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Programmede1espécialitéNSI–2019
1 J.L.Richter©CreativeCommonBYNCSA-2020
INTRODUCTION
Prérequis
Durantcecoursvousserezamenéàvoirdifférentslangagesdeprogrammation.Vousnepourrezpastoutdesuiteêtreàl'aiseavectousleslangagesetseulelaconnaissanceduPythonestobligatoirepourleBac.
Avantdecommencercecours,vousdevezavoiracquislesnotionsdebasedepythonenclassedeseconde.Prenezquelquesminutespourvérifierquevousmaîtrisezlesbases:initiationàPython(disponibleenannexe)
Afinde voushabituer à utiliser des outils professionnels et à prendredes bonneshabitudes, nous allons utiliser l'interface de développement (IDE) PyCharm deJetBrains.Téléchargezetinstallezlaversion"éditioncommunitygratuite"surcesite:https://www.jetbrains.com/fr-fr/pycharm/.
Enfin,desconnaissancesdebaseenanglaisvousseronttrèsviteindispensables,cartousleslogicielsetdocumentationsnesontpasdisponiblesenfrançais.
Ilétaitunefois...
L'informatiqueestl'artdutraitementautomatisédel'information(cesontd'ailleurscesdeuxmotsquisontàl'originedumotinfo/r/matique).
Vidéo:histoiredel’informatique(https://youtu.be/16udHcMYRFA)
OrdinateurélectromécaniqueZ1conçuparKonradZuseen1935(photoJ.L.Richter-muséedessciencesdeBerlin)
L’informatique consiste à automatiser le traitement de l’information à l’aide demachines.Pourcelail fauttraduirelesconceptsdepenséeshumainesenunesuited’opérations simples qui pourront être réalisées par cette machine, appelée«ordinateur»quine«pense»pas:c’estlabasedel’algorithmique.Unefoisquel’onaconceptualisélasuited’opérationsàréaliser,ilfautformalisercelles-cidansuncodeinformatique, leprogramme,écritdansun«langage»accessibleà l’êtrehumainet
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plus ou moins proche du langage naturel (Python, C, Pascal, Fortan, Java…). Ceprogrammeseraensuite«compilé»ou«interprété»(selonleslangageschoisis)afind’êtretraduitenunesuited’instructionsquel’ordinateurseracapabled’exécuter.
Avantd’enarriverauxméthodesdeprogrammationsetauxordinateursactuels,denombreux concepts techniquesetmathématiquesontdûêtremis enplace. Si l’onretient généralement les horloges astronomiques du XVIIe siècle ou lamachine àcalculer de Pascal comme premiers calculateurs, ce ne sont pas des machinesinformatiques au sens actuel, car elles ne sont pas programmables et exécutenttoujourslamêmesuited’opérations,généralementàl’aided’engrenagesmécaniques.
Pourlaconceptualisationdesméthodespermettantdecréerdesprogrammes,ilfautremonteràl’antiquitéetàladécouvertedelalogique(enparticulierparMégariquesetAristote), puis à lamise en place de l’algèbre et aux bases des algorithmes parMuhammadIbnMūsāal-KhuwārizmīauVIIIesiècle,celuiquiintroduitégalementles«chiffresarabes»enoccident.C’estlamathématicienneAdaLovelace(1843)quivarendreluihommageennommantlasuitedeprocessuslogiquesd’unprogrammeun«algorithme».
Ada lovelacecollaboreavecCharlesBabbageaumilieuduXIXesiècleà lacréationd’une machine analytique qui est le véritable ancêtre des ordinateurs, avec unemémoire,uneunitédecalcul,desregistresetutilisedescartesperforées,inspirédecellesquiétaientutiliséesdepuislafinduXVIIIesiècledanslesmétiersàtisser:unesérie de trous ou de pleins permettant un codage à base de 0 et de 1. CettearithmétiquebinaireayantétémiseaupointparGottfriedWilhelmLeibnizen1679,lui-mêmeinspiréparlapremièrereprésentationdenombressousformebinaireparl’empereurchinoisFou-Hivers3000av.J.-C.
