Les calculs « d’une monotonie insupportable » du 17ème au 19ème siècle
L’idée de produire une machine permettant d’effectuer des calculs longs et fastidieux fonde tous les développements ultérieur de cette science. Cette idée est sans doute aussi ancienne que ne le sont les calculs longs et fastidieux ainsi que les machines.
Toujours, dans les travaux fondateurs de l’informatique moderne, on retrouve ce même leitmotiv aux recherches : les immenses calculs répétitifs qui occupent les astrologues et les mathématiciens sont : « les plus basses occupations d’un cerveau humain » ( lettre de Charles Babbage à la Royal Society, début 19ème) et « d’une monotonie insupportable ».
Pour que le rêve d’un calculateur automatique se concrétise, il faudra la conjonction d’une connaissance élaborée de systèmes mécaniques comme l’horlogerie au XVIIème ou la téléphonie au XXème et la nécessité (mathématique, statistique, balistique) d’effectuer des calculs de plus en plus lourds.

Le processus de comput informatique fait appel à plusieurs opérations différentes :

 le calcul lui-même. Il repose, dans ses versions les plus élaborées du XXème siècle sur la théorie booléenne des portes (ou bleu ou vertes :) et sur les nombres binaires. La programmation, qui détermine quel type de calcul va être effectuer par la machine et la rend ainsi polyvalente.
 la conservation d’informations en mémoire.

le calcul
Les rouages mécaniques 17ème- 19ème siècle :
Au XVIIème siècle, Blaise Pascal (France) développe la Pascaline (machine a additionner) en 1642 pour son père contrôleur des impôts.
Gottfried Wilhelm Leibniz (Allemagne), travaille à Paris avec Christian Huygens (Hollande) et fabrique en 1673 une machine à soustraire, additionner, multiplier et diviser.

En 1833, avec le soutient de la Royal Society de Londres, Charles Babbage (Angleterre) se lança dans la réalisation d’une machine analytique. Cette dernière présentait l’avantage de prendre en charge en ensemble de tâches arithmétiques en fonction d’instructions données par l’utilisateur et non un seul type de calcul. L’idée de créer un calculateur programmable était nouvelle mais hautement audacieuse techniquement. Voire complètement irréalisable : elle ne put jamais être réalisée.
Elle devait se composer d’un « moulin », pour le traitement des données (pouvant traiter jusqu’à cent nombres de 40 chiffres) et d’un « magasin » permettant de conserver la mémoire de chiffres résultants d’opérations antérieures (pouvant êtres réintroduits dans le moulin ou imprimés). Le paramétrage des calculs étaient permis par la lecture de cartes perforées.
La réalisation et la mise en place d’une telle masse de rouages entrelacés mû par la force vapeur demandait une précision que l’époque ne connaissait pas.
Mais la conception que Babbage avait de la machine à calculer était à bien des égards très moderne : Un moulin (moteur de calcul), un magasin (une mémoire vive), et l’application des cartes perforées à la machine à calculer (le paramétrage pré-formaté)

Pour les besoins du calcul statistique Herman Hollerith (Etats-Unis d’Amérique) réalisa en 1890 une machine permettant de traiter les informations issues du recensent national des Etats-Unis d’Amérique en trois fois moins de temps que celles du recensement précédant (un peu plus de deux ans et demis au lieu de huit ans). Sa société, la Tabulating Machine Compagny, vendit ses modèles aux chemins de fer, à l’administration Etats-Unienne ainsi qu’à à la Russie Tsariste. En 1924, la Tabulating Machine Compagny devint l’International Business Machines Corporation (IBM).

