Informatique IGCSE

Un ordinateur ne peut fonctionner qu'avec deux états : marche et arrêt. On écrit ces états comme 1 et 0. Un système qui n'utilise que deux chiffres 数字 est appelé binaire 二进制 (base 2).

Tout type de données 数据 — nombres, texte, son et images — doit être converti en binaire avant qu'un ordinateur puisse l'utiliser. L'ordinateur traite ce binaire à l'aide de portes logiques 逻辑门, et le stocke dans des registres 寄存器 (petits stocks rapides à l'intérieur du processeur 处理器).

Un système de numération 数制 est une façon d'écrire les nombres en utilisant un ensemble fixe de chiffres. Il vous en faut trois.

• Le décimal 十进制 est le système de comptage normal (aussi appelé décimal).
• Le binaire utilise uniquement 0 et 1.
• Le hexadécimal 十六进制 (hex) utilise seize chiffres : 0–9, puis A, B, C, D, E, F valent respectivement 10, 11, 12, 13, 14, 15.

La base 基数 indique combien de chiffres différents un système utilise.

Valeur positionnelle

Chaque colonne d'un nombre a une valeur positionnelle 位值. En binaire, les valeurs doubles de droite à gauche. Pour un nombre sur 8 bits, elles sont :

128  64  32  16  8  4  2  1

Un bit 位 est un 0 ou un 1 unique. Huit bits font un octet 字节. Quatre bits (la moitié d'un octet) forment un nibble 半字节.

Conversion entre systèmes de numération

Décimal → binaire. Écrire les valeurs positionnelles. Mettre un 1 sous chaque valeur nécessaire pour atteindre votre nombre ; mettre un 0 sous les autres.

Exemple : convertir le décimal 150 en binaire. $150 = 128 + 16 + 4 + 2$.

128 64 32 16 8 4 2 1
  1  0  0  1 0 1 1 0

Donc $150$ = 10010110.

Binaire → décimal. Additionner les valeurs positionnelles où il y a un 1. 10010110 $= 128 + 16 + 4 + 2 = 150$.

Hexadécimal → binaire. Convertir chaque chiffre hexadécimal en son propre groupe de 4 bits (un nibble).

Exemple : hex F08. $F = 1111$, $0 = 0000$, $8 = 1000$, donc F08 = 1111 0000 1000.

Binaire → hexadécimal. Regrouper les bits en nibbles de 4, en commençant par la droite. Convertir chaque nibble en un chiffre hexadécimal.

Décimal → hexadécimal. La méthode facile consiste d'abord à convertir en binaire, puis en hex.

Ce tableau aide avec les lettres hex :

Les questions Cambridge utilisent des nombres binaires allant jusqu'à 16 bits.

Exemple résolu. Convertir le décimal 100 en binaire sur 8 bits, puis en hexadécimal.

$100 = 64 + 32 + 4$, donc le binaire est 01100100. En divisant en nibbles, 0110 0100 $= 6$ et $4$, donc l'hexadécimal est 64.

Pourquoi utiliser l'hexadécimal

L'hex est plus court que le binaire et plus facile à lire et écrire pour les humains. Un chiffre hex remplace 4 chiffres binaires, réduisant ainsi les erreurs. La valeur ne change pas — l'hex est simplement une façon plus courte d'afficher le même binaire.

Les informaticiens utilisent l'hex pour :

• Adresses MAC et adresses IPv6
• codes couleur en HTML (par exemple #FF0000 est rouge)
• adresses mémoire 内存地址 et codes d'erreur
• affichage du contenu de la mémoire (un « memory dump »)

On peut additionner deux nombres binaires sur 8 bits, colonne par colonne de droite à gauche, comme en décimal. Les règles pour une colonne sont :

Quand un report arrive également, $1 + 1 + 1 = 1$ avec un report de 1.

Exemple : additionner 01110110 (118) et 00110000 (48).

  0 1 1 1 0 1 1 0    (118)
+ 0 0 1 1 0 0 0 0    (48)
-------------------
  1 0 1 0 0 1 1 0    (166)

Débordement

Un registre de 8 bits peut contenir des valeurs décimales allant de 0 à 255 uniquement. Si une addition donne un résultat supérieur à 255, la réponse nécessite un 9e bit. Le registre ne pouvant pas contenir ce bit supplémentaire, il est perdu. On appelle cela overflow 溢出 (une erreur de dépassement). Cela se produit lorsqu'une valeur sort de la limite que le registre peut stocker.

Exemple : 11001000 (200) $+$ 01001000 (72) $= 272$. En binaire, cela correspond à 1 00010000, ce qui nécessite 9 bits. Le 1 en position de poids fort ne tiendra pas dans 8 bits, donc la réponse stockée sera fausse.

Un décalage binaire logique 逻辑二进制移位 déplace tous les bits vers la gauche ou vers la droite d'un certain nombre de positions.

• Les bits qui sortent du registre sont perdus.
• Des zéros sont ajoutés à l'extrémité vide.

Un décalage vers la gauche multiplie le nombre par 2 pour chaque position déplacée. Un décalage vers la droite le divise par 2 pour chaque position ; les bits de droite (les bits de poids faible(s) 最低有效位) sont perdus.

Exemple : décalage vers la gauche de 00110101 (53) de 2 positions.

start:         0 0 1 1 0 1 0 1
left shift 2:  1 1 0 1 0 1 0 0

Le résultat est 11010100 (212), ce qui correspond à $53 \times 4$. Les deux bits les plus à gauche ont été perdus et deux zéros sont entrés sur la droite. Si un 1 est expulsé par la sortie, cette information est définitivement perdue.

Jusqu'à présent, les nombres étaient positifs. Le complément à deux 补码 permet à un registre de 8 bits de contenir également des nombres négatifs.

Dans le complément à deux, le bit de poids fort (le bit de poids le plus élevé 最高有效位, ou MSB) a une valeur de position négative :

-128  64  32  16  8  4  2  1

• Si le MSB est 0, le nombre est positif.
• Si le MSB est 1, le nombre est négatif.

Pour rendre un nombre positif négatif : écrivez le binaire positif, inversez chaque bit (0↔1), puis ajoutez 1.

Exemple : rendre $-40$ négatif.

• $+40$ = 00101000
• inverser les bits = 11010111
• ajouter 1 = 11011000

Ainsi $-40$ = 11011000. Vérification en additionnant les valeurs de position : $-128 + 64 + 16 + 8 = -40$.

Pour lire un nombre en complément à deux négatif, il suffit d'additionner les valeurs de position (le MSB compte pour $-128$). La plage d'un nombre en complément à deux sur 8 bits va de $-128$ à $+127$.

Les ordinateurs stockent le texte en attribuant un numéro à chaque caractère, puis en stockant ce numéro en binaire. L'ensemble des caractères qu'un ordinateur peut utiliser, ainsi que leurs numéros, constituent un ensemble de caractères 字符集.

• ASCII utilise 7 bits par caractère, offrant ainsi 128 caractères différents. C'est suffisant pour les lettres anglaises, les chiffres et les symboles courants.
• Unicode utilise davantage de bits par caractère. Il peut représenter bien plus de caractères — de nombreuses langues, ainsi que des symboles et des emoji 表情符号.

Comme Unicode contient plus de caractères, il nécessite plus de bits par caractère que ASCII, donc le même texte occupe plus d'espace de stockage 存储。

Une onde sonore 声波 est continue et change toujours. Pour la stocker, l'ordinateur mesure la hauteur de l'onde à des moments réguliers. On appelle cela l'échantillonnage 采样, et chaque mesure est un échantillon.

