Quelles sont les opérations qu’un ordinateur peut faire?
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Un ordinateur est un système de traitement de l'information programmable tel que défini par Alan Turing et qui fonctionne par la lecture séquentielle d'un ensemble d'instructions, organisées en programmes, qui lui font exécuter des opérations logiques et arithmétiques. Sa structure physique actuelle fait que toutes les opérations reposent sur la logique binaire et sur des nombres formés à partir de chiffres binaires. Dès sa mise sous tension, un ordinateur exécute, l'une après l'autre, des instructions qui lui font lire, manipuler, puis réécrire un ensemble de données déterminées par une mémoire morte d'amorçage. Des tests et des sauts conditionnels permettent de passer à l'instruction suivante et donc d'agir différemment en fonction des données ou des nécessités du moment ou de l'environnement.
Ordinateur
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Les logiciels informatiques sont des listes (généralement longues) d’instructions exécutables par un ordinateur. De nombreux programmes contiennent des millions d’instructions, effectuées pour certaines de manière répétitive. De nos jours, un ordinateur personnel exécute plusieurs milliards d’instructions par seconde. Depuis le milieu des années 1960, des ordinateurs exécutent plusieurs programmes simultanément. Cette possibilité est appelée multitâche. C’est le cas de tous les ordinateurs modernes. En réalité, chaque cœur de processeur n’exécute qu’un programme à la fois, passant d’un programme à l’autre chaque fois que nécessaire. Si la rapidité du processeur est suffisamment grande par rapport au nombre de tâches à exécuter, l’utilisateur aura l’impression d’une exécution simultanée des programmes. Les priorités associées aux différents programmes sont, en général, gérées par le système d'exploitation.
Ordinateur
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Chaque appareil informatique a un ensemble d'instructions qui peuvent être utilisées pour effectuer des opérations. Les instructions permettent d'effectuer des calculs arithmétiques ou logiques, déplacer ou copier des données, ou bifurquer vers l'exécution d'autres instructions. Ces instructions sont enregistrées sous forme de séquences de bits, où chaque séquence correspond au code de l'opération à effectuer et aux opérandes, c'est-à-dire aux données concernées ; c'est le langage machine.
Langage de programmation
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Contrairement à un calculateur, dont le rôle se limite à réaliser des opérations de calcul (le plus souvent arithmétiques), un ordinateur assure des opérations de traitement de l'information, c'est-à-dire qu'il exécute successivement des opérations en suivant les directives d'un algorithme. Ce traitement est mené à l'aide d'instructions plus ou moins sophistiquées, et plus ou moins proches du microprocesseur. Par instruction informatique on entend donc décrire une commande unique, représentée par un symbole (numérique ou alpha-numérique, dit mnémoniques), et dont la finalité est prédéfinie : de la plus simple (déplacer l'index du microprocesseur dans la mémoire, additionner deux nombres) à la plus sophistiquée et abstraite (par exemple les instructions de gestion de classes du langage Java). Historiquement cette particularité de l'ordinateur qui conduit des traitements en exécutant successivement des instructions est directement reliée au principe de la machine de Turing créé par Alan Turing pour donner une définition précise au concept d'algorithme. Cette machine est un modèle abstrait d'un appareil mécanique de calcul auquel on aurait rajouté un ruban (de la mémoire) et une tête de lecture (le processeur) susceptible de mener des traitements d'après des symboles interprétés par la table des actions (les instructions). Le concept de machine de Turing original était censé représenter une mécanique imaginaire exécutant une procédure. C'est John von Neumann qui s'est chargé de transformer le travail théorique de Turing en une machine fonctionnelle en définissant une architecture dite de von Neuman.
Instruction informatique
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Les instructions que l’ordinateur peut comprendre ne sont pas celles du langage humain. Le matériel sait juste exécuter un nombre limité d’instructions bien définies. Des instructions typiques comprises par un ordinateur sont par exemple : La plupart des instructions se composent de deux zones : l’une indiquant quoi faire, nommée code opération, et l’autre indiquant où le faire, nommée "opérande".
Ordinateur
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Une instruction d'ordinateur est un ensemble d'opérations élémentaires ou micro-instructions dont le nombre et la complexité dépendent de l'instruction, de l'organisation et de l'implémentation exacte dans le CPU. Une micro-opération est une opération matérielle élémentaire qui peut être exécutée en un cycle d'horloge. Cela correspond à une micro-instruction dans un CPU micro-programmé. Par exemple, les opérations sur les registres, les décalages, les chargements, les incréments, les opérations de l'unité arithmétique et logique : addition, soustraction, etc.
Overclocking
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L'arithmétique des ordinateurs est le domaine de l'informatique qui s'intéresse aux opérations de base du calcul sur ordinateur. Parmi les questions qui relèvent de l'arithmétique des ordinateurs, on peut citer la représentation des nombres, notamment des entiers et des nombres en virgule flottante, la manière d'effectuer les opérations arithmétiques de base (addition, multiplication...) sur ces représentations, aussi bien en matériel qu'en logiciel, ou encore le calcul approché de fonctions telles que les fonctions trigonométriques. L'arithmétique des ordinateurs étudie ces opérations du point de vue notamment de l'efficacité en termes de temps de calcul et de consommation énergétique, de la fiabilité et de la précision.
Arithmétique des ordinateurs
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Au niveau matériel de l'ordinateur, le jeu d'instructions composé des instructions machines constitue l'ensemble des opérations élémentaires qu'un programme peut demander à un processeur de traiter. C'est l'ordre le plus simple que peut comprendre et exécuter un processeur d'ordinateur en utilisant l'ensemble des circuits logiques qui sont physiquement implémentées dans le processeur. Ces circuits permettent d'effectuer des opérations élémentaires (addition, ET logique…) ou plus complexes (division, passage en mode basse consommation…).
Instruction informatique
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Le montage d'une attaque par force brute nécessite un grand nombre de calculs similaires : typiquement, l'essai d'une clé, puis la vérification du résultat obtenu et ensuite le même processus avec la clé suivante. Les ordinateurs peuvent effectuer ces calculs à un rythme de millions par seconde, et des milliers d'ordinateurs peuvent être exploités ensemble dans un réseau de calcul distribué pour accélérer les calculs. Mais le nombre de calculs requis en moyenne croît de façon exponentielle avec la taille de la clé et pour de nombreux problèmes les ordinateurs standards ne sont pas assez rapides. D'autre part, de nombreux algorithmes cryptographiques se prêtent à une implémentation dans le matériel, c'est-à-dire au moyen de fonctions logiques (souvent appelées portes). Les circuits intégrés sont construits à partir de ces fonctions logiques et peuvent souvent exécuter des algorithmes cryptographiques des centaines de fois plus rapidement qu'un ordinateur à usage général.
Attaque par matériel personnalisé
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L'administration publique utilise les ordinateurs pour diriger les opérations. Les sites web des gouvernements locaux fournissent des informations à la population. Les ordinateurs sont utilisés lors de la réception des déclarations d'impôts, le paiement des taxes, l'abonnement à l'eau et à l'électricité, et l'accès aux informations géographiques. La police utilise les ordinateurs pour rechercher des criminels sur la base de leurs empreintes digitales.
Application (informatique)