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1 Historiques et volution des ordinateurs

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2 Repres historiques Les premiers registres - Abaque: premire tablette calculer en Msopotamie - Boulier: vers 3500 av. J.C en Chine Pas damlioration jusquau 17me sicle. 1614: John Napier (cosse) dcouvre les logarithmes: multiplications et la division transformes en une successions dadditions.

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3 1620: mise en uvre de cette invention au moyen de la rgle calcul. Les machines calculer 1623: machine de Schickard (Allemagne): fonctionnement mcanique bas sur le principe de tiges proportionnelles aux logarithmes des nombres impliqus dans ces oprations.

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4 1643: Pascaline de Pascal (France): fonctionnement mcanique systme de roues ergot. Additions + soustractions et faisait aussi des reports

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5 1673: amlioration de la Pascaline par Leibniz (Allemagne). Effectue les quatre oprations de base + extraction de racines carres. Non construite faute de moyens financiers.

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6 Machines cartes perfores 1801: industrie de textile (France) Jacquard et Falcon

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7 1887: Hollerith (USA) machine lire des cartes (CENSUS MACHINE).

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8 Ordinateur primitif 1830: Charles Babbage machine diffrences- utilise les principes de report de la Pascaline combins avec les cartes perfores de Jacquard

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9 1834: Charles Babbage- machine analytique- systme de numration dcimal; accepte des nombres de 50 chiffres; en rsultat, un nombre de 100 chiffres (imprim; cartes perfores; courbe)- projet non finalis. Cette machine runissait dj des fonctions automatiques essentielles: mmoire- dispositifs de calcul- fonction de commande et dentre- sortie

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10 La machine analytique de C. Babbage

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11 1930: L'Enigma et les Bombes Compose d'un clavier, de 26 lampes pour reprsenter l'alphabet et gnralement de 3 rotors, l'nigma tait destine l'origine crypter des documents d'affaires. 1939 ABC par J. ATANASHOFF et Clifford BERRY. Ce calculateur, a t le premier utiliser le systme binaire et tait capable de rsoudre des quations 29 variables.

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12 1943 Harvard MARK 1 par H. AIKEN. Cette machine, construite en collaboration avec IBM, utilise un principe inspir par les travaux de C. BABBAGE. Compose de 765 299 lments, elle pesait 5 tonnes et avait besoin de plusieurs tonnes de glace par jour pour la refroidir. Ses performances et sa fiabilit taient remarquables mais elle ne pouvait effectuer aucun saut conditionnel.

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13 1946 ENIAC, par J. ECKERT et J. MAUCHLY (Electronic Numerical Integrator and Computer) Command par l'arme par l'arme des tats- Unis en 1943 pour effectuer les calculs de balistique, il remplaait 200 personnes charges auparavant de calculer les tables de tir.

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14 ENIAC pesait 30 tonnes

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15 Dispos en une sorte de U de 6 mtres de largeur par 12 mtres de longueur

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16 1948: Manchester Mark 1 (ou Ferranti Mark I) ce prototype est le premier disposer d'une unit de commande interne et suivre un programme enregistr. C'est sur cette machine de 1300 tubes qu'est utilise pour la premire fois la mmoire tubes Williams.

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17 1949: EDSAC, par Maurice WILKES (Electronic Delay Storage Automatic Computer) Cet ordinateur numrique et lectronique est bas sur l'architecture de J. Von NEUMANN. Compos de 3000 tubes et consommant 30KW, il utilise une mmoire de type "lignes de retard mercure". Il s'agit d'une machine parfaitement oprationnelle qui a t construite dans un laboratoire de l'Universit de Cambridge en Angleterre.