De nouveaux besoins se font jour avec l’avènement de l’aéronautique (calcul des trajectoires d’objets mobiles) et le développement des l’astrophysique (calcul de forces intangibles comme la gravitée). Vannevar Bush (aucun lien), professeur à l’Institut de Technologie du Massachusetts (MIT), fabrique en 1930 un analyseur différentiel. C’est une des dernières « machines diaboliques », constituée de rouages et de pignons, de l’histoire de l’informatique et traitant les dix chiffres du système décimal. Une machine analogique qui mesurait, après moult réglages de rapports de pignons, des mouvements et des distances. Un élève de Bush, Claude Shannon, rationalisa le fonctionnement de la machine en exploitant l’analogie qu’il avait décelé entre les principes booléens, le fonctionnement des circuits électrique et les nombres binaires. Il expose sa thèse en 1938, continu ses recherches et publie « Une théorie mathématique de la communication » en 1948, qui fait référence dans ce que l’on appellera à la fin du XXè siècle la Théorie de l’information. Ces théories s’appliquent immédiatement aux systèmes téléphoniques qui se développent alors à la vitesse du train vapeur dans la baie de San Francisco.

L’émergence d’une pensée « numérisable » :
Le système binaire et l’algèbre booléenne

Gottfried Wilhelm Leibniz (1666 : De Arte Combinatoria) prône la recherche d’un langage universel et univoque puis, développe un système de comput binaires. Pourtant, sans doute à cause du problème technique représenté par la taille des suites de chiffres nécessaire, le calculateur de Leibniz sera décimal.
George Boole conçoit à partir de 1854 un système de logique symbolique révolutionnaire : L’algèbre bolléenne. Trois opérations de base (ET, OU, NON) permettent d’additionner, soustraire, multiplier, diviser, comparer symbole et nombres. Autant de portes (3) qui ne supportent que deux possibilités ou vert ou bleu, un système binaire

Encart :
Chaque porte logique accepte deux entrées (oui ou non, 1 ou 0, vrai ou faux). Une porte traite et transmet également un résultat sous forme binaire. C’est ces portes logiques qui régulent le mouvement au sein du système et, par leur filtre élabore un résultat

Dans les années 1940 des chercheurs allemands et américains, sans concertation, arrivent à la même conclusion logique : pour simplifier le fonctionnement des machines à calculer et réduire leur dimensions il faut passer au système binaire et à la logique des portes booléennes.

Konrad Zuse (Allemagne), pourtant ignorant des travaux de Bbbage, conçois et réalise en 1936 une machine de 2 m² qui répond au cahier des charges de la Machine Analytique de ce dernier : la Z1.
John Atanasoff, alors professeur de physique à l’université Américaine de l’Etat d’Iowa adopte ce système puissant, et bien plus simple à intégrer dans les circuits de l’ordinateur. Il construit un prototype de machine binaire en 1939.
En 1940, c’est deux chercheurs informaticiens travaillant pour la compagnie téléphonique Bell, Georges Stibitz et Samuel Williams (Etazunies), qui réalisent une machine binaire capable d’additionner, de soustraire, de multiplier et de diviser des nombres complexes.

Le développement des circuits électrique de comput.

Encart technique : Pour traiter les signaux électriques, les calculateurs des années 30 et 40 utilisent une technologie héritée de l’industrie du téléphone : les interrupteurs à relais électromagnétiques. Ces derniers font intervenir deux types de tensions différentes dans le courrant : un courant de basse tension crée un champs magnétique dans l’interrupteur, ce qui a pour effet d’ouvrir le passage du courrant.

la programmation

Une machine qui demande plusieurs semaines de travail pour passer d’un type de calcul complexe à un autre n’est pas encore vraiment UNIVERSELLE