• Le taux d'échantillonnage 采样率 est le nombre d'échantillons prélevés par seconde (mesuré en Hz).
• La résolution d'échantillonnage 采样分辨率 est le nombre de bits utilisés pour chaque échantillon. La hauteur de l'onde à un point d'échantillonnage est son amplitude 振幅。

Un taux d'échantillonnage plus élevé et une résolution d'échantillonnage plus élevée offrent un enregistrement plus précis, mais un fichier plus volumineux.

Une image informatique est constituée d'une grille de petits points appelés pixels 像素。

• La résolution 分辨率 est le nombre de pixels dans l'image (par exemple $1920 \times 1080$)。
• La profondeur de couleur 颜色深度 est le nombre de bits utilisés pour stocker la couleur de chaque pixel。

Une résolution plus élevée et une profondeur de couleur plus élevée offrent une meilleure qualité d'image, mais un fichier plus volumineux。

Le stockage de données est mesuré en unités ci-dessous. Un nibble correspond à 4 bits et un octet à 8 bits ; à partir du kibibyte vers le haut, chaque unité est 1024 fois plus grande que la précédente (car $1024 = 2^{10}$, ce qui s'adapte au binaire)。

Taille de fichier image (en bits) $=$ résolution $\times$ profondeur de couleur $=$ largeur $\times$ hauteur $\times$ profondeur de couleur。

Exemple : une image a une résolution de $1024 \times 1024$ pixels avec une profondeur de couleur de 2 octets ($= 16$ bits)。

• bits $= 1024 \times 1024 \times 16 = 16\,777\,216$ bits
• octets $= \div 8 = 2\,097\,152$ octets
• KiB $= \div 1024 = 2048$ KiB
• MiB $= \div 1024 = 2$ MiB

Taille de fichier sonore (en bits) $=$ taux d'échantillonnage $\times$ résolution d'échantillonnage $\times$ durée en secondes。

Divisez toujours par 1024 (et non 1000) pour convertir en KiB, MiB, etc. Donnez votre réponse dans l'unité demandée par la question。

Exemple résolu. Un son est enregistré pendant 30 secondes à un taux d'échantillonnage de 8,000 Hz avec une résolution d'échantillonnage de 16 bits. Calculez la taille du fichier en kibioctets (KiB).

• bits $= 8\,000 \times 16 \times 30 = 3\,840\,000$ bits
• octets $= 3\,840\,000 \div 8 = 480\,000$ octets
• KiB $= 480\,000 \div 1024 \approx 469$ KiB

La compression 压缩 rend un fichier plus petit. Un fichier plus petit :

• occupe moins d'espace de stockage,
• nécessite moins de bande passante 带宽 (la quantité de données qu'une connexion peut transporter),
• prend moins de temps à envoyer (un temps de transmission 传输 plus court)。

Il existe deux types.

Compression sans perte

Sans perte 无损 compression rend le fichier plus petit avec aucune perte permanente de données. Le fichier original peut être reconstruit exactement.

Une méthode est le codage par longueur de série 行程编码 (RLE). Il remplace une suite de valeurs répétées par une copie unique de la valeur suivie d'un compteur indiquant combien de fois elle se répète. Par exemple, WWWWWWWW (8 blancs) est stocké sous la forme « 8 W ». Cela fonctionne bien lorsque les données comportent de nombreuses répétitions。

Compression avec perte

Avec perte 有损 compression réduit considérablement la taille du fichier en supprimant définitivement certaines données. Les données supprimées ne peuvent pas être récupérées. Par exemple :

• réduction de la résolution ou de la profondeur de couleur d'une image,
• réduction du taux d'échantillonnage ou de la résolution d'échantillonnage d'un son。

Utilisez une compression sans perte lorsque vous devez conserver chaque détail (fichiers texte et programmes). Utilisez une compression avec perte pour les photos, la musique et la vidéo, où une petite perte de qualité est acceptable pour obtenir un fichier beaucoup plus petit。

• Convertir décimal → binaire en soustrayant les valeurs de position (128, 64, 32…) ; binaire → décimal en additionnant les valeurs de position correspondant aux 1。
• Pour convertir en hexadécimal, regroupez le binaire en nibbles de 4 bits à partir de la droite ; chaque nibble correspond exactement à un chiffre hexadécimal。
• Overflow se produit lorsqu'un résultat nécessite plus de bits que le registre n'en possède (un registre de 8 bits ne contient que 0–255), donc le bit supplémentaire est perdu。
• Taille de fichier en bits : pour une image, largeur × hauteur × profondeur de couleur ; pour un son, taux d'échantillonnage × résolution × secondes. Divisez par 8 pour obtenir des octets, puis par 1024 pour chaque unité supérieure。
• Sans perte compression conserve chaque bit (texte ; codage par longueur de série) ; avec perte supprime définitivement les données (photos, musique) pour un fichier beaucoup plus petit。

La transmission de données 数据传输 signifie déplacer des données d'un endroit à un autre — par exemple de votre ordinateur vers un site web, ou d'un téléphone vers une imprimante。

Les données voyagent souvent le long d'un câble. Deux types courants sont illustrés ci-dessous。

Avant d'être envoyées, les données sont découpées en petites pièces de taille égale appelées paquets 数据包. Chaque paquet voyage séparément et ils sont reconstitués à l'autre extrémité。

L'utilisation de paquets présente des avantages :

• si un paquet est perdu ou endommagé, seul ce paquet est renvoyé, et non tout le fichier ;
• les paquets peuvent emprunter des routes différentes, évitant ainsi les routes congestionnées ou défaillantes ;
• de nombreux utilisateurs peuvent partager la même connexion simultanément。

Chaque paquet comporte trois parties.

L'en-tête de paquet contient :

• l'adresse IP de l'expéditeur 地址 (d'où vient le paquet),
• l'adresse IP du destinataire (où il va),
• le numéro de paquet (pour que les paquets puissent être remis dans le bon ordre).

La commutation par paquets 数据包交换 est la méthode permettant d'envoyer des paquets sur un réseau.

• Des appareils spéciaux appelés routeurs 路由器 lisent l'en-tête de chaque paquet et choisissent le meilleur itinéraire pour celui-ci.
• Chaque paquet peut suivre son propre chemin, donc les paquets peuvent voyager différemment.
• Les paquets peuvent arriver hors ordre.
• Une fois le dernier paquet arrivé, les paquets sont remis en ordre grâce à leurs numéros de paquet.

Série et parallèle

Série envoie un bit après l'autre sur un seul fil. Parallèle envoie plusieurs bits en même temps sur plusieurs fils, ce qui est plus rapide sur de courtes distances.

Simplex, demi-duplex et full-duplex

Ces termes décrivent la direction dans laquelle les données peuvent circuler.

Choisir une méthode

Le choix dépend de la distance, de la vitesse requise, du coût, et si les données doivent circuler dans les deux sens simultanément.

Le bus série universel 通用串行总线 (USB) est un interface 接口 courant (point de connexion) pour relier des appareils à un ordinateur.

Avantages :

• le même connecteur est utilisé par de nombreux appareils (une norme unique);
• l'appareil est détecté automatiquement et le pilote correct est chargé;
• il transporte de l'énergie, donc il peut alimenter ou charger un appareil;
• le connecteur ne s'insère que dans un sens, donc il est difficile de le brancher incorrectement.

