De plus en plus puissants, les ordinateurs sont des assemblages de cartes et de puces électroniques, qui permettent des calculs dantesques. À l’heure où l’on crée les premiers ordinateurs quantiques, nous allons nous intéresser au fonctionnement des composants, de la manière la plus simple possible. Découvrons ensemble le monde de l’électronique numérique à travers une vulgarisation de son fonctionnement.
Le transistor, un interrupteur très utile aux ordinateurs
Le processeur est le cœur d’un système classique (votre tour PC, votre téléphone portable…). Il est donc intéressant de connaître ce qui le compose. Et dans les éléments essentiels, nous trouvons le transistor électronique, un des principaux composants de toute l’architecture technologique moderne.
Un transistor est, de manière très simplifiée, un interrupteur. Comme tout interrupteur, si on le met dans une position, il « allume la lumière », et si on le bascule dans l’autre sens, il « l’éteint ». Jusque-là, le fonctionnement est simple.
En électronique numérique et en informatique, le monde se régit grâce aux « 0 » et « 1 », soit un message simplifié au possible, qui ne peut prendre que deux valeurs. Concrètement, pour avoir « 0 », on va mettre sur le fil qui transporte notre signal une valeur généralement égale à 0 Volts. Et si on souhaite avoir « 1 », on va y mettre une valeur positive de tension électrique, qui peut prendre une valeur spécifique dépendant du système (5 Volts par exemple)
Vulgairement, si on souhaite dire « oui », on va mettre « 1 » sur notre fil électrique ; si on souhaite dire « non », on va mettre « 0 ». Et notre interrupteur va nous y aider.
Cas pratique
Prenons un cas très simple, quasi-identique à votre interrupteur de maison. Le transistor, s’il est ouvert, ne laisse pas passer l’information « NON », la sortie prendra donc la valeur « OUI ». S’il se ferme, le « NON » va passer à travers l’interrupteur et la sortie prendra alors sa valeur.
Ceci est une explication en dehors de toute considération physique, pour donner le principe, et faisant fi de certaines réalités.
Maintenant, comment, avec un interrupteur, pouvons-nous créer des fonctions aussi compliquées que des ordinateurs ?
Et bien, notre transistor, démultiplié, peut faire des merveilles.
Une première fonction logique
Voici un schéma simplifié d’une porte logique. Cette porte nous propose une logique permettant de créer des calculs très simples.
Nous avons deux interrupteurs/transistors. Ils sont soit ouverts, soit fermés. Si on donne la valeur « 0 » (tout est « 0 » ou « 1 » ici !) à l’un ou l’autre, il va se fermer. Si on donne « 1 », il s’ouvre.
Étudions ce schéma logique :
Nous partons du principe que si « OUI » et « NON » sont reliés, le « NON » l’emporte.
La sortie vaut « OUI » dans l’état actuel du schéma.
Si B se ferme seul, alors le « NON » ne passera pas jusqu’à la sortie.
Même résultat si A se ferme seul.
Si A et B se ferment, alors le « NON » arrivera jusqu’à la sortie.
Si nous synthétisons tout cela dans un tableau, alors cela donne :
| A | B | Sortie |
| Fermé (0) | Fermé (0) | NON (0) |
| Fermé (0) | Ouvert (1) | OUI (1) |
| Ouvert (1) | Fermé (0) | OUI (1) |
| Ouvert (1) | Ouvert (1) | OUI (1) |
En une phrase, cela revient donc à dire :
Si A ou B est ouvert, alors la sortie vaut OUI
En simplifiant une première fois : Si A = 1 ou B = 1 alors Sortie = 1
En simplifiant une seconde fois : Sortie = A ou B.
Ainsi, avec deux transistors et nos signaux binaires « 0 » et « 1 », nous avons créé une porte logique qui est la fonction de base « OU ». Avec une première brique très simple qu’est un interrupteur, nous obtenons donc une brique un peu plus complexe, qui est une fonction logique. Et en créant les fonctions « OU », « ET », en les reliant, nous créerons des briques de plus en plus complexes, qui formeront un réseau de logique de plus en plus grand et de plus en plus puissant. Avec cette première approche, et en se référant à l’algèbre de Boole qui décompose les éléments de logique, on pose une première compréhension des systèmes informatiques.
Saviez vous que l’architecture logicielle des ordinateurs actuels risque de créer un bug planétaire en 2038 ?
Sources :
9 Replies to “Vulgarisation : comment fonctionnent les composants d’un ordinateur ?”