d'un code numérique ( un octet spécifique) correspondant à la lettre que vous avez frappée.

procédure

Donc lorsque vous enfoncez une touche du clavier un code de huit chiffres est généré. Il va d'abord être mémorisé dans une petite mémoire temporaire intégrée à votre clavier (dans un module dit interface d'entrée/sortie ou coupleur d'interface) et simultanément un avertissement va être envoyé au µP sur une ligne spécialisée (un peu comme la sonnette de votre porte d'entrée) pour l'informer de votre action (cette ligne s'appelle une ligne d'interruption et le signal transmis une interruption). Le µP va terminer la tâche qu'il était en train d'accomplir, ce qui lui prend quelques microsecondes tout au plus, puis il va s'occuper de votre caractère (exactement comme lorsque le facteur sonne à votre porte et que vous arrêtez l'aspirateur avant d'aller lui ouvrir la porte). Il va d'abord le récupérer au moyen d'une autre liaison (qu'on appelle bus de données) pour l'identifier (un peu comme vous lorsque vous regardez la lettre que le facteur vous a remise pour savoir qui vous écrit), puis il va le renvoyer, via ce même bus, vers un circuit électronique spécialisé (comme vous allez donner la lettre à votre fille car elle lui était destinée) qui s'occupe de votre écran (on l'appelle une carte graphique) pour cela le microprocesseur va devoir utiliser tout d'abord un autre réseau de liaison qu'on appelle bus d'adresses qui relie tous les éléments du PC, sur lequel il va envoyer un code bien précis qui est une adresse, en l'occurence celle de la carte graphique (pour continuer la comparaison vous connaissez votre maison et donc dans quelle chambre se trouve votre fille). Ainsi la carte graphique va être informée que le caractère qui est présent sur le bus de données lui est destiné, et simultanément les autres éléments (disque dur, imprimante, carte audio, mémoires, etc..) présents sur ce réseau d'adresses sauront que le caractère ne leur est pas destiné. Le caractère va donc entrer dans la carte graphique qui à son tour grâce à un code adresse va pouvoir l'envoyer vers l'écran qu'elle pilote et où il va s'afficher au bon endroit, c'est à dire (par exemple) juste après le précédent caractère que vous avez frappé. En fait si vous utilisez un traitement de texte lorsque le caractère va être récupéré par le µP celui-ci va calculer en exploitant le programme de traitement de texte où ce caractère doit être placé dans le texte en récupérant la position du curseur clignotant affiché systématiquement après le dernier caractère frappé, curseur que l'on peut d'ailleurs aussi déplacer avec la souris. Cette position se caractérise par une adresse ( énième caractère de la péième ligne) laquelle est transmise à la carte écran en même temps que le caractère et cette carte écran recalcule alors la position non plus dans le texte mais sur l'écran avant de transmettre ledit caractère à l'écran en lui rajoutant tous les attributs définis par le traitement de texte à savoir la taille, la couleur, la police... Tout ceci s'effectue évidemment en quelques microsecondes ce qui fait que vous avez une impression d'immédiateté et pas du tout le sentiment qu'entre l'instant où vous avez tapé le caractère et celui où il s'affiche, il y a eu plusieurs dizaines d'opérations qui ont été effectuées tant par le µP que par la carte écran et les circuits électroniques de l'écran lui-même.

On va retrouver des procédures semblables pour les opérations d'enregistrement sur le disque dur, d'impression ou de gestion audio.

le système d'exploitation

Examinons maintenant à quoi servent, d'une part, le système d'exploitation et, d'autre part, les logiciels dans votre PC. Le µP, par construction, ne connait et ne sait donc exécuter qu'un nombre d'instructions très élémentaires en nombre limité et un logiciel va donc être un intermédiaire entre vous et le µP, destiné à traduire, dans le langage simplifié que connait le processeur, l'ensemble des opérations sophistiquées que vous souhaitez réaliser. Ainsi, à chaque action, définie dans le logiciel, va correspondre une succession d'instructions en "langage machine" et, quelquefois, à une unique opération prévue dans le logiciel, correspondent en pratique plusieurs centaines d'instructions élémentaires successives. Et, de même, à une instruction élémentaire engendrée par le µP vers l'un des dispositifs périphériques qui lui sont liés à l'intérieur ou à l'extérieur du PC, va quelquefois correspondre à nouveau toute une kyrielle d'opérations élémentaires gérées par le circuit spécialisé ad hoc du périphérique.