Inconvénients :

• le câble ne peut avoir qu'une longueur limitée (quelques mètres);
• les anciennes versions USB sont plus lentes que les nouvelles;
• les vitesses de transfert peuvent être inférieures à celles de certains autres types de connexion.

Pendant le transit des données, des interférences 干扰 peuvent les modifier. Trois choses peuvent mal tourner :

• perte de données — certains bits n'arrivent pas;
• gain de données — des bits supplémentaires sont ajoutés;
• modification de données — certains bits sont inversés.

Ainsi, le destinataire vérifie si les données sont arrivées correctement.

Contrôle de parité

Un contrôle de parité 奇偶校验 ajoute un bit supplémentaire, le bit de parité 奇偶校验位, à chaque octet. Il existe deux types :

• parité paire — le nombre total de 1 dans l'octet (y compris le bit de parité) doit être paire;
• parité impaire — le nombre total de 1 doit être impaire.

Exemple (parité paire) : les données 1011001 ont quatre 1, qui sont déjà pairs, donc le bit de parité est 0 :

parity bit + data
    0        1011001

Pour trouver une erreur : le destinataire compte les 1. Si la parité paire a été convenue mais qu'un octet arrive avec un nombre impair de 1, une erreur s'est produite lors de la transmission.

Un contrôle de parité ne peut pas détecter toutes les erreurs. Si deux bits s'inversent, le comptage peut sembler correct.

Exemple résolu. Un bit de parité unique vous dit qu'une erreur s'est produite, mais pas où. Un bloc de parité 奇偶校验块 peut localiser le bit exact. Plusieurs octets sont envoyés ensemble, chacun avec un bit de parité de ligne, et un octet de parité supplémentaire octet de parité 奇偶校验字节 en bas contient un bit de parité pour chaque colonne. La parité paire est utilisée ci-dessous, et un bit a été inversé lors de la transmission. Trouvez-le.

          b1 b2 b3 b4 b5 | parity
 byte 1    1  0  1  1  0 |   1
 byte 2    0  1  1  0  1 |   1
 byte 3    1  1  1  1  0 |   1    <- row: odd number of 1s
 byte 4    0  0  1  1  0 |   0
 ------------------------------
 parity    0  0  1  1  1 |   1
                 ^ column b3: odd number of 1s

La ligne byte 3 brise la parité paire, et la colonne b3 brise la parité paire. Le bit inversé se trouve à leur intersection : byte 3, bit b3. Le changer de 1 à 0 répare les données. Un bit de parité unique indique seulement qu'une erreur s'est produite ; un bloc de parité indique exactement où, permettant au destinataire même de la corriger.

Somme de contrôle

Une somme de contrôle 校验和 est une valeur calculée à partir de toutes les données avant l'envoi. Le destinataire recalculer la somme de contrôle à partir des données reçues. Si les deux valeurs ne correspondent pas, une erreur s'est produite et les données sont renvoyées.

Contrôle par écho

Dans un contrôle par écho 回送校验, le destinataire renvoie les données à l'expéditeur. L'expéditeur les compare avec l'original. Si elles diffèrent, une erreur s'est produite. (Cela nécessite d'envoyer les données deux fois, donc c'est lent.)

Demande de répétition automatique (ARQ)

La demande de répétition automatique 自动重传请求 (ARQ) utilise des messages appelés accusés de réception 确认.

• Le destinataire envoie un accusé de réception positif si un paquet est arrivé correctement, ou un accusé de réception négatif sinon.
• L'expéditeur démarre un minuteur de délai d'attente 超时. Si aucun accusé de réception positif ne revient à temps, l'expéditeur renvoie le paquet.

Chiffre de contrôle

Un chiffre de contrôle 校验码 est un chiffre supplémentaire placé à la fin d'un nombre, calculé à partir des autres chiffres. Il sert à détecter les erreurs lors de la saisie manuelle d'un nombre.

Lorsque le nombre est saisi, le chiffre de contrôle est recalculé et comparé. Il peut détecter :

• non chiffre incorrect saisi,
• une erreur de transposition 换位错误 (deux chiffres échangés, ex. 21 tapé comme 12),
• un chiffre oublié ou un chiffre supplémentaire ajouté,
• une erreur phonétique (un chiffre sonnant similaire, ex. 13 et 30).

Les chiffres de contrôle sont utilisés dans les codes-barres 条形码 et les ISBN (numéros de livre).

Pourquoi nous avons besoin de cryptographie

La cryptographie 加密 brouille les données afin qu'elles ne puissent pas être comprises si elles sont interceptées 拦截 (capturées) par la mauvaise personne. Les données lisibles sont appelées texte en clair 明文 ; après cryptographie, elles deviennent texte chiffré 密文.

La cryptographie ne stoppe pas les données d'être interceptées. Elle empêche seulement leur compréhension.

Chiffrement symétrique

La cryptographie symétrique 对称加密 utilise une seule clé 密钥 pour chiffrer et déchiffrer les données. L'expéditeur et le destinataire doivent partager cette même clé secrète. Le risque est que la clé elle-même puisse être volée pendant le partage.

Cryptographie asymétrique

La cryptographie asymétrique 非对称加密 utilise deux clés différentes :

• une clé publique 公钥 que tout le monde peut avoir, utilisée pour chiffrer;
• une clé privée 私钥 gardée secrète, utilisée pour déchiffrer.

Les données chiffrées avec la clé publique ne peuvent être déchiffrées qu'avec la clé privée correspondante, donc la clé n'a jamais besoin d'être partagée. C'est plus sûr que de partager une seule clé secrète.

• Les données sont envoyées sous forme de paquets (un en-tête avec les adresses et le numéro de paquet, une charge utile et une fin de trame). Les paquets peuvent emprunter des chemins différents et arriver hors ordre, puis être remis en ordre selon leurs numéros de paquet.
• Associez les types de transmission : série (un bit à la fois, efficace sur de longues distances) vs parallèle (plusieurs bits simultanément, courtes distances) ; simplex / demi-duplex / full-duplex décrivent la direction.
• Un bit de parité unique indique seulement qu'une erreur s'est produite ; un bloc de parité localise le bit erroné exact — la ligne et la colonne qui échouent toutes deux.
• Apprenez les méthodes de détection d'erreurs et ce que chacune fait : contrôle de parité, somme de contrôle, contrôle par écho, ARQ et le chiffre de contrôle (pour les nombres saisis manuellement).
• Symétrique utilise une clé partagée ; asymétrique utilise une clé publique pour chiffrer et une clé privée pour déchiffrer, donc aucune clé secrète n'est jamais partagée.

L'unité centrale de traitement 中央处理器 (CPU) est la partie de l'ordinateur qui traite les données et exécute des instructions 指令. Il exécute des programmes en répétant un cycle, des millions de fois par seconde.

Composants du CPU

Les composants sont reliés par des bus 总线 — des ensembles de fils qui transportent l'information :

• le bus d'adresse 地址总线 transporte les adresses mémoire (un seul sens);
• le bus de données 数据总线 transporte les données et les instructions (les deux sens);
• le bus de contrôle 控制总线 transporte les signaux de contrôle.

Registres spéciaux

Ces registres sont utilisés pendant le cycle fetch–execute (prélèvement-exécution).

