1- L'ère du tube à vide
Le tube à vide correspond à l'invention du premier composant électronique : petit système qui utilise le courant électrique, et donc les électrons, pour réaliser une fonction.
Les dimensions sont variables et peuvent dépasser 10 cm de haut.
On imagine bien que de construire un système électronique avec de tels composants, le volume de l'appareil pouvait vite devenir grand.
Sans compter, que chaque tube dégageait de la chaleur.
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2- L'ère du transistor
a- En quelle année le transistor a pu être appliqué au niveau industriel ?
b- Outre l'intérêt de la miniaturisation, quel est l'autre atout d'un transistor vis-à-vis d'un tube à vide ?
Les dimensions sont variables puisqu'en électronique de puissance, un transistor peut dépasser quelques centimètres. Mais les dimensions sont souvent inférieures à 5mm pour un transistor en boitier.
Les montages électronique de l'époque étaient fait avec des composants électroniques (principalement des résistances, condensateur, diodes, self, et transistors), ceux-ci étaient reliés par des fils électriques.
Puis est venu rapidement l'utilisation d'une plaque de bakélite : sur une face sont disposés les composants électroniques et de l'autre côté les pistes de cuivre qui ont remplacé les fils électriques.
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 Câblage filaire |
Câblage sur bakélite |
3- L'ère des circuits intégrés
En poursuivant la miniaturisation des transistors, sont arrivés les circuits intégrés constitués de plusieurs transistors.
Il en existe de très nombreux et pour des fonctions très variées.
Ceux qui nous intéressent dans le cadre de l'informatique sont les circuits logiques.
Ils exploitent les propriétés de l'algèbre de Boole développée par George Boole (mathématicien).
a- Fonctionnement d'un transistor
Examinons de plus près comment fonctionne un transistor dans l'univers informatique.
Lorsque la tension appliquée sur une entrée est 0V le transistor est à l'état bloqué : il se comporte comme un interrupteur ouvert (ici en rouge).
Lorsque la tension appliquée sur une entrée est 5V le transistor est à l'état passant : il se comporte comme un interrupteur fermé (ici en rouge).
b- Fonctionnement d'une porte logique ET
La porte logique ET est constituée de 2 transistors, voyons comment cela fonctionne.
Trouver l'état de la sortie US en fonction des tensions U1 et U2. Saisir 0V ou 5V.
Compléter alors la table de vérité en binaire.
Attention ne pas saisir d'espace !
Compléter le tableau de fonctionnement des tensions et la table de vérité située dessous qui correspond à un autre circuit logique.
Trouver l'état de la sortie US en fonction des tensions U1 et U2. Saisir 0V ou 5V.
Compléter alors la table de vérité en binaire.
Attention ne pas saisir d'espace !
4- Vers les circuits logiques d'une machine informatique
Maintenant que vous avez compris le principe de fonctionnement des circuits électroniques logiques, nous conserverons la notation booléenne.
Avant que soient répandus les micro-contrôleurs (comme PICAXE, ARDUINO...) les appareils fonctionnant automatiquement n'avaient pas de programme codé dans un fichier.
Le fonctionnement automatique était obtenu par un circuit électronique de plusieurs portes AND, OR, NAND, ... soudés sur une plaque de circuit imprimé.
Il n'était pas possible de changer le fonctionnement après : le programme était en quelque sorte câblé, on parle de circuit combinatoire.
Voici quelques portes de base qui vous seront utiles pour la suite :
Exemple de circuit logique réalisant une opération mathématique
a- En examinant la table de vérité, proposer l'intérêt de ce circuit logique.
b- En déduire l'utilité de la sortie c.
Autre exemple de circuit logique réalisant une opération mathématique
c- En examinant la table de vérité proposer l'intérêt de ce circuit logique.
d- En déduire l'utilité de la sortie c.
Ces deux exemples montrent pourquoi un micro-processeur s'appelle aussi un calculateur !
5- Le cœur des machines informatiques : le microprocesseur
Arrive enfin l'ère des microprocesseurs dans lequel on intègre plusieurs circuit intégrés qui posent les bases des architectures informatiques d'aujourd'hui.
À la différence des circuits combinatoires, le micro-processeur permet d'exécuter un programme informatique qui se trouve dans une mémoire.
Pour le faire fonctionner, il faut lui ajouter des interfaces d'entrée (au début un clavier) et de sortie (au début un écran n'affichant que des caractères alpha-numériques).
À la différence des circuits combinatoires vus précédemment, le micro-processeur est constitué de milliers de transistors, voire bien davantage aujourd'hui. cf article lmi.
c- Quel est l'ordre de grandeur de la largeur des gravures utilisée pour dessiner les circuits électroniques sur le silicium ?
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Exemple d’un wafer de silicium |
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À mettre en perspective de la taille, avec la même unité, d'un atome de silicium. Article 01.net