Introduction à l'algorithmique

1. Architecture de l’ordinateur

L’idée d’une machine pouvant faire plusieurs calculs vient de la machine de Turing. Alan Turing est le mathématicien qui, avec son équipe, a réussi à casser le chiffrement de la machine Enigma pendant la Seconde Guerre mondiale, ce qui a donné une énorme avance stratégique et tactique pour vaincre les Allemands. C’est en 1936 qu’Alan Turing eut cette idée de génie.

Jusqu’alors, toutes les machines étaient créées pour exécuter une seule et unique tâche, un seul calcul. En vulgarisant, une machine qui pouvait résoudre une addition ne pouvait pas résoudre une multiplication. Les machines étaient donc très limitées et leur coût était trop excessif pour pouvoir les utiliser couramment.

La machine de Turing est un concept abstrait qui a donné naissance à l’informatique que nous connaissons actuellement. En résumé, cette machine se compose d’un ruban infini de cases. Chaque case comporte un symbole que la machine connaît. La machine lit les cases les unes après les autres et retient les cases dont elle a besoin pour effectuer le calcul décrit sur plusieurs cases. Il s’agit de la première machine disposant d’une mémoire incorporée permettant de résoudre de multiples problèmes différents.

La machine de Turing n’a jamais été réellement implémentée, notamment à cause du ruban infini représentant la mémoire. Cependant, elle reste le concept de base des ordinateurs.

Nos ordinateurs actuels fonctionnent tous sur l’architecture de Von Neumann. John Von Neumann était un mathématicien et physicien né en 1903, ayant participé à la création des ordinateurs. Il proposa déjà à l’époque que les machines soient composées de quatre modules, comme le montre la figure suivante :

Schématisation de l’arithmétique de Von Neumann...

1. L’algorithmie, comment et pourquoi ?

Nous utilisons tous les jours des algorithmes sans même savoir que ce sont des algorithmes. Les premiers algorithmes formalisés remontent à l’Antiquité pour la gestion de l’eau dans les fontaines et depuis nous n’arrêtons pas d’en créer et de les appliquer.

1. La programmation

L’ordinateur est un ensemble de composants électroniques qui, au fond, ne comprennent que deux choses : le courant passe ou le courant ne passe pas.

Ainsi le seul langage compris par les composants de la machine, que ce soient le processeur ou les mémoires, est le binaire. Uniquement deux valeurs sont possibles : 1 (le courant passe) et 0 (le courant ne passe pas).

Mais alors, comment communiquer de manière simple avec l’ordinateur ?

Au fur et à mesure du temps, l’informatique a implémenté de nombreuses surcouches au langage binaire pour faciliter la communication avec l’utilisateur : l’encodage du texte pour que l’être humain écrive dans un langage naturel, les systèmes d’exploitation comme Windows, Linux ou macOS… 

Mais ces surcouches ne font qu’une traduction en binaire pour les composants électroniques. Tous vos fichiers numériques sont en fait une suite de 0 et de 1.

Il en va de même pour le développeur. Au début de l’informatique, le développement ressemblait plus à de l’électronique qu’à de l’informatique, puis sont apparues les cartes perforées pour stocker les programmes, puis les langages de programmation.

Les langages de programmation sont les langages de haut niveau qui permettent au développeur d’indiquer à l’ordinateur ce qu’il doit effectuer en appliquant des algorithmes.

Les langages de programmation ont une syntaxe proche du langage humain tout en intégrant les contraintes de la machine. Ils permettent de guider l’exécution d’un programme sans aucune ambiguïté et, donc, assurent le fonctionnement de nos instructions. Dans le cas où le programme ne fait pas ce qu’il devrait faire, le problème vient des instructions. Le problème est toujours entre le clavier et l’écran.