Le cycle fetch–execute

Le cycle fetch–execute 取指执行周期 comprend trois étapes, répétées sans cesse :

1. Fetch (prélèvement) — l'instruction est copiée depuis la mémoire 内存 vers le CPU (en utilisant le PC, le MAR et le MDR). Le PC augmente ensuite de 1.
2. Decode (décodeage) — l'unité de contrôle détermine la signification de l'instruction.
3. Execute (exécution) — l'instruction est exécutée (l'ALU peut effectuer un calcul, avec le résultat allant vers l'accumulateur).

Mémoire cache

La cache 高速缓存 est une petite quantité de mémoire très rapide située à l'intérieur ou à proximité du CPU. Elle stocke les données et les instructions fréquemment utilisées par le CPU. Le CPU peut lire dans la cache beaucoup plus vite que dans la mémoire principale, ce qui accélère le fonctionnement de l'ordinateur.

Facteurs influençant la performance du CPU

Exemple résolu. Deux ordinateurs sont identiques, sauf que A possède un processeur mono-cœur de 3.0 GHz avec 2 Mo de cache, et B possède un processeur quadricœur de 2.4 GHz avec 8 Mo de cache. Lequel est le meilleur pour le montage vidéo, et pourquoi ? Le montage vidéo se divise en de nombreuses tâches qui peuvent s'exécuter simultanément ; ainsi, les quatre cœurs de B peuvent traiter plusieurs flux en parallèle, tandis que A ne peut en traiter qu'un à la fois. Le cache plus volumineux de B conserve également les données fréquemment utilisées près du CPU, ce qui réduit la fréquence des accès à la RAM. B est le meilleur choix, même si A dispose d'une fréquence d'horloge plus élevée. Ne vous fiez jamais uniquement à la fréquence d'horloge : pesez ensemble les cœurs, le cache et la fréquence d'horloge, et liez chacun d'eux à la tâche accomplie.

Systèmes embarqués

Un système embarqué 嵌入式系统 est un petit ordinateur intégré dans un appareil plus grand pour effectuer une tâche fixe unique. Il est dédié à cette tâche, est généralement compact et peu coûteux, et ne dispose pas de système d'exploitation généraliste. Exemples : une machine à laver, un micro-ondes, un décodeur TV.

Un périphérique d'entrée envoie des données dans l'ordinateur.

Un écran tactile peut fonctionner de trois manières :

• résistif 电阻式 — deux couches sont pressées ensemble là où vous touchez;
• capacitif 电容式 — il détecte la faible charge électrique de votre doigt;
• infrarouge 红外线 — votre doigt brise une grille de faisceaux lumineux.

Un périphérique de sortie envoie des données hors de l'ordinateur vers l'utilisateur.

Le stockage primaire 主存储器 est la mémoire que le CPU peut utiliser directement. Il existe deux types.

Les deux sont nécessaires : la ROM indique à l'ordinateur comment démarrer, puis la RAM contient les programmes que vous lancez.

Le stockage secondaire 辅助存储器 conserve les données de manière permanente, même lorsque l'alimentation est coupée. Il est non-volatile et sert au stockage à long terme. Il existe trois types.

Lorsque la RAM est pleine, l'ordinateur peut utiliser une partie du stockage secondaire comme RAM supplémentaire factice. C'est ce qu'on appelle la mémoire virtuelle 虚拟内存.

Les données qui ne sont pas nécessaires immédiatement sont déplacées hors de la RAM vers le disque, ce qui libère de l'espace dans la RAM pour d'autres programmes. Cela permet d'exécuter plus de programmes que la RAM seule ne pourrait contenir. C'est plus lent, car le stockage secondaire est beaucoup plus lent que la RAM.

Le stockage cloud 云存储 conserve vos données sur des serveurs physiques distants, accessibles via Internet, au lieu de les conserver sur votre propre appareil.

• Avantages : y accéder depuis n'importe où et sur n'importe quel appareil ; aucun matériel de stockage local à acheter ou entretenir ; partage facile de fichiers et sauvegarde automatique aisée.
• Inconvénients : nécessite une connexion Internet fonctionnelle ; coût d'abonnement continu ; sécurité et confidentialité dépendent du fournisseur ; vous dépendez de la disponibilité et de la pérennité de ce fournisseur.

Carte réseau (NIC)

Une carte réseau 网络接口卡 (NIC) est le matériel qui permet à un appareil de se connecter à un réseau et d'envoyer et recevoir des données. Chaque NIC possède une adresse MAC intégrée.

Adresse MAC et adresse IP

• Une adresse MAC (media access control 介质访问控制 address) est un numéro qui identifie un appareil physique unique. Elle est définie par le fabricant et ne change normalement pas. Elle est écrite en hexadécimal.
• Une adresse IP (internet protocol 网际协议 address) est un numéro qui identifie un appareil sur un réseau. Elle est attribuée par le réseau et peut changer.

Ainsi, une adresse MAC reste attachée à l'appareil, tandis qu'une adresse IP dépend du réseau utilisé par l'appareil.

Il existe deux versions des adresses IP. IPv4 est sur 32 bits, écrit sous la forme de quatre nombres décimaux 0–255 (par exemple 192.168.0.1) ; la nouvelle version IPv6 est sur 128 bits, écrite sous la forme de huit groupes d'hexadécimaux séparés par des deux-points, offrant énormément d'adresses. Une adresse est également soit statique 静态 (fixe, définie manuellement et ne change jamais) soit dynamique 动态 (attribuée par le routeau/réseau à chaque fois que l'appareil se connecte, donc elle peut changer).

Routeur

Un routeur 路由器 connecte différents réseaux entre eux — par exemple, votre réseau domestique à Internet. Il lit l'adresse IP dans chaque paquet et le transmet vers le bon réseau.

• Apprenez le cycle fetch–decode–execute et les registres spéciaux : le program counter contient l'adresse de l'instruction suivante, le MAR/MDR transportent l'adresse/données, et le accumulator contient le résultat de l'ALU.
• La performance du CPU s'améliore avec davantage de cores, une cache plus grande et une clock speed plus élevée.
• La RAM est volatile (elle perd ses données sans alimentation) et contient les programmes en cours d'utilisation ; la ROM est non-volatile et en lecture seule (les instructions de démarrage).
• Associez les types de stockage secondaire : magnétique (HDD, bande), optique (CD/DVD, lu par un laser), à état solide (SSD, USB, flash — sans pièces mobiles).
• Une adresse MAC identifie l'appareil physique et ne change normalement pas ; une adresse IP est attribuée par le réseau et peut changer.

Un système informatique est composé de deux parties qui travaillent ensemble.

• Le matériel 硬件 est les parties physiques 物理 de l'ordinateur — les composants que vous pouvez toucher. Exemples : le CPU, la mémoire, le clavier, l'écran et le disque dur.
• Le logiciel 软件 est les programmes 程序 qui contrôlent l'ordinateur et disent au matériel quoi faire.

Le matériel ne peut rien faire d'utilisable tout seul. Le logiciel a besoin de matériel pour s'exécuter. Les deux sont nécessaires.

Le logiciel est divisé en deux types.

System software

Le system software 系统软件 contrôle l'ordinateur lui-même et fournit une base pour que d'autres programmes puissent s'y exécuter. Exemples :

• operating system 操作系统 (voir ci-dessous) ;
• compiler 编译器 et linker 链接器 (outils qui transforment les programmes en une forme exécutable par l'ordinateur) ;
• device driver 设备驱动程序 — logiciel qui permet au système d'exploitation de contrôler un composant matériel ;
• utility software 实用程序 — petits outils qui entretiennent l'ordinateur (par exemple anti-virus, sauvegarde, nettoyage de disque).