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18 1959: IBM 1401: Utilisant des transistors et des mmoire tores de ferrite, fourni avec un gnrateur d'applications (RPG) destin en faciliter l'utilisation, cet ordinateur a marqu une tape dans l're de la comptabilit. L'imprimante (1403) associe tait d'une rapidit exceptionnelle (600 lignes par minutes !). IBM avait tabl sur un millier de ventes... plus de 12 000 exemplaires seront vendus

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19 1964: IBM System/360: Alors que tous ses ordinateurs utilisaient des architectures et logiciels incompatibles entre eux, IBM dcida d'investir plusieurs millions de dollars et de dvelopper une gamme entirement nouvelle : 6 ordinateurs et 44 priphriques, ayant des capacits diffrentes mais tous compatibles entre eux. La technologie utilise, loin d'tre innovante, tait transistors et mmoire tores.

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20 1965: Premier mini-ordinateur diffus massivement: PDP-8 de DEC 1973: Micral-N de R2E C'est le premier micro-ordinateur du monde, il a t invent par A. TRUONG, fondateur de R2E, une petite socit Franaise

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21 1973: l'Alto (renomm Xerox Star en 1981) de XEROX Ce prototype, pens pour devenir le bureau du futur, est un condens des ides proposes par les chercheurs runis par XEROX au Palo-Alto Research Center (PARC). Il est le premier introduire l'ide de fentres et d'icnes que l'on peut grer grce une souris. Principalement, en raison de son cot, cet ordinateur ne connatra qu'un succs d'estime

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22 1975: Altair 8800 de ED. ROBERTS (MITS) Il est considr par les Amricains comme le premier micro-ordinateur du monde, bien que ce soit le Micral-N. Cependant, c'est pour l'Altair que sera le premier BASIC Microsoft. 1976: CRAY I: Cr par Saymour CRAY, c'est le premier ordinateur architecture vectorielle (parallle).

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23 1978: DEC VAX 11/780 (Virtual Address eXtension) Premier modle de "supermini", cet ordinateur 32 bits pouvait excuter des programmes crits pour le PDP-11. Il avait aussi suffisamment de ressources pour supporter des applications qui taient jusqu'ici rserves aux gros ordinateurs. Il reste aussi clbre pour son systme d'exploitation VMS

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24 1981: IBM-PC (Personnal Computer) Cet ordinateur, qui n'apporte aucune ide rvolutionnaire est la raction du n1 mondial face la micro-informatique : Il tait fait d'une accumulation de composants standards et de logiciels sous-traits (principalement auprs de Microsoft) dans le but de minimiser le temps ncessaire pour sa mise au point.

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25 1984: Amiga Utilisant un microprocesseur Motorola 680x0, ce micro-ordinateur reste parmi les leaders pour ce qui est du graphisme et de la musique. 1984: Macintosh d'APPLE Bas sur le projet LISA, c'est l'ordinateur convivial par excellence: Son utilisation est trs simple grce la souris et la qualit de ses graphismes. Il devient au fil des annes et des version, l'autre grand standard (avec le PC d'IBM) du monde de la micro-informatique.

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26 1985: Cray II : Miniaturis, il est 10 fois plus puissant que son prdcesseur, le Cray I. 1986: The Connection Machine Premier ordinateur "massivement parallle" compos de 16 000 processeurs. 1994: Paragon d'Intel Cotant 20 Millions de dollars, occupant un volume de 48m3, il est compos de 2000 processeurs et de 64 Giga-octets de mmoire. Il peut effectuer

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27 150 milliards d'oprations en virgule flottante par seconde 1994: PowerMac d'APPLE Bas sur le microprocesseur POWER-PC ralis par Motorola en collaboration avec IBM, il tait prsent comme le successeur commun du PC et du MAC. Cependant, malgr de trs bonnes performances, il tarde s'imposer.

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28 Ordinateur et changements technologiques Premire gnration: Tubes lectroniques (lampes vide) Deuxime gnration: transistors Troisime gnration: circuits intgrs Quatrime gnration: microprocesseurs. Cinquime gnration: intelligence artificielle.

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29 Premire gnration 1949-1957 Ordinateur cartes perfores et bandes magntiques Programmation physique en langage machine Appareils immenses, lourds, nergie leve Utilisation de tubes vide et mmoires tambour magntique Prix lev / capacit et performance.