Quête de la mémoire morte
La carte perforée
En 1804, Joseph Marie Jacquard (France) construit un métier à tisser automatisé. Commandé grâce à des bandes ou cartes perforées, c’est la présence ou l’absence de trous qui constitue des configurations spécifiques commandant une action spécifique (la montée ou la descente du fil).
En 1833, Charles Babbage (Angleterre), forme le projet d’appliquer le système des cartes perforées au paramétrage des calcul de sa Machine Analytique. Celle-ci ne sera jamais construite.
En 1890, Herman Hollerith (Etats-Unis d’Amérique) se sert de ce procédé pour traiter les données du recensement de 1890 dans une machine de sa conception. Ces cartes étaient percées de 240 trous correspondants aux 240 questions du recensement national étatzunien. Elles étaient placées dans un « lecteur » relié à la machine de calcul elle-même. La lecture s’effectuait par l’établissement d’un contact électrique lorsque, traversant un trou une aiguille entrait en contact avec du mercure placé en vis à vis et actionnait un compteur mécanique.
En 1938, l’allemand Konrad Zuse conçu son Z2, un calculateur universel tout comme son Z1, mais dans lequel des bandes de film 35mm remplaçait avantageusement le clavier pour donner ses instruction à la machine.
Pour les besoins de calcul des tables balistiques de l’artillerie étazunienne notamment, la firme IBM et un mathématicien issue de Harvard, Howard Aiken (Etazunies), conçoivent en 1943 la Bête ! Plus connue sous le nom de Mark I, la Bête reprend la description de la Machine Analytique de Babbage. Elle mesure 15 mètres de long pour 2 mètre 590 de haut. Elle contient 750 000 pièces raccordés par 800 kilomètres de câble. Autant dire qu’on ne la change pas souvent de pièce ! Le Mark I, s’il travaillera pendant 16 ans à la constitution de tables balistiques et aux recherches mathématiques, n’en était pas moins dépassé en 1943 à sa sortie. Le Mark I utilise des Km de bandes perforées pour lire ses programmes.
L’UNIVAC (UNIversal Automatic Computer), une machine à programme intégré réalisée en 1950 par Maulchy et Eckert à la suite de l’EDVAC, recevait ses instructions grace à la lecture à haute vitesse de bandes magnétiques.

L’émergence de nouveaux types de composants informatiques :

Les tubes à vides contre l’interrupteur électromécanique.
Konrad Zuse (Allemagne) conçoit, avec l’aide d’un ingénieur électricien Helmut Schreyer (Allemagne), l’intégration de ce nouveau genre de composant dans la construction de ses calculateur Z. C’est en effet dans le Z3 que les interrupteurs électromécaniques (lents, fragiles et bruyants) devaient être remplacés par des tubes à vides. Pour des raisons de victoire guerrière (toute relative d’ailleurs), le projet ne sera pas financé par l’Allemagne.
En Angletterre par contre, stimulé par la volonté de l’espionnage de décoder les messages du système de l’Axe « Enigma », on travaille à développer la machine de calcul extrêmement puissante conçue par une équipe de chercheurs à Bletchley Park, comportant un le mathématicien de génie Alan Turing (Angleterre). Fin 1943, Colossus comporte 2 000 tubes à vides, il est équipé de 5 lecteurs photoélectriques (qui lisent des symboles sur une bande de papier) , est capable de traiter 25 000 caractères par seconde.
Au sein de l’école Moore, Université de Pensylvanie, le physicien John Maulchy et l’ingénieur Presper Eckert, montent une équipe pour réaliser un calculateur puissant et obtiennent en 1943 le financement de l’armée étazunienne. La construction de l’ENIAC s’acheva en 1945. La machine totalisait 17 000 tubes à vides qui lui conféraient une vitesse de 100 000 impulsions par seconde. Elle mesure 24 mètres de long pour 5 mètre 40 de haut.

Encart technique : Le tube à trois électrodes (ou tube à vide) fonctionne de la manière suivante : Une charge positive appliquée à la grille force les électrons chargés, négativement, à passer dans le vide entre la cathode (un filament) et l’anode (une plaque de métal), bouclant un circuit qui permet au courant de circuler. Quand elle est chargée négativement, la grille repousse les électrons et maintient le circuit fermé.

Les tubes à mercure
La quête de la mémoire vive

John Mauchly et Presper Eckert (Etazunies), après le succès de la puissance de calcul de l’ENIAC (1945) conçoivent pour leur propre compte une machine calquée sur le même modèle mais intégrant un traitement des données binaire et la technologie des tubes à mercure héritée du développement des radars. Le projet porte le nom d’EDVAC (Electronic Discrete Variable Computer) et verra son aboutissement en 1951.
La « ligne à retard », autre nom des tubes à mercure, permet de conserver une information pendant un certain laps de temps grâce aux propriétés même de ses composants (mercure et cristaux) qui ne permettent qu’une propagation très ralentie de l’information électrique. Maurice Wilkes (Grande Bretagne), assiste aux conférences données par Mauchly et Eckert à l’école Moore (Etazunis). Il donne naissance en 1949, pour l’université anglaise de Cambridge, du premier calculateur capable de stoker ses propres programmes : l’EDSAC (Electronic Delay Storage Automatic Calculator).
L’informaticien anglais Alan Turing réalisa en 1950 un calculateur à mémoire intégrée, l’ACE (Automatic Computing Engine).