Sous le système d'exploitation se trouve le firmware 固件 – logiciel stocké définitivement sur ROM ou flash qui s'exécute dès que l'ordinateur est allumé. Le BIOS et le bootloader 引导程序 sont du firmware : ils testent le matériel puis chargent le système d'exploitation. Ainsi, les couches s'empilent hardware → firmware → operating system → application software, chacune s'exécutant sur la couche inférieure.

Logiciel d'application

Le application software 应用软件 permet à l'utilisateur d'accomplir une tâche utile. Exemples :

• word processing 文字处理 software (rédaction de documents) ;
• spreadsheet 电子表格 software (travail avec des nombres dans une grille) ;
• database management system 数据库管理系统 (stockage et recherche de données) ;
• web browser 网页浏览器 (affichage de pages web).

Un système d'exploitation (OS) est le principal système logiciel. Il contrôle tout l'ordinateur et permet au matériel, au logiciel applicatif et à l'utilisateur de travailler ensemble. Sans OS, l'ordinateur est très difficile à utiliser.

L'OS remplit de nombreux rôles :

• gérer les fichiers — sauvegarder, ouvrir, nommer, déplacer et supprimer des fichiers ;
• gérer les interruptions (voir ci-dessous) ;
• fournir une interface utilisateur 用户界面 afin que l'utilisateur puisse contrôler l'ordinateur ;
• gérer la mémoire — décider ce qui est conservé dans la RAM et où ;
• gérer les périphériques 外围设备和 leurs pilotes — contrôler des appareils comme les imprimantes ;
• gérer le multitasking 多任务处理 — permettre à plusieurs programmes de s'exécuter simultanément ;
• fournir une plateforme 平台 pour exécuter le logiciel applicatif ;
• gérer la sécurité — comptes utilisateurs, mots de passe et droits d'accès.

Une interruption 中断 est un signal envoyé au processeur 处理器 pour lui indiquer qu'il doit prêter attention à quelque chose maintenant.

Une interruption peut provenir de trois sources :

• matériel — par exemple une touche est pressée, ou une imprimante manque de papier ;
• logiciel — par exemple un programme essaie de diviser par zéro ;
• l'utilisateur — par exemple l'utilisateur appuie sur une touche "annuler".

Lorsqu'une interruption arrive, le processeur stoppe ce qu'il est en train de faire, sauvegarde son emplacement, et traite (gère) l'interruption. Une fois celle-ci traitée, il retourne à ce qu'il faisait auparavant. Cela permet à l'ordinateur de réagir rapidement aux événements importants.

Tous les ordinateurs traitent les données en utilisant le central processing unit 中央处理器 (CPU). Pour faire travailler le CPU, les gens écrivent des programs dans un programming language 编程语言. Il existe deux sortes.

High-level languages

Un langage de haut niveau 高级语言 est écrit avec des mots qui ressemblent un peu à l'anglais (par exemple Python). Il permet :

• d'être facile à lire, écrire et corriger par les humains;
• d'être indépendant de l'ordinateur — le même programme peut s'exécuter sur différents types d'ordinateurs.

Langages de bas niveau

Un langage de bas niveau 低级语言 est proche de ce que le matériel utilise réellement. Il comprend :

• le code machine 机器码 — instructions écrites en binaire (0 et 1), exécutées directement par le CPU;
• le langage assembleur 汇编语言 — code machine écrit avec des codes mots courts (mnémoniques) au lieu du binaire.

Un langage de bas niveau est lié à un type de CPU spécifique 特定的, donc un programme écrit pour un CPU donné peut ne pas s'exécuter sur un autre. Il est utilisé lorsque le programmeur a besoin d'un contrôle total du matériel ou d'un code très rapide et compact.

Le CPU ne peut exécuter que du code machine. Un programme en langage de haut niveau doit d'abord être converti en code machine. Le logiciel qui effectue cette conversion est un traducteur 翻译程序. Il existe trois types : un compilateur et un interpréteur (pour le code de haut niveau), et un assembleur (pour le code de bas niveau).

Compilateur

Un compilateur traduit le programme entier en code machine avant son exécution. Une fois traduits, les codes machines peuvent être exécutés plusieurs fois sans avoir besoin de recompiler.

• la traduction a lieu une seule fois, en intégralité;
• il signale toutes les erreurs regroupées, à la fin de la traduction;
• le programme final s'exécute rapidement et ne nécessite pas la présence du compilateur pour tourner.

Interprète

Un interpréteur 解释器 traduit et exécute le programme ligne par ligne.

• il s'arrête à la première erreur rencontrée, ce qui facilite le débogage;
• le programme s'exécute plus lentement, car il est traduit à chaque lancement;
• l'interpréteur doit être présent à chaque exécution du programme.

Utilisez un compilateur lorsque vous souhaitez distribuer un programme final rapide. Utilisez un interpréteur lors de l'écriture et du test d'un programme pour repérer facilement les erreurs.

Assembleur

Un assembleur 汇编器 traduit un programme en langage assembleur de bas niveau (écrit avec des mnémoniques comme LDA, ADD) en code machine. Chaque mnémotechnique devient une instruction machine — une traduction directe un-à-un, contrairement à un compilateur ou un interpréteur qui traitent du code de haut niveau.

Exemple résolu. Une équipe écrit un programme. Durant le développement, elle souhaite identifier et corriger rapidement les erreurs ; lors du déploiement, elle veut que les clients l'exécutent vite sans voir le code source. Quel traducteur convient à chaque étape ? Pour le développement, utilisez un interpréteur : il traduit et exécute ligne par ligne et s'arrête à la première erreur, facilitant ainsi la localisation des fautes. Pour le déploiement, utilisez un compilateur : il traduit le programme entier une fois en code machine, qui s'exécute ensuite rapidement sans traducteur présent, et le client reçoit uniquement le fichier exécutable et non le code source. Les deux ne sont pas rivaux — nommez la phase et donnez la raison, car dire simplement « un compilateur est plus rapide » ne rapporte aucun point.

Un environnement de développement intégré 集成开发环境 (IDE) est un logiciel qui aide à écrire des programmes. Il regroupe divers outils utiles dans une même interface :

• non éditeur de code 代码编辑器 — pour taper votre programme;
• non environnement d'exécution 运行时环境 — pour lancer le programme et le tester;
• non traducteur — un compilateur ou un interpréteur pour convertir votre code en code machine;
• le diagnostic d'erreurs 错误诊断 — messages aidant à trouver et comprendre les fautes;
• l'auto-complétion 自动补全 et l'auto-correction 自动纠错 — l'IDE complète ou corrige le code au fur et à mesure de la frappe;
• le joli affichage 美化打印 — mise en forme propre avec couleurs et retraits pour faciliter la lecture.