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30 Deuxime gnration 1958 - 1964 Utilisation de transistors et des mmoires ferrite. Utilisation de mmoires de masse pour le stockage priphriques. Temps daccs moyen (de lordre de la micro-seconde). Fonctionnement squentiel des systmes de programation (langages volues).

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31 Troisime gnration 1965-1971 Miniaturisation des composants (circuits intgrs) Apparition des systmes dexploitation Concepts de temps partags Machines polyvalentes et de capacit varie Appareils modulaires et extensibles Multitraitement (+ieurs programmes la fois) Tltraitement (accs par tlphone)

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32 Quatrime gnration 1971-1982 Miniaturisation extrmes des composants Apparition des micro-proceseurs Diversification des champs dapplication Apparition de la micro-informatique

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33 Cinquime gnration Miniaturisation des composants pousse lextrme Vitesse proche de celle de la lumire. Nouvelle architecture physique Vitesse de traitement augmente jusquau gigalips (Logical Inference: de 100 1000 instructions)

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34 Processeurs en parallle Ajout du traitement de laspect smantique

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35 Structure des ordinateurs John Von Neumann est l'origine (1946) d'un modle de machine universelle (non spcialise) qui caractrise les machines possdant les lments suivants : une mmoire contenant programme (instructions) et donnes, une unit arithmtique et logique (UAL ou ALU en anglais), une unit de commande (UC).

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36 une unit permettant l'change d'information avec les priphriques : l'unit d'entre/sortie (E/S ou I/O), ( clavier, lecteur de cartes perfores, ruban,... cran, imprimante, cartes perfores,....)

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37 Schma dun ordinateur UAL = unit arithmtique et logique

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38 Caractristiques dun ordinateur Machine contrle par programme Programme enregistr en mmoire Instruction du programme code sous forme binaire Le programme peut modifier ses instructions Excution des instructions en squence Existence dinstructions de rupture de squence.

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39 Unit de Commande 1. extrait une instruction de la mmoire, 2. analyse l'instruction, 3. recherche dans la mmoire les donnes concernes par l'instruction, 4. dclenche l'opration adquate sur lUAL ou sur lunit d'E/S 5. range au besoin le rsultat dans la mmoire.

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40 Unit arithmtique et logique Excute des oprations artihmtiques (comme laddition, la soustraction), des dcalages de bits, des comapraisons, des oprations logiques (boolennes) telles que ET, OU,...,

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41 Mmoires Dispositif capable de stocker des informations (instructions et donnes) en 0 et 1 de telle sorte que lorgane qui les utilise puisse, nimporte quel instant, accder linformations quil demande. Les informations peuvent tre crites ou lues.

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42 criture quand on enregistres des informations en mmoire. Lecture quand on sort des informations prcdemment lues en mmoire. Temps daccs: temps qui scoule entre linstant o une opration de lecture en mmoire a t lance et linstant o cette information est disponible.

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43 Une mmoire est forme d'un certain nombre de cellules, ou cases, contenant chacune une information. Chaque case est constitue dun ensemble de bits (BInary digiT) Un bit est la plus petite unit de stockage en informatique. Un bit peut coder deux tats (l'tat vrai ou l'tat faux). Huit bits constituent un octet (soit 256 tats possibles 28).

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44 Symbole Prfixe Dcimal Binaire 1 k (kilo) 10^3 2^10 = 1024 1 M (mga) 10^6 2^20 = 1048576 1 G (giga) 10^9 2^30 = 1073741824 1 T (tera) 10^12 2^40 = 1099511627776

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45 Quelques mots sur la mmoire Carte perfore 80 colonnes d'IBM Ce systme qui deviendra un standard est la gnralisation de la carte perfore qui est l'origine de la compagnie. Mmoires tubes Williams Dveloppe par F. C. Williams, ce type de mmoire utilise les charges rsiduelles laisses sur l'cran d'un tube cathodique aprs qu'il ait t frapp par le faisceau d'lectron.

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46 Bande magntique Mmoires vives tores de ferrite Pendant une petite vingtaine d'anne, ce principe de mmoire sera le plus utilis avant d'tre remplac par la mmoire semi-conducteurs. Tambour magntique Disque magntique Aussi appel disque dur, ce type de support deviendra incontournable lorsqu'il prendra sa forme actuelle en 1974: Le disque Winchester.

