RCHIVES
Les nouvelles technologies au cœur de la société contemporaine ?
par François JAUJARD, enseignant chercheur (sciences de gestion) à l’Ecole des Mines de
Saint Etienne,
Centre de microélectronique de Provence Georges Charpak
Les nouvelles technologies :
I - Approche technologique
Codage des informations en langage binaire
En langage binaire le nombre « 16 » s'écrit « 10000 » |
L'arithmétique binaire exploite le fait que toutes les opérations mathématiques (somme, produit, soustraction, comparaison ...) que nous savons faire sur des nombres écrits avec les dix symboles
« 0 », « 1 », « 2 »... « 9 »
(représentation décimale ou « en base 10 ») peuvent également être réalisées lorsque l'on note ces nombres en utilisant simplement deux symboles :
« 0 » , « 1 »
(représentation binaire ou « en base 2 »).
Par exemple, considérons le nombre 16 et cherchons sa représentation binaire. On a :
16 = 2 * 2 * 2 * 2 = 2^4 (« 2 puissance 4 »)
2^4= (1*2^4)+ (0*2^3)+(0*2^2)+(0*2^1)+(0*2^0) (par définition
2^0 = 1)
16 en décimal s'écrit 10000 en binaire
Donnons quelques exemples d'addition:
Base | 10 (décimale) | 2 (binaire) |
Opérande 1 | 16 | 10000 |
Opérande 2 | 3 | 00011 |
Résultat | 19 | 10011 |
Base | 10 (décimale) | 2 (binaire) |
Opérande 1 | 16 | 10000 |
Opérande 2 | 6 | 00110 |
Résultat | 22 | 10110 |
Base | 10 (décimale) | 2 (binaire) |
Opérande 1 | 13 | 01101 |
Opérande 2 | 5 | 00101 |
Résultat | 18 | 10010 |
Chacun des nombres 0 ou 1 du codage binaire est appelé bit,
contraction de l'anglais binary digit. Les informaticiens ont pris l'usage de les ordonner
par rang croissants, au contraire de la notation décimale... introduite historiquement par les Arabes!
Les bits obeissent à la table d'addition binaire:
0 | 1 | |
0 | 0 | 1 |
1 | 1 | 0 Il y aune retenue de 1 portée par le bit suivant. |
Proncipes physiques du circuit intégré |
Utiliser autant d’interrupteurs (de transistors) que de bits (représentant des 0 ou 1)
structure d'un transistor: interrupteur ouvert ou fermé |
Les Circuits électroniques à transistors réalisent en pratique l'arithmétique binaire. Un transistor
est un composant électronique qui peut se comporter comme un interrupteur commandé par une tension
électrique.
Lorsque le transistor est « ouvert », il laisse passer du courant et
représente convenablement 1. Fermé, on conviendra qu'il représente 0
Si on résume, notre transistor se comporte comme un interrupteur qui ne laisse passer
le courant électrique entre la source et le drain que dans la situation où
la tension électrique appliquée sur la grille est suffisante pour
« condenser » un pont d'électrons dans le canal qui les relie.
Si on applique une différence de potentiel entre la source et le drain, en les
connectant à une pile par exemple, on y injecte des électrons. Le courant (flèches rouges) peut circuler librement de la source vers le drain aussi longtemps que la tension positive appliquée sur la grille est suffisante pour maintenir le pont d'électrons dans le canal. On a réalisé un interrupteur commandé par la tension de grille. |
Les Circuits électroniques à transistors réalisent en pratique l'arithmétique binaire.
Un ensemble de 5 transistors indépendants constituera une mémoire capable de
contenir n'importe quel nombre représenté en binaire et codé sur 5 bits. ("jusqu'à 31) Par
exemple 3 est codé par trois transistors fermés et deux ouverts (reconstituant 00011).