• Le matériel (Hardware) désigne les composants physiques ; le logiciel (Software) désigne les programmes. Le logiciel système fait fonctionner l'ordinateur (Système d'exploitation, pilotes, utilitaires) ; le logiciel applicatif effectue une tâche pour l'utilisateur.
• Un compilateur traduit le programme entier d'un coup (le programme final s'exécute vite et toutes les erreurs sont signalées à la fin) ; un interpréteur traduit ligne par ligne (il s'arrête à la première erreur, s'exécute plus lentement et est requis à chaque lancement).
• Les langages de haut niveau sont proches de l'anglais et fonctionnent sur tout ordinateur ; les langages de bas niveau (assembleur, code machine) sont liés à un type de CPU spécifique.
• Une interruption (interrupt) est un signal qui force le CPU à s'arrêter, sauvegarder sa position, traiter l'événement, puis reprendre là où il était arrêté.
• Apprenez les rôles du système d'exploitation : gestion des fichiers, de la mémoire, des périphériques, du multitâche, de la sécurité et de l'interface utilisateur.

Les gens confondent souvent ces deux termes, mais ils ne sont pas identiques.

• L'Internet 互联网 est l'infrastructure 基础设施 — le vaste réseau mondial d'ordinateurs reliés par des câbles, routeurs et connexions.
• Le World Wide Web 万维网 (WWW) est un ensemble de sites web 网站 et pages web consultés via Internet.

Ainsi, Internet est le réseau ; le Web est l'une des choses que vous utilisez sur ce réseau.

Une uniform resource locator 统一资源定位符 (URL) est une adresse textuelle pour une page web. Vous la tapez dans un navigateur web 网页浏览器 pour y accéder, par exemple https://www.example.com/index.html.

Un navigateur web est le programme utilisé pour visualiser des pages web. Ses rôles incluent :

• le rendu 渲染 du hypertext markup language 超文本标记语言 (HTML) — conversion du code de la page en ce que vous voyez;
• l'affichage des pages web à l'écran;
• la gestion de la présentation d'une page web — sa mise en page, ses textes et images.

Lorsque vous tapez une URL et appuyez sur Entrée, plusieurs étapes se produisent :

1. Le navigateur a besoin de l'adresse IP 网际协议地址 du site, mais une URL utilise un nom, pas un numéro.
2. Le navigateur interroge un service de noms de domaine 域名服务 (DNS) — un système stockant l'adresse IP pour chaque adresse web.
3. Le DNS trouve l'adresse IP correspondante et la renvoie au navigateur.
4. Le navigateur utilise l'adresse IP pour contacter le serveur web 网页服务器 stockant la page.
5. Le serveur web envoie le HTML de la page au navigateur.
6. Le navigateur transforme le HTML en page et l'affiche.

Si le DNS ne possède pas l'adresse, il interroge un autre serveur DNS jusqu'à ce qu'elle soit trouvée.

Exemple résolu. Analysez l'URL https://www.example.com/books/index.html. https est le protocole, l'ensemble de règles servant à transférer la page (le s indique que le transfert est chiffré). www.example.com est le nom de domaine, identifiant le serveur web et converti en adresse IP par un serveur DNS. /books/index.html est le chemin et nom de fichier de la ressource stockée sur ce serveur. Nommez chaque partie avec sa fonction : une réponse disant « la première partie » et « la dernière partie » décrit l'URL sans jamais l'expliquer.

Un cookie est un petit fichier texte qu'un site stocke sur votre appareil. Il permet au site de se souvenir de certaines informations vous concernant. Il en existe deux types.

Les cookies servent à :

• sauvegarder des informations personnelles pour éviter de les retaper (comme la connexion ou l'adresse);
• suivre les préférences utilisateurs 用户偏好, comme la langue ou les intérêts, afin que le site puisse suggérer du contenu adapté.

Une monnaie numérique 数字货币 est de l'argent existant uniquement sous forme électronique 电子形式. Il n'y a ni pièces ni billets. Elle est stockée et transférée entre personnes via des ordinateurs, et peut servir à payer des biens en ligne.

Un problème avec l'argent numérique est la confiance : comment empêcher quelqu'un de dépenser la même monnaie deux fois ou de modifier les registres ? La blockchain résout ce problème.

Une blockchain 区块链 est un registre numérique 数字账本 — un registre partagé de chaque transaction 交易. Le registre est copié sur de nombreux ordinateurs, de sorte qu'aucune personne unique ne le contrôle et qu'il est très difficile à modifier.

Les transactions sont conservées dans des blocs reliés en chaîne. Chaque bloc contient :

• les données 数据 de la transaction (qui a payé qui, et combien);
• une horodatage 时间戳 (la date et l'heure);
• une valeur de hachage 哈希值 — un code spécial calculé à partir du contenu du bloc.

Chaque bloc stocke également le hachage du bloc précédent. Si quelqu'un modifie un ancien bloc, son hachage change, il ne correspond donc plus au bloc suivant. Cela brise la chaîne et le changement est immédiatement détecté. C'est ainsi que la blockchain suit les transactions en toute sécurité.

La cybersécurité 网络安全 signifie protéger les ordinateurs, les réseaux et les données contre les attaques. Vous devez connaître ces menaces.

Types de malwares

Le malware est tout logiciel conçu pour nuire à un ordinateur. Les principaux types sont :

Impact des menaces

Ces attaques peuvent voler des données personnelles, supprimer ou modifier des fichiers, empêcher un service de fonctionner, coûter de l'argent et faire perdre aux utilisateurs confiance dans une entreprise. Par exemple, une attaque DDoS peut rendre une boutique en ligne inutilisable, entraînant une perte de ventes.

Vous pouvez protéger les données en utilisant ces méthodes.

• niveaux d'accès 访问权限 — chaque utilisateur ne peut voir ou modifier que les données dont il a besoin, rien de plus.
• anti-malware 反恶意软件 logiciels, y compris anti-virus 杀毒软件 et anti-spyware 反间谍软件 — scanne et supprime les logiciels nuisibles.
• authentification 身份验证 — prouver votre identité avant d'accéder. Les méthodes incluent :
  • biométrie 生物识别 (empreinte digitale ou visage),
  • non mot de passe 密码,
  • authentification à deux étapes 两步验证 (un code envoyé à votre téléphone ainsi qu'un mot de passe).
• automatisation des mises à jour logicielles — les mises à jour corrigent automatiquement les points faibles (bug) du logiciel.
• vérifier l'orthographe et le ton des messages — une mauvaise orthographe ou un ton étrange et urgent peut indiquer qu'un message est fake (hameçonnage).
• vérifier l'URL attachée à un lien — une adresse web incorrecte ou étrange vous met en garde contre un lien dangereux.
• pare-feu 防火墙 — vérifie les données entrantes et sortantes d'un réseau et bloque tout ce qui n'est pas autorisé.
• paramètres de confidentialité 隐私设置 — contrôlent qui peut voir vos informations en ligne.

• serveur proxy 代理服务器 — se place entre l'utilisateur et Internet, masquant l'adresse IP de l'utilisateur et filtrant le contenu dangereux.

• L'Internet est le réseau mondial (l'infrastructure) ; le World Wide Web est les pages que vous consultez dessus — ne pas confondre les deux.
• Apprenez comment une page se charge : le navigateur demande à un DNS l'adresse IP du site, puis demande la page au serveur web, qui retourne le HTML.
• Associez les types de malwares : virus (s'attache à un fichier), ver (se propage tout seul sur un réseau), cheval de Troie (se fait passer pour utile), logiciel espion, ransomware.
• Associez chaque menace à une défense : hameçonnage/pharming → vérifier l'URL ; force brute → mots de passe forts + authentification à deux étapes ; interception → chiffrement ; piratage/DDoS → un pare-feu.
• Un cookie de session est supprimé lorsque vous fermez le navigateur ; un cookie persistant est enregistré pour vous reconnaître entre les visites.