Les programmes sont intégrés à la machine. Le calculateur est programmable, grâce aux cartes perforées et même multiprogrammable ou instantanément reprogrammable du fait de sa « mémoire embarquée »

Comme interrupteurs, les tubes à vide avaient l’inconvénient de dégager de la chaleur et d’être fragiles.

Les semi-conducteurs Ou minéraux cristallins

Les recherches intensives visant à augmenter la protée des radars militaires débouchent après guerre sur la découvertes de semi-conducteurs qui intéresseront l’informatique.
Les transistors (super interrupteurs en miniature) rendent possible l’intégration des composants électroniques dans des cartes aux circuits intégrés.
Les transistors présentent de nombreux avantages sur leurs aïeuls les tubes à vides. Leur encombrement et minimaliste et ne cessera de se réduire permettant dès les années 80 la micro-informatique personnelle. Leur fonctionnement ne soufre ni de la grande dissipation de chaleur de l’ancêtre, ni de sa folle consommation d’énergie. Par ailleurs leur composition ne les mets pas à la merci d’un contenant fragile (verre).

Les coûts de fabrication diminuèrent et la miniaturisation suivit une extension exponentielle.

 Bibliographie

Initiation à l’informatique, coll. Le Monde des Ordinateurs, Edition Time-Life, Amsterdam, 1986.

Le logiciel, coll. Le Monde des Ordinateurs, Edition Time-Life, Amsterdam, 1986.

 Présentation du gars Mathieu 7-7

En 1975, quand Jobs et Wozniak décidèrent de construire leur propre ordinateur individuel et de le vendre sous le label Apple Computer, je naquis près de Paris, dans le département de l’Essonne. Etudes d’Histoire à Paris 1 (4 ans), 18 mois en Afrique (Bénin) comme documentaliste au Centre Culturel Français de Cotonou. Retour en France et découverte du Jura ou j’habite dorénavant. Produit et diffuse de l’info sur les logiciels libres et le système Linux quand j’était au Bénin. C’est là que j’ai commencé à m’intéresser au mouvement GNU + potes informaticiens à l’Université du Bénin (serveur bossant sous Red Hat). Aujourd’hui Emploi-Jeune (Aide-Educateur) dans une école primaire, je gère une petite salle informatique. En 2002 j’ai tâté de la Debian Education. Aujourd’hui je peaufine une config’ Debian 3.0, Kernel 2.4.18 sur ma Eden 800. Avec modem Sagem (usb) de free ADSL et carte tuner Pinnacle. Mes compétences techniques étant plus que limitées, je peux donner le coup de main à la rédaction de mode d’emplois ou en réunissant de la doc. Sur les problèmes précis sur lesquels vous bossez. Courriel : m.rigard@free.fr

Pourquoi Mathieu 7-7 ? Un surnom que j’ai ramené du Bénin. Cherchez, et vous trouverez…

EDENUX

Je pense qu’il ne faut pas hésiter même a être plus ambitieux. Un peu de théorique : On peut dire que la révolution binaire booléenne (système permettant d’exprimer la majeure partie de ce qui représente l’information, de la traiter et de la stocker dans une machine) atteint aujourd’hui son point culminant.

Pour parler avec d’autres mots, l’informatique est devenue le principal vecteur de l’INFORMATION.

Dès le début des années 80, sont apparues des machines « multimédia » grand public permettant de traiter son, images et texte. Aujourd’hui, on parle de « tout numérique ». En fait, dans la réalité c’est plus compliqué (la multitude de matériels différents ou de formats de fichier en témoigne). Mais le numérique (ou binaire) agit comme méta-standard permettant de rentrer dans une seule et même machine (une sorte de catalyseur « tout numérique ») pratiquement toute la palette des champs d’investigations humains.