le BIOS

A la mise en route de votre machine que va-t-il se passer pendant la minute, voire les deux minutes, que dure le processus de démarrage?
En fait, à la mise sous tension, votre machine est parfaitement inopérationnelle. Elle ne peut et ne sait rien faire. Le processus d'initialisation va imposer au processeur d'aller lire le contenu d'une mémoire particulière, une EEPROM, qui contient un programme minimal dont une partie est modifiable et l'autre non. Ce programme que l'on appelle le BIOS (Basic Input Output System) liste en fait les divers éléments d'entrée/sortie intégrés dans la machine et précise certains éléments de configuration (en gros c'est un annuaire). On y trouvera donc la description codée des disques durs, des lecteurs de disquettes, lecteur de CDRom ou DVD, type d'écran... qui constituent votre PC. Le µP saura alors en consultant ce BIOS où se trouve le programme principal de lancement de votre machine, ce qu'on appelle couramment le système d'exploitation. Aussi après avoir identifié les éléments de votre machine en lisant le BIOS (et parfois en les affichant alors très rapidement sur votre écran) le µP va aller lire le programme de démarrage, c'est à dire par exemple Windows XP, qui est stocké dans un répertoire du disque dur à une adresse bien précise qui a été enregistrée dans le BIOS lors de l'installation de ce système d'exploitation sur votre machine. Ce programme de démarrage comporte 2 séries d'éléments : d'une part un ensemble de commandes spécifiques du système d'exploitation (et qui seront identiques pour 2 machines équipées du même système) et d'autre part un ensemble de commandes qui sont spécifiques de votre machine (et dépendent des logiciels qui y sont installés et dont on a spécifié le démarrage dès le début de la session, via des informations qui sont stockées en général dans un (ou plusieurs) répertoire(s) dit de démarrage).

Cette étape de chargement du système d'exploitation consiste donc à transférer dans la mémoire RAM de votre machine un ensemble d'éléments de définitions qui vont permettre la traduction en actions élémentaires de vos actions futures à partir du clavier ou de la souris. Cet ensemble devient gigantesque au fur et a mesure que de nouvelles fonctionnalités sont imaginées. Ainsi en 1978 le système d'exploitation de ma première machine tenait sur une minicassette de durée inférieure à 5 minutes, aujourd'hui si l'on utilisait encore le magnétophone à cassettes pour stocker le programme d'exploitation il faudrait plus d'une dizaine d'heures pour le charger.

les utilitaires

Parmi les éléments que l'on va charger à l'initialisation il va y avoir un certain nombre d'utilitaires dont en particulier ce qu'on appelle la base de registre, c'est à dire une véritable base de données dans laquelle figurent cinq catégories d'information :

• d'abord la liste de tous les éléments matériels de votre machine, ce qu'on appelle le hardware. C'est dans cette liste qu'on va trouver la configuration des divers matériels qui sont configurables. Il arrive que la configuration soit enregistrée en clair, ce qui permettra éventuellement de la modifier aisément, mais le plus souvent les matériels sont identifiés par un code alpha-numérique de 16 caractères ou plus ne vous permettant pas la moindre compréhension.
  
• Ensuite une liste des caractéristiques essentielles des logiciels qui figurent dans votre disque dur, c'est à dire leurs numéros de série, les mots de passe pour les utiliser, la configuration particulière dudit logiciel. De plus en plus souvent cette zone est elle aussi codée de telle sorte que vous ne puissiez la modifier aisément. Les éditeurs se garantissent ainsi contre certains pirates. Cette zone peut atteindre des proportions gigantesques et conduire au blocage de votre machine (tout particulièrement si vous laissez sans précaution vos enfants, qui comme chacun sait sont des petits génies, mais souvent des ....mauvais génies, jouer avec votre PC). On y reviendra.
  
• La troisième partie de la base de registre, qui augmente aussi de jour en jour, comporte une liste des types de fichiers que votre machine est susceptible de rencontrer. En effet, en informatique l'organisation d'un fichier, son codage, n'est absolument pas uniforme, et pour se garantir une certaine confidentialité, sécurité ou originalité nombre d'éditeurs de logiciels ont imaginé un format de fichier qui leur soit personnel. Certains ont acquis une certaine notoriété et leur emploi s'est généralisé tandis que d'autres sont restés la propriété d'un seul éditeur. Mais comme a priori on ne peut deviner ce que vous allez faire de votre machine les systèmes d'exploitation sont obligés de charger toutes les définitions de format. C'est ce qui explique pourquoi le démarrage d'un ordinateur est de plus en plus long malgré l'augmentation prodigieuse de sa vitesse d'exécution. Rappelons pour mémoire qu'un fichier est désigné par 2 éléments : son nom qui peut comporter aujourd'hui jusqu'à 255 caractères (mais ne peut comporter certains caractères spéciaux comme certains signes de ponctuation) suivi d'un point qui est un séparateur et après ce point on trouve 3 lettres qui spécifient justement de quel type de fichier il s'agit. L'utilisateur lambda va couramment employer une demie douzaine de types de fichiers, mais sur le site de la gendarmerie nationale il y a une liste de plus de huit cents types de fichiers...Ne vous étonnez donc pas si un jour votre machine vous affirme qu'elle ne sait pas identifier un type de fichier.
  