On peut également utiliser ces mémoires pour enregistrer des lettres, donc des
textes. Il suffit pour cela de définir un « alphabet en binaire ». Par exemple la lettre A
pourrait est conventionnellement représentée par la séquence binaire 10000001, la lettre B par
10000011, et ainsi de suite. La séquence AB serait mémorisée tout simplement en enchaînant
les codes binaires, exactement comme pour l'écriture classique : 10000001 10000011.
Cette table conventionnelle de correspondance entre les lettres de l'alphabet et les séquences binaires
qui les représentent est le code ASCII (American Standard Code for Information Interchange).
Des circuits logiques arbitrairement complexes, composés
de millions de transistors connectés suivant un plan élaboré, permettent de
réaliser n'importe quelle opération mathématique sur des séquences binaires
aussi longues que l'on veut, à condition de disposer des budgets et temps de
développement requis.
Comme il est malcommode pour un être humain de lire ou
écrire en binaire, les systèmes électroniques sont généralement connectés à des
périphériques d'entrée (claviers, scanners, microphones, ... dans le cas des
ordinateurs) qui, avec l'aide de programmes interprètes convertissent en binaire
les messages de l'utilisateur et les transfèrent au programme qui va les
traiter. Une fois que le travail est terminé, le résultat est traduit du
binaire vers un format qui nous est intelligible (son, texte ou image) puis
nous est communiqué via des périphériques de sortie (imprimante, hauts
parleurs, écran ...).
Le comportement de ces circuits peut être modifié très
rapidement en activant ou désactivant simultanément des milliers de portes
logiques à l'aide – encore une fois – de transistors ! On dit que le circuit
est programmable, et les manipulations effectuées seront elle mêmes
codées et mémorisées
Par ailleurs, des groupes de transistors interconnectés astucieusement peuvent former les portes logiques nécessaires pour effectuer des opérations entre séquences binaires (sommes, multiplications, divisions entières, comparaisons...). | |
La technologie CMOS (c'est à dire Complementary Metal Oxide
Semiconductor) et l'industrie actuelle permettent
la fabrication en forts volumes de circuits comportant plusieurs centaines
de millions de transistors regroupés sur une surface inférieure au centimètre
carré ! Les transistors contemporains mesurent à peu près 65 nm de
large,on pourrait en disposer près de 10 millions sur la pointe d'un stylo à bille. Pour cette raison,
on appelle communément ces dispositifs des « puces » électroniques. Le nombre
colossal de transistors disponibles permet d'enregistrer de grandes quantités
d'informations sur la puce (à peu près 4000 pages de texte) et d'en faire un
calculateur puissant, capable d'effectuer plusieurs milliards d'opérations par
seconde.
En tirant partie de ces possibilités, les applications de
l'électronique ont envahi notre vie quotidienne et engendré des progrès
prodigieux dans des domaines aussi variés que les communications, l'acquisition
de données, le traitement d'images, l'audio-vidéo, la recherche scientifique,
les bases de données, la conception industrielle, etc.
x 20 |
x 100 |
x 500 |
x 5000 |
Intégration d’un circuit intégré dans un circuit imprimé et dans une carte à puce (Source : www.techno-science.net) |
L'intégration représente entre 30% et 40% du prix d'une voiture! |
>L'explosion de la microélectronique au XXe siècle est une conséquence de trois facteurs technologiques combinés :
histoire de l’information | ----- | histoire de l’industrie | |
Haute Antiquité |
Avènement de l'alphabet |
||
Renaissance 15ème siècle |
Avènement de l'imprimerie |
||
Révolution Française 18ème siècle |
Fin des corporations | ||
18ème siècle | Création de l'industrie textile (Réseaux d'ateliers) |
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18ème-19ème siècle Première révolution industrielle |
Machines à vapeur Création de l'industrie minière des réseaux ferrés (Activités concentrées) |
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19ème-20ème siècle Deuxième révolution industrielle |
Electricité Metallurgie Chimie Pharmacie essor de l'automobile |
||
20ème-21ème siècle Troisième révolution industrielle |
NTIC Radio Télévision Téléphonie Electronique Microélectronique |