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47 Mmoires semi-conducteurs Disques souples Mmoire magntique bulles (Intel) Mise au point par Intel Magnetics, c'est une technologie qui offrait une trs grande fiabilit mme dans des conditions de fonctionnement extrmes. Disque Opto-Numrique (aussi appel Compact Disc ou Disque Optique Compact) Disque de plastique de 12 cm de diamtre et 1,2 mm d'paisseur lu par un faisceau laser

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48 CD-ROM (Sony et Philips) (Compact Disc Read Only Memory) - Cdrom en franais Version informatique du CD permettant de stocker la fois du texte, des images, des sons... Sa capacit tait exceptionnelle pour l'poque: 680 Mo.

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49 DVD-ROM (Sony et Philips) Successeur annonc du CD-ROM dont il reprend exactement le format physique. Sa capacit est par contre multiplie par 12 et passe environ 8,5 Go.

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50 Diffrents niveaux de mmoire

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51 On trouve d'abord des mmoires trs rapides (les plus chres), en petit nombre, accessibles immdiatement par le processeur. Ce sont les registres. On trouve ensuite le cache ou ant- mmoire. Accessible en quelques cycles d'horloge (1 ou 2 en gnral) il contient quelques dizaines de milliers de mots. On a ensuite la mmoire principale ou mmoire centrale. On dispose parfois d'une mmoire d'appui ou d'arrire-plan, intermdiaire entre la mmoire centrale

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52 et les mmoires auxiliaires. Elle est constitue de circuits semi-conducteurs de faible prix, dont la vitesse est faible pour des circuits de mmoire mais cent fois plus leve que celle des disques magntiques. Toutes ces mmoires sont volatiles. Les disques magntiques forment le niveau suivant (mmoires auxiliaires ou mmoires de masse) et constituent une mmoire permanente dont les donnes restent valides quand on coupe l'alimentation lectrique. Le dernier niveau correspond l'archivage des donnes.

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53 Jusqu' prsent ce domaine tait l'exclusivit des bandes magntiques. Ces dernires annes ont vu apparatre un nouveau produit qui peut dans certains cas fournir une alternative pour l'archivage. Il s'agit du disque optique numrique. Celui-ci a des densits de stockage de 102 104 fois suprieures celles des supports magntiques, pour des temps d'accs cinq dix fois plus grand.

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54 volution de la programmation Ada Byron (1816-1852): premire programmatrice pour la machine de Babbage Adle Goldstine: programme pour lENIAC en 1946. Les premiers programmes en Langage machine (0 et 1) Langage symboliques: les assembleurs

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55 Fortran (Formula Translator) vers 1950 par J. Backus. Apparurent aussi des langages spcialiss comme le GPSS (simulation) et APT (commande de machines outils) Vers la fin de 1950: - Algol: notion de blocs

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56 Cobol: applications de gestion. PL/1: dans le but de traiter plusieurs genres dapplications (universels). Apparurent ensuite les langages Pascal, Modula, C,... La micro-informatique a rpandu le Basic Langages fonctionnels (Lisp): utilis dans le traitement des expressions symboliques Langages Logiques (Prolog): intelligence artificielle; pouvoir dinfrence.

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57 Rcapitulatif Fortran 1954 Applications scientifiques Cobol1959 Gestion Algol 1960 structure de blocs Lisp 1960 Intelligence artificielle PL1 1965 scientifique et gestion Basic 1965 Pour dbutant (interprt) Pascal 1971 Pour l'enseignement C 1972 Dveloppement de UNIX Ada 1979 Dfense amricaine C++ 1985 C orient objet Java 1994 Bas sur C et C++ pour Internet

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58 Dfinition: Un langage de programmation est un symbolisme permettant une communication avec lordinateur. Le langage naturel ne peut pas servir de langage commun (syntaxe trs complexe - multiplicit de rgles de grammaire et des exceptions; sa smantique aussi)

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59 Un langage de programmation est donc plus restrictif. Il est dfini en fournissant lutilisateur le vocabulaire autoris, sa syntaxe et sa smantique. Pour ces langages, une phrase sappelle une INSTRUCTION et correspond la description dune ou plusieurs oprations elmentaires.