Avecledéveloppementdel’électricité,cecodageenbinaire,quipeutaussisetraduirepar un circuit électrique ouvert ou fermé, va trouver denombreuses applications,commelemorsedansletélégraphe.En1954,lemathématicienanglaisGeorgeBooledécritlesprocessuslogiquesd’opérationsentrenombresbinaires,quel’onnommeopérationsbooléennes:ET,OU,NON…
Enmêmetempsqueledéveloppementdel’industrialisation,lesmachinesdecalculvont devenir de plus en plus sophistiquées et rapides, mais cela reste des«calculateurs». Il faut attendre les années 1930 pour les sauts décisifs vers les«ordinateurs», avec la conceptualisation des procédures mécaniques qu’unemachine doit réaliser pourmettre enœuvre un algorithme par le mathématicienanglaisAlanTuring:la«machinedeTuring».Ceconceptestréellementàlabasedel’ordinateurlogique.
Dès 1938, l’allemand Konrad Zuse met au point un ordinateur programmable enbinaireàbased’élémentsmécaniques,leZ1,trèsvitesuivipardesmodèlesutilisantdesrelaisélectriquesquiserontdéveloppésunpeupartoutdanslemonde.
En1945,lemathématicienaméricano-hongroisJohnvonNeumannvaformaliserleséléments nécessaires à un ordinateur moderne avec sa mémoire, son unité decontrôleetsonunitéarithmétiqueet logiquequiestencontactavec lesentréesetsorties de la machine, nommée EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
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Computer).Cettemachineestl’aboutissementdesétapesprécédentesdeBabbageàZuse,sansoublierAlanTuring.Cette«architecturedevonNeumann»serautiliséepour le premier ordinateur (au sens actuel) nommé ENIAC (Electronic NumericalIntegratorandComputer).
Danslesannéesquisuivent,lesordinateursvontdevenirdeplusenpluscomplexes,rapidesetseminiaturiseravecl’apparitiondestransistors,àlafindesannées50,trèsvitesuivisdessystèmesintégrés.Àcettemêmepériode,onrelielesordinateursentreeuxenréseau,endéveloppantunesériedeprotocolesquivaaboutiràlanaissanced’Internetdanslesannées1990.
Durant toute la période 1945-1970 vont naître toutes les bases de l’informatiqued’aujourd’hui: les différents langages de programmation universels (qui nedépendent plus d’une machine précise), les premiers logiciels permettantd’automatiser les tâches comptables et bureautiques, les périphériques(imprimantes, claviers, souris…), les stockages de l’information de plus en plusrapidesetdenses….
En1966estcommercialiséelapremièreconsoledejeuàbranchersuruntéléviseur(noir et blanc à l’époque). En 1969 c’est la naissance d’UNIX, l’un des premierssystèmesd’exploitationquidéfinitlesbasesdelagestiondesfichiers,destextes,despériphériques…
En 1971, Intel commercialise le premier microprocesseur qui va permettre depopulariserlesordinateursenlesminiaturisantetenbaissantfortementleurcoût.Lesannées1970vontvoirapparaîtredenombreusesentreprisesquivontredéfinirl’informatique,autantpourlesentreprisesquepourfaireentrerlesordinateursdanslesfoyers:Microsoft,Apple,Atari…(IBMavaitdéjàétéfondéen1929!).Ceseraaussilapériodequiavul’émergencedesmilliardairesdel’informatiqueactuelle:BillGates,SteveWozniak,SteveJobs(décédéen2011),PaulAllen,RolandMoreno(inventeurdelacarteàpuce)…
Danslesannées1980,l’ordinateurdevientdeplusenplusincontournable,avecdessystèmesd’exploitationdeplusenplusfacilesàutiliser(MacintoshetWindowsen1984),lespremiersfilmsutilisantdeseffetsspéciauxcréésparordinateur(TrondeWaltDisneyen1982)etledéveloppementgrandissantdesconsolesdejeuxvidéo.
Ladécenniesuivanteseral’avènementd’Internet(premiersforfaitsd’accèsenFranceen1995). Ledébut duXXIe siècle sera celui de laminiaturisationdeplus enpluspoussée permettant d’intégrer des ordinateurs dans des appareils de poche(smartphones)oumêmedesmontres.CeseraaussiledéveloppementdeservicesparInternet et les progrès de plus en plus rapides des logiciels d’apprentissagesautomatiques(improprementnommés«intelligence»artificielle).
