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As the maxim says, “Whether you think you can, or you can’t, you’re right.”
Ordinateur quantique : 5. Introduction au fonctionnement de l’ordinateur classique
Avec cet avant dernier article sur l’ordinateur quantique, nous nous approchons de notre but. Parler de l’ordinateur quantique sans évoquer l’ordinateur classique laisserait un goût d’inachevé. Ce sont deux logiques différentes, même s’il est vrai que c’est grâce à la théorie quantique que l’électronique, utilisée dans l’ordinateur classique, a pu être développée.
Historique
La première machine à calculer mécanique fut inventée par le français Blaise Pascal. Par contre, c’est l’anglais Charles Babbage (1834 -1837) qui a conçu la première machine à calculer programmable, en insérant des instructions sur les cartes perforées inventées par Jacquard pour ses métiers à tisser. En 1937, un siècle après la mort de Babbage, IBM inaugura l’ère de l’informatique en commençant le développement de l’ASCC/Mark I, une machine fondée sur l’architecture de Babbage. C’est le début de l’ordinateur classique qui va fonctionner sur la base de la logique binaire, zéro et un.
Définition de l’ordinateur classique
L’ordinateur classique, c’est une machine capable d’exécuter des opérations pour réaliser des calculs sur la base de la logique binaire.
Composants de l’ordinateur
L’ordinateur est composé d’éléments électroniques reliés entre eux à travers un circuit imprimé gravé sur une carte que l’on nomme carte mère :
- les bus permettent de connecter les différentes parties fonctionnelles de l’ordinateur entre elles;
- la mémoire vive (ou RAM pour « Random Access Memory ») stocke les informations des programmes et les données en cours de fonctionnement;
- la carte graphique permet de produire une image qui va être affichée sur l’écran;
- le disque dur stocke les informations des programmes et les données de la machine;
- des lecteurs comme le lecteur de disque : un lecteur et graveur en même temps (Cd-Rom, Dvd-Rom, ou un lecteur Blue Ray);
- les entrées-sorties : dispositifs permettant la communication avec le monde extérieur, tels que USB, port série, etc.;
- l’alimentation électrique.
L’importance du circuit intégré
Dans nos précédents articles, nous avons indiqué qu’au niveau de la physique, les deux éléments de base qui constituent l’ordinateur quantique sont le principe de superposition et la propriété de l’intrication. De même, au niveau informatique, nous nous inspirons de deux éléments de l’ordinateur classique pour faire un ordinateur quantique, le circuit intégré et les ports logiques.
Le circuit intégré
Le circuit intégré (ou puce électronique) est un composant électronique qui a une ou plusieurs fonctions.
L’Américain Jack Kilby (1923 – 2005) l’a inventé en 1958. Il avait simplement relié, manuellement, par des câbles, différents transistors. Il ne faudra par la suite que quelques mois pour passer à la production de masse de puces contenant plusieurs transistors.
Ces ensembles de transistors interconnectés en circuits microscopiques dans un même bloc permettent la réalisation de mémoires. Ce concept concentre dans un volume très réduit, un maximum de fonctions logiques, auxquelles l’extérieur accéde à travers des connexions réparties à la périphérie du circuit.
Cette découverte valut à Kilby le prix Nobel de physique en 2000. Actuellement, avec la miniaturisation, une puce peut contenir plusieurs centaines de millions de transistors.
Définition simple du transistor
Un transistor est une sorte de diode qui peut amplifier un courant et engendrer des oscillations électriques. En réalité, un transistor est un objet nettement plus compliqué dans son fonctionnement que cette définition.
Le transistor est soumis à la logique binaire. L’ordinateur quantique ne fonctionne pas avec cette logique binaire, mais plutôt avec une logique quantique. La logique binaire permet de coder chaque bit, soit par la valeur zéro, soit par la valeur 1.
L’exemple suivant illustre ce mécanisme de codage : pour compter on utilise la base 10, c’est-à-dire les chiffres qui vont de zéro à neuf (0-9). Pour écrire des mots on utilise les lettres de l’alphabet. La logique binaire utilise la base 2 (0 et 1); pour coder toutes les instructions saisies sur le clavier, l’ordinateur classique n’utilise que le 0 et le 1. Si on veut écrire le mot ok, en tapant la lettre o, elle sera codée par exemple comme 01101111 , et la lettre k comme 01101011 , et le mot ok va s’afficher sur l’écran. Il sera codé en une série de 0 et 1 (exemple : 01101111 01101011 00001101 00001010 = ok). Cela fonctionne comme un bouton poussoir. C’est tout simple, mais efficace.
Définition simple d’un port logique
Dans le paragraphe précédent, nous avons quelque peu anticipé la définition d’un port logique. Autrement dit, le port logique est un simple bouton poussoir. En appuyant une fois, il coupe le courant et en appuyant une deuxième fois, il le remet. Ceci est exactement le fonctionnement du port logique.
Les limites de l’ordinateur classique
Le mode de fonctionnement de l’ordinateur classique, que nous venons de décrire, présente des faiblesses de calcul face à un certain nombre de situations complexes, telles que la prévision météorologique ou la solution de certaines équations différentielles, d’où l’idée de se fonder sur la logique de la théorie quantique, qui donne plus de possibilités et de rapidité de calcul, pour fabriquer des ordinateurs quantiques.
Conclusion
Nous avons tenté, dans cet article, d’échafauder l’historique de l’ordinateur classique, de présenter certains de ses composants, d’expliciter les deux éléments importants, en l’occurrence le circuit intégré et les ports logiques, qui matérialisent la logique binaire et le fonctionnement de l’ordinateur classique. Nous avons aussi vu ses limites face à certains problèmes. C’est une bonne préparation pour comprendre, dans un prochain article, la logique sur laquelle est conçu l’ordinateur quantique.
A suivre…