Un système automatisé 自动化系统 est un mélange de logiciels et de matériel qui capte et répond aux données dans son environnement 环境, sans besoin d'intervention humaine 人工干预. En d'autres termes, il fonctionne tout seul.

Exemples de systèmes automatisés :

• un système de chauffage central 中央供暖;
• un processus chimique 化学过程 dans une usine;
• une serre 温室 (pour cultiver des plantes);
• une barrière de parking 停车场道闸.

Capteurs, microprocesseurs et actionneurs

Trois parties travaillent ensemble dans un système automatisé.

Le cycle fonctionne comme ceci :

1. Le capteur envoie des données au microprocesseur.
2. Le microprocesseur compare ces données avec des valeurs stockées 存储值 et prend une décision.
3. Le microprocesseur envoie des signaux aux actionneurs pour prendre des mesures.

Par exemple, dans une serre : un capteur de température lit la chaleur ; le microprocesseur le compare à la valeur souhaitée ; s'il fait trop chaud, le microprocesseur signale à un actionneur d'ouvrir une fenêtre.

Le programme mentionne de nombreux types de capteurs 传感器类型, chacun lisant une grandeur physique – par exemple un accéléromètre 加速度计 (mouvement ou inclinaison), un capteur d'humidité 湿度 (eau dans l'air), et un capteur de proximité 接近 (un objet proche) :

Pour choisir un capteur pour un scénario donné, choisissez celui qui lit la bonne grandeur physique : un aquarium nécessite des capteurs de pH et de température ; une porte automatique nécessite un capteur infra-rouge / proximité.

Avantages et inconvénients

Les systèmes automatisés sont utilisés dans de nombreuses situations, telles que l'industrie, les transports, l'agriculture 农业 (culture), la météo (collecte de données), les jeux vidéo et l'éclairage.

Exemple résolu. Décrivez comment une serre automatique maintient la température à 25 °C. Un capteur de température mesure en continu la température et envoie sa lecture, convertie en numérique par un CNA, au microprocesseur. Le microprocesseur compare cette lecture avec la valeur stockée de 25 °C. Si la température est supérieure, le microprocesseur signale à un actionneur d'ouvrir une fenêtre ou d'allumer un ventilateur ; si elle est inférieure, il allume un chauffage. L'ensemble de la boucle se répète continuellement. Deux points sont presque toujours attribués aux mots-clés « compare avec une valeur stockée (préréglée) » et « le processus se répète » — une description qui s'arrête à « le capteur dit à l'ordinateur » les fait manquer.

Robotique 机器人技术 is the branch of technology that deals with the design, building and operation of robots 机器人.

Un robot possède ces caractéristiques :

• une structure physique 物理结构 (un corps mécanique 机械的, tel que des bras) ;
• des composants électriques 电子元件 (moteurs, capteurs et câblage) ;
• des instructions programmables 可编程指令 — il suit un programme qui peut être modifié.

Ce que font les robots

Les robots peuvent remplir de nombreux rôles, par exemple :

• équipement d'usine 工厂设备 — construire des voitures, souder, déplacer des pièces lourdes ;
• appareils ménagers 家用电器 — comme un aspirateur robot vacuum cleaner 吸尘器.

Une limite essentielle du robot est qu'il ne peut pas penser seul. Il ne peut pas prendre ses propres décisions lorsqu'un événement inattendu survient.

Intelligence artificielle 人工智能 (IA) is the simulation 模拟 of human intelligence by computer systems. Cela signifie qu'un ordinateur effectue des tâches nécessitant normalement la pensée humaine.

Caractéristiques de l'IA

Les systèmes d'IA possèdent généralement ces fonctionnalités :

• ils collectent des données et les règles 规则 pour utiliser ces données ;
• ils ont la capacité de raisonner 推理 (résoudre des problèmes en utilisant les règles) ;
• ils ont la capacité de tirer des conclusions 得出结论, qui peuvent être approximatives 近似的 (une meilleure estimation) ou définies 确定的 (certaines) ;
• ils ont la capacité d'apprendre 学习 à partir de données ;
• ils ont la capacité de s'adapter 适应 — de modifier leur comportement selon les nouvelles données reçues.

Exemples d'IA

• systèmes experts 专家系统 — logiciels qui donnent des conseils comme un expert humain (par exemple, aider un médecin à poser un diagnostic) ;
• traitement du langage naturel 自然语言处理 — compréhension de la parole ou du texte humain ;
• voitures autonomes 自动驾驶汽车.

À l'intérieur d'un système expert

Un système expert 专家系统 stocke l'expertise humaine et raisonne à partir de celle-ci. Il comprend quatre parties :

• une base de connaissances 知识库 – les faits stockés sur le sujet ;
• une base de règles 规则库 – les règles « si… alors… » qu'appliquerait un expert humain ;
• non moteur d'inférence 推理引擎 – applique les règles aux faits pour aboutir à une conclusion ;
• une interface utilisateur 用户界面 – pose des questions à l'utilisateur et affiche le résultat.

L'interface collecte les faits auprès de l'utilisateur ; le moteur d'inférence applique la base de règles à la base de connaissances ; et le système produit un diagnostic ou une probabilité — utilisé pour aider un médecin à diagnostiquer une maladie ou pour détecter une panne automobile.

Apprentissage automatique

Apprentissage automatique 机器学习 is a program that improves its own performance through experience, sans être explicitement reprogrammé. Il trouve des modèles dans les données et s'adapte : un moteur de recherche devient meilleur pour classer les résultats, un assistant vocal reconnaît plus précisément les commandes vocales, et un aspirateur robot apprend progressivement l'aménagement d'une pièce.

IA étendue, générale et forte

• Apprendre la boucle de contrôle : un capteur mesure une grandeur → le microprocesseur la compare à une valeur stockée → un actionneur exécute une action ; ensuite la boucle se répète.
• Ne pas confondre les composants : un capteur envoie des données vers l'intérieur ; un actionneur provoque un mouvement vers l'extérieur.
• Un robot suit des instructions programmables et ne peut pas prendre ses propres décisions lorsqu'un événement inattendu survient.
• IA simule la pensée humaine : elle collecte des données et des règles, raisonne, tire des conclusions, et peut apprendre et s'adapter.
• Connaître les niveaux d'IA : étendues (une seule tâche ; toute l'IA actuelle), générale (n'importe quelle tâche humaine), forte (consciente d'elle-même ; n'existe pas encore).

Le cycle de développement logiciel 程序开发生命周期 is the set of stages used to make a program. There are four stages.

Analyse

En analyse, vous comprenez le problème. Deux compétences clés aident :

• abstraction 抽象 — conserver uniquement les détails importants et ignorer le reste ;
• décomposition 分解 — diviser un grand problème en petites parties plus faciles à gérer.

Conception

En conception, vous planifiez la solution, souvent en utilisant la décomposition. Vous pouvez représenter les parties sous forme de sous-systèmes 子系统 dans un diagramme structurel 结构图 (un diagramme qui divise un système en petites boîtes).

Codage et test

En codage, vous écrivez le code du programme. Vous utilisez un test itératif 迭代测试 — testez de petites parties encore et encore au fur et à mesure de leur construction. En test, vous exécutez l'ensemble du programme avec des données de test 测试数据 pour vérifier qu'il fonctionne correctement.

Vous pouvez planifier une solution de trois manières principales.