• La quatrième partie de la base est consacrée à préciser la configuration et les droits d'utilisation de chaque utilisateur de la machine. Si vous êtes le seul utilisateur elle est évidemment redondante avec le reste, mais il peut se révéler utile de définir plusieurs configurations pour plusieurs utilisateurs différents. Ainsi si vous utilisez votre machine pour votre comptabilité et que vos enfants l'utilisent pour des jeux, il n'est pas stupide de leur définir une configuration restreinte qui garantira le non effacement accidentel de votre compta et réduira leur accès à certains sites internet.
  
• Enfin une dernière catégorie d'informations particulièrement vicieuse occupe une place grandissante si l'on n'y prend garde et peut expliquer un ralentissement progressif de la vitesse de fonctionnement de votre machine : Chaque fois que vous créez un fichier la base de registre enregistre où vous l'avez mis ce qui permettra de le retrouver certes, mais il arrive parfois que vous déplaciez un fichier pour le mettre dans un répertoire plus judicieux et dans ce cas vous allez constater que la base de registre oubliera de supprimer la ligne indiquant l'ancienne position de ce fichier. Ca ne vous gènera en aucun cas pour ouvrir ce fichier mais imaginez le nombre de lignes de cette base pointant sur un fichier inexistant s'il vous arrive régulièrement de changer un fichier de place. Ces lignes inutiles seront chargées en RAM à chaque démarrage de votre machine et occuperont de la place, place qui ne pourra être utilisée pour effectuer les tâches normales de votre PC. Sur le PC d'amis ayant à peine 3 ans mais n'ayant jamais été "nettoyé" j'ai ainsi découvert la bagatelle de 269Mo utilisant ainsi la RAM de la machine pour rien. Cette machine disposait de 512Mo de RAM et son propriétaire trouvait qu'elle devenait de plus en plus lente...

La base de registre est accessible à l'aide du logiciel regedit.exe qui permet de l'afficher et d'en modifier le contenu. Le conseil que je peux donner est de ne pas s'y risquer à la légère car l'effacement ou la modification d'une donnée peut entrainer des conséquences gigantesques allant jusqu'au blocage total et irréversible de la machine. Il existe cependant des logiciels qui peuvent nettoyer à votre place ladite base (cf chapitre astuces pratiques)

Lors du chargement du système d'exploitation d'autres utilitaires sont chargés, ainsi sous les diverses versions récentes de Windows vous allez trouver une barre des tâches en bas de l'écran qui va cumuler plusieurs fonctions :

accès à des menus de configuration générale (panneau de configuration),
à la liste des logiciels installés dans votre machine (ce qui permet de les lancer),
affichage de l'ensemble des logiciels chargés au démarrage sous forme de mini-icônes (ce qui permet souvent en cliquant dessus d'y accéder pour modifier leur état),
et affichage des logiciels que vous avez ouverts sous forme dorénavant de listes déroulantes ce qui permet de s'y retrouver lorsqu'on a plusieurs logiciels ouverts simultanément.

L'un des utilitaires parmi les plus employés est l'explorateur (ou Explorer à ne pas confondre avec Internet Explorer) dont la finalité essentielle est de visualiser le contenu de vos disques et de vous permettre d'effectuer les opérations de gestion de vos fichiers et logiciels (ouverture, déplacement, effacement, création de dossiers, etc...). Il faut savoir que de nombreux éditeurs et programmeurs indépendants ont réalisé des logiciels équivalents en y incorporant quelques fonctionnalités supplémentaires. De la même façon pour naviguer sur internet Microsoft vous propose son Internet Explorer, mais il a de nombreux concurrents souvent gratuits et parfois plus pertinents tels Firefox ( attention la version 2 de Firefox est géniale, mais la version 3.6 et les suivantes comportent des anomalies telle la méconnaissance de certaines polices de caractère en particulier la police symbol utilisée paar les scientifiques et de ce fait affichant des équations erronées et j'en déconseille donc l'emploi aux scientifiques) ou Safari (la version 6 est excellente). On précise les caractéristiques de l'explorer dans le chapitre 3 de ce module.

Enfin, last but not least, dans tous les chapitres de ce module concernant le PC nous présenterons à la fois des éléments "historiques" pour comprendre "d'où ça vient" et "pourquoi on fait ainsi et pas autrement" et de très nombreux conseils qui ont pour seul objectif de vous éviter de profonds déboires car en informatique on "n'a pas le droit à l'erreur". Donc prenez le temps de tout lire attentivement, car la plupart des explications et des conseils donnés ici vous ne les trouverez pas ailleurs et ils résultent de mon observation pendant de longues années des erreurs commises par mes étudiants qui pourtant se croyaient "compétents", le plus souvent parce qu'ils maitrisaient un langage informatique comme le C++, mais, à l'image de la plupart des utilisateurs, ignoraient comment ça marche réellement un ordinateur.

Dans le prochain chapitre on va reprendre certains points évoqués ici en considérant que vous venez d'acheter un micro-ordinateur et on va donc examiner en détail ce qu'on découvre au démarrage sur l'écran et ce qu'on peut en faire.