01 Pourquoi un ordinateur utilise-t-il le système binaire ?

Principe

La fonction de base d’un ordinateur est de calculer. Il effectue ces calculs à partir de données qu’il reçoit (entrée) et produit un résultat (sortie). Les calculs de l’ordinateur sont réalisés par un processeur, composé de milliards de transistors.

Le Processeur

Un processeur est un composant électronique permettant d’exécuter les instructions contenues dans un programme. Il commande tout le système et sait seulement :
manipuler des nombres entiers

  • réaliser des calculs arithmétiques de base (addition, soustraction, multiplication)
  • effectuer des opérations logiques (et, ou, complément),
  • tester le résultat d’un calcul (positif, négatif ou nul).
  • Lire ou écrire un nombre en mémoire.
Processeur
X-Javier, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Un processeur se caractérise par :

  • sa capacité en bits (8, 16, 32, 64 bits) qui correspond au nombre de bits utilisables pour le calcul binaire (64 bit → 264)
  • sa fréquence (Ghz) qui correspond au nombre d’opérations élémentaires réalisables en 1 seconde.

Un transistor

Un transistor est un composant électronique en silicium. Le silicium est un semi-conducteur, c’est-à-dire qu’en fonction des conditions, il se comporte comme un isolant (par exemple le plastique) ou comme un conducteur (par exemple le cuivre). Il est possible de choisir l’état (conducteur/isolant) du transistor en y injectant un très faible courant. Le transistor fonctionne alors comme un interrupteur électronique.

transistors
Benedikt.Seidl, Public domain, via Wikimedia Commons

Un peu d’électronique :

Le principe de fonctionnement du transistor est assez simple. Ce composant possède 3 bornes : une Entrée (E), une Base (B) et un Collecteur qui correspond à la sortie (C). Le courant arrive à l’Entrée et peut ressortir par le Collecteur.

Si on applique une faible tension (5V) à la Base, le transistor laissera passer le courant de E → C. Il se comportera comme un conducteur.

Si aucune tension (0V) n’est appliquée à la Base, le transistor ne laissera pas passer le courant, le courant en sortie (C) sera nul. Il se comportera comme un isolant.

Symbol transistor NPN
Zedh, Public domain, via Wikimedia Commons

Cette propriété du silicium et donc du transistor, explique le fonctionnement de l’ordinateur basé sur le système binaire. On pourrait représenter cela de cette façon :

Tension en Volt (B)CourantRôle du transistorCorrespondances logiques
0 Vpasseisolant0OuiVrai
5 Vne passe pasconducteur1NonFaux

Les transistors sont capables de comparer des tensions électriques. Ces comparaisons leur permettent de réaliser des calculs logiques, qui, réalisés les uns à la suite des autres, permettent d’effectuer des calculs complexes.

Les calculs sont effectués à partir de données en binaire contenues dans la mémoire. Ces tensions de 0 volt ou 5 volts sont appliquées aux bornes des portes logiques et ce sont elles (les portes logiques) qui calculent et qui donnent un résultat en sortie.

Les données en entrée sont donc codées à l’aide de 0 et de 1 avant d’être stockées en mémoire.

Le processeur utilise ensuite les données que contient la mémoire pour effectuer ses calculs puis stocker les données en sortie à nouveau dans la mémoire.

Sources

Pour aller plus loin

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