• non diagramme structurel — montre les parties d'un système et comment elles s'emboîtent ;
• non organigramme 流程图 — un diagramme utilisant des boîtes et des flèches pour montrer les étapes dans l'ordre ;
• pseudo-code 伪代码 — étapes écrites en anglais simple, semblable à du code (pas un vrai langage).

Un algorithme 算法 is a set of steps, in the right order, that solves a problem. Every algorithm can be split into three parts :

• entrée 输入 — les données qui entrent ;
• traitement 处理 — le travail effectué sur les données ;
• sortie 输出 — le résultat qui sort.

Cela s'appelle la décomposition en entrées, traitements et sorties. Par exemple, pour « trouver la moyenne de trois notes » : les entrées sont les trois notes ; le traitement consiste à les additionner et à diviser par 3 ; la sortie est la moyenne.

Lorsqu'une donnée est saisie, vous la vérifiez pour réduire les erreurs.

La validation vérifie que les données sont sensées et respectent les règles. Elle ne peut pas vérifier que les données sont vraies, seulement qu'elles sont autorisées.

Verification 核实 vérifie que les données ont été copiées ou saisies correctement (aucune erreur de frappe). Deux méthodes :

• visual check 目视检查 — une personne compare les données saisies avec l'original ;
• double entry 双重输入 — les données sont saisies deux fois et les deux copies sont comparées.

Une trace table 追踪表 enregistre la valeur de chaque variable à mesure qu'un algorithme s'exécute, étape par étape. Elle vous aide à :

• vérifier qu'un algorithme fonctionne correctement ;
• déterminer ce que fait un algorithme en le suivant avec des données données.

Exemple : tracez cet algorithme avec l'entrée 5.

INPUT N
Total ← 0
FOR I ← 1 TO N
    Total ← Total + I
NEXT I
OUTPUT Total

Le tableau de traçage montre que l'algorithme additionne 1 à n. Avec l'entrée 5, la sortie est 15.

Worked example. Tracez cet algorithme et donnez la sortie.

X ← 20
Count ← 0
WHILE X > 1
    X ← DIV(X, 2)
    Count ← Count + 1
ENDWHILE
OUTPUT Count

DIV ne donne que la partie entière d'une division. Prenez une ligne par passage : x devient 10 (count 1), puis 5 (count 2), puis 2 (count 3), puis 1 (count 4). Maintenant x > 1 est faux, donc la boucle s'arrête et la sortie est 4. Deux habitudes protègent ces points : testez la condition avant chaque passage plutôt qu'après, et écrivez une nouvelle ligne pour chaque passage — essayer de garder les valeurs en tête est ce qui fait échouer les traces.

Test data est les données que vous utilisez pour tester un programme. Il existe quatre types que vous devez connaître.

Vous devez connaître ces algorithmes courants.

Recherche linéaire

Une recherche linéaire 线性查找 vérifie chaque élément d'une liste, un par un, jusqu'à ce qu'il trouve la valeur souhaitée ou atteigne la fin.

Found ← FALSE
FOR I ← 0 TO 9
    IF List[I] = SearchValue
      THEN
        Found ← TRUE
    ENDIF
NEXT I
OUTPUT Found

Tri à bulles

Un bubble sort 冒泡排序 met une liste en ordre. Il compare chaque paire d'éléments côte à côte et les échange s'ils sont dans le mauvais ordre. Il répète cela jusqu'à ce qu'aucun échange ne soit nécessaire.

FOR I ← 0 TO 8
    IF List[I] > List[I + 1]
      THEN
        Temp ← List[I]
        List[I] ← List[I + 1]
        List[I + 1] ← Temp
    ENDIF
NEXT I

Totaliser et compter

• totalling 求和 — continuer à ajouter des valeurs à un total cumulatif (Total ← Total + Value).
• counting 计数 — ajouter 1 à un compteur à chaque fois qu'un événement se produit (Count ← Count + 1).

Maximum, minimum and average

• pour trouver le maximum 最大值 : conserver la plus grande valeur vue jusqu'à présent.
• pour trouver le minimum 最小值 : conserver la plus petite valeur vue jusqu'à présent.
• pour trouver la moyenne 平均值 : diviser le total par le nombre de valeurs.

Total ← 0
FOR I ← 0 TO 9
    Total ← Total + List[I]
NEXT I
Average ← Total / 10
OUTPUT Average

• Apprenez les quatre étapes du cycle de vie : analyse → conception → codage → test. Abstraction conserve uniquement les détails importants ; décomposition divise un problème en parties plus petites.
• Validation vérifie que les données sont cohérentes (vérifications de plage, longueur, type, présence, format) ; verification vérifie qu'elles ont été correctement copiées (visual check ou double entry).
• Apprenez les quatre types de données de test : normale (accepté), abnormal (rejeté), extreme (la plus grande/la plus petite encore autorisée), boundary (les valeurs de part et d'autre d'une limite).
• Pour comprendre ce qu'un algorithme fait, remplissez une trace table — notez la valeur de chaque variable à chaque étape.
• Connaissez les algorithmes standards : recherche linéaire (vérifier chaque élément tour à tour) et bubble sort (échanger les paires côte à côte jusqu'à ce qu'aucun échange ne soit nécessaire).

Une variable 变量 est un espace nommé qui contient une valeur qui peut changer pendant l'exécution du programme. Un constante 常量 est un espace nommé dont la valeur est fixe et ne change pas.

Vous devez les déclarer 声明 (donner leur nom et leur type) avant utilisation :

DECLARE Score : INTEGER
DECLARE Name : STRING
CONSTANT Pi ← 3.142

Utilisez une constante pour une valeur qui ne change jamais (comme Pi), afin qu'elle soit définie à un seul endroit et facile à lire.

Un data type 数据类型 indique quel type de valeur une variable contient. Vous devez connaître cinq types de base.

Entrée 输入 lit une valeur de l'utilisateur. Sortie 输出 affiche une valeur sur l'écran.

OUTPUT "What is your name?"
INPUT Name
OUTPUT "Hello ", Name

Chaque programme est construit à partir de trois structures de contrôle.

Séquence

Séquence 顺序 signifie que les étapes s'exécutent les unes après les autres, dans l'ordre, de haut en bas.

INPUT Length
INPUT Width
Area ← Length * Width
OUTPUT Area

Sélection

Sélection 选择 choisit quelles étapes exécuter, selon une condition. Utilisez une instruction IF, ou une instruction CASE lorsqu'il y a plusieurs choix.

IF Score >= 50
  THEN
    OUTPUT "Pass"
  ELSE
    OUTPUT "Fail"
ENDIF

CASE OF Grade
    'A' : OUTPUT "Excellent"
    'B' : OUTPUT "Good"
    OTHERWISE OUTPUT "Keep trying"
ENDCASE

Itération

Itération 迭代 (une boucle 循环) répète des étapes. Il existe trois sortes.

Une count-controlled loop 计数循环 répète un nombre fixe de fois :

FOR I ← 1 TO 5
    OUTPUT "Hello"
NEXT I

Une pre-condition loop 前测循环 vérifie la condition avant chaque répétition, elle peut donc s'exécuter zéro fois :

WHILE Answer <> "stop" DO
    INPUT Answer
ENDWHILE

Une post-condition loop 后测循环 vérifie la condition après chaque répétition, elle s'exécute donc toujours au moins une fois :

REPEAT
    INPUT Password
UNTIL Password = "secret"