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60 Les oprations lmentaires pour une machine sont: 1.Transfert dinformation affectation (assignation) Entree-sortie 2. Oprations arithmtiques et logiques 3. Rupture de squence

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61 Les diffrents niveaux de langages de programmation - Langage machines binaire (0 et 1) Seul langage compris par la machine -Langage machines assembleur Ces deux langages dpendent de la machine -Langage volu

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62 Quelques mots sur les systmes dexploitation Dfinition Un systme d'exploitation (SE; en anglais: OS = operating system) est un ensemble de programmes de gestion du systme qui permet de grer les lments fondamentaux de l'ordinateur: le matriel - les logiciels - la mmoire - les donnes les rseaux.

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63 Fonctions dun S.E Gestion de la mmoire Gestion des systmes de fichiers Gestion des processus Mcanismes de synchronisation Gestion des priphriques Gestion du rseau Gestion de la scurit.

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64 Un exemple Soit la commande suivante: emacs monfichier.txt Juste aprs avoir tap le fatidique, le systme d'exploitation est mis contribution. A savoir qu'il doit ; 1) aller chercher sur le disque dur un fichier qui s'appelle emacs et qui doit tre imprativement un fichier d'instruction excuter (fichier excutable ou "binaire"). 2) aller chercher sur le disque dur un fichier qui s'appelle monfichier.txt et rattacher ledit fichier l'excutable emacs en tant que fichier de donnes.

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65 3) trouver une place en mmoire centrale (RAM) pour y placer tout ou une partie de emacs de tel manire qu'il soit effectivement excutable et une place en RAM pour y placer tout ou partie du fichier monfichier.txt. Trouver une place en RAM pour y mettre une zone de communication avec emacs. Le SE et emacs doivent communiquer entre eux afin de s'informer (entre autres choses) du bon droulement des oprations.

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66 4) Si les fichiers emacs et monfichier.txt sont trop gros pour la place disponible en RAM, le S.E se charge de ne mettre en mmoire vive que la partie des fichiers effectivement utile l'instant t pour le processeur. Ds qu'une autre partie du fichier devient utile la partie prcdente est efface de la RAM, et la zone "utile" est recopie sa place. Cette technique s'appelle le "swapping".

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67 Il existe actuellement plus de 193 systmes dexploitation dans 27 langues Quelques exemples UNIX VMS MS-DOS (sur les PC) Win 9X = dsigne les Windows 95-98-Me, hritiers de MS-DOS et Win 3.1. Il n'a aura plus de nouvelles versions. Cette gamme est remplace par Win XP home.

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68 Windows NT est le systme dexploitation Microsoft conu pour se passer de MS-DOS, tout en gardant une grande compatibilit avec les logiciels crits pour MS-DOS, Win 3 et plus tard Win 9X (= Win 4.0). Windows 2000 est le nom commercial de Win NT 5.0, et Win XP celui de NT 5.1 Pour ceux qui confondent : Win 2000, n'est pas le successeur technique de Win 98 : Win 98 a besoin de MS-DOS pour dmarrer. Win NT-2000-XP l'mule dans une machine virtuelle.

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69 Quelques domaines dapplications Calculs scientifiques: nombre faible doprations mais se rptant de nombreuses fois; tels ceux dalgbre numrique et non numrique Traitement de donnes: pbmes de gesion classique tels: facturation gestion de stocks paie du personnel ditions de rapports dtats, de statistique,...

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70 Analyse projets: trac dautoroutes; visualisation de ce que le conducteur verra au volant,... Contrle de processus: surveillances et commander le fonctionnement de divers dispositifs Gestion mathmatique: emploi de temps; ordonnamcement,....

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71 Systmes dinformation: rservation de places davion, interrogation dune banque (volumineuse) de donnes,..., etc.