Voustrouverezdenombreuxautresélémentsdel’histoiredel’informatiquesurlesitehttp://histoire.info.online.fr/.
Pourquoiétudierl’informatique?
Commevouslevoyez,l’histoiredel’informatiqueestdéjàtrèsriche,particulièrementdepuislasecondemoitiéduXXesiècle,maisilresteencoredetrèsnombreuxdéfisà
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releveretdemargesdeprogressionpourenfaireunoutilquipuisseparticiperaudéveloppementdesconnaissances,del’industrieoucontribueràaméliorernotreviequotidienne.
C’est un domaine qui évolue très vite et dans lequel les connaissances acquisesdeviennent vite obsolètes si on ne se tient pas au courant des évolutionstechnologiques et logiciels. En cela il est très stimulant, car de nombreuses voiesrestent à explorer: ordinateurs quantiques, bio-informatique, apprentissagesautomatiques…
C’estaussiundomaineoùlemanquedepersonnesforméesetcompétentesvaresterunsoucidurantdenombreusesannéesencore,garantissantainsiauxétudiantsdanscedomainelapossibilitédetrouverfacilementunemploi,surtouts’ilspoursuiventdesétudesdehautniveaueninformatique(master,écolesd’ingénieur).
L’omniprésencedesordinateursdansde trèsnombreuxdomainesoffreàceuxquisavent programmer, des entrées dans des domaines très variés: arts, jeu vidéo,robotique,spatial,industrieautomobile,architecture…
Enfin,celaresteundesraresdomainesoùunepetiteéquipedécidéepeutdévelopperuneidéeetlamettreenœuvreavecpeud’investissementfinancier,pourprogrammeruneapplicationsurInternetoupourappareilmobileet,peut-être,devenir lesTimBerners-Lee (pèred’Internet)ouShigeruMiyamoto (cocréateurdeSuperMarioetZelda)dedemain.
DéroulementdelaspécialitéNSIenpremière
LaspécialitéNumériqueetSciencesInformatiquesestunepréparationàdesétudespluspousséeseninformatique,maisdonneraégalementdesbasessolidesàceuxquis’orienterontversd’autresdomainesoùl’informatiqueresteraunoutilessentiel.
Durant l’année, de nombreux concepts seront abordés, avec trois grands axesdeformation:
• Laprogrammation,depuislaconceptiond’algorithmesjusqu’auprogrammefinal,enpassantparlesphasesdetestsetd’optimisation.
• Lamiseenplaced’unsitewebcompletavecuneinteractivitéclient-serveur,client-navigateuretunecompréhensiondesprotocolesassociés
• Lacompréhensiondufonctionnementinterned’unordinateur,deceluid’unsystème d’exploitation et de la gestion des entrées et sortie, avec desapplicationsàdessystèmesembarquésetdesrobots.
Unepartimportante,environunquart,del’annéeseraconsacréeàlaréalisationd’unprojet informatique, au thème libre, par équipe de deux à quatre élèves. Celanécessiteradelacoordination,delaméthode,delacréativité,del’organisationetdel’initiativepersonnelle.
Vousverrezquelarésolutiond’unproblèmeinformatiquepeutparfoisprendredutempsetquelaréalisationdevotreprojetpourraparfoisnécessiterbeaucoupplusdetravailque lasimplerésolutiond’exercicesque l’ontrouvedansd’autresmatières.Cela devra souvent s’accompagner de recherches de solutions sur Internet pourlesquelleslamaîtrisedel’anglais(simple)estessentielle.Encontrepartie,vousserez
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gratifiéd’avoirréaliséuneapplication,unsiteouunrobotquifonctionneetquevouspourrezêtrefierdemontreràvotreentourageoudementionnerdansvotrefuturCV.
Évaluationfinale
UnepartiedevotrenotedeBacviendradel’évaluationdevotreprojet,ainsiqueducontrôlecontinuencoursdeformation.
SivousdécidezdepoursuivrelaspécialitéNSIenterminale,votreprojetpourrayêtrepoursuivietamélioréetvouspourrezleprésenteraugrandoralduBac.
Parallèlement, vousaurezdesépreuvesécritesdeNSIqui seprésenteront sous laforme d’un QCM dans lequel vous répondrez à des questions théoriques, devrezanalyserdesportionsdecodeinformatiqueourésoudredesproblèmes.
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