L'électronique numérique est une branche de l'électronique qui traite les informations sous forme de valeurs discrètes. Contrairement à l'électronique analogique, où une tension peut prendre une infinité de valeurs, l'électronique numérique utilise presque toujours seulement deux états : un état bas et un état haut. Ces deux états représentent les chiffres 0 et 1, appelés bits.

Ces deux valeurs sont faciles à distinguer par les composants électroniques. Dans de nombreux circuits, une tension proche de 0 volt représente le 0 logique, tandis qu'une tension plus élevée, par exemple 5 volts ou 3,3 volts, représente le 1 logique. Les valeurs exactes dépendent de la technologie utilisée, mais le principe reste toujours le même : chaque information est codée par une succession de 0 et de 1.

Toutes les informations numériques peuvent être représentées avec des bits. Les nombres, les textes, les images, les sons ou les vidéos sont finalement transformés en longues suites de 0 et de 1. Huit bits forment un octet, qui permet par exemple de représenter 256 valeurs différentes, de 0 à 255.

Les circuits numériques utilisent des portes logiques, des bascules, des compteurs, des registres, des mémoires, des microcontrôleurs ou des microprocesseurs. Ensemble, ces composants permettent de réaliser des calculs, de mémoriser des informations et de prendre des décisions très rapidement.

Exemple : lorsqu'on appuie sur une touche d'un clavier d'ordinateur, le circuit détecte le changement d'état électrique provoqué par la touche. Cette information est transformée en une suite de bits qui est ensuite interprétée par le microprocesseur afin d'afficher le caractère correspondant à l'écran.

L'électronique numérique présente de nombreux avantages. Les signaux sont moins sensibles aux parasites que les signaux analogiques, les calculs peuvent être réalisés très rapidement et les informations peuvent être copiées ou transmises sans perdre de qualité. C'est pourquoi presque tous les appareils modernes utilisent aujourd'hui cette technologie.

Cependant, le monde qui nous entoure est essentiellement analogique. La lumière, le son, la température ou la pression varient de façon continue. Les appareils numériques utilisent donc des convertisseurs analogique-numérique (CAN) pour transformer les mesures des capteurs en données numériques, puis des convertisseurs numérique-analogique (CNA) lorsqu'ils doivent produire un son, une image ou commander certains équipements.

Aujourd'hui, l'électronique numérique est présente dans les ordinateurs, les smartphones, les téléviseurs, les consoles de jeux, les automobiles, les robots, les satellites, les appareils médicaux et la plupart des objets connectés. Elle constitue l'une des technologies les plus importantes du monde moderne.

Les opérations binaires

Les opérations binaires sont les calculs réalisés directement sur les nombres écrits en binaire. Elles constituent la base du fonctionnement des ordinateurs, des microprocesseurs et des microcontrôleurs. Chaque seconde, un processeur effectue des milliards d'opérations de ce type pour réaliser des calculs, comparer des données, manipuler des images ou exécuter des programmes.

Comme en décimal, il est possible d'effectuer des additions, des soustractions ou des multiplications. Mais en électronique numérique, on utilise surtout des opérations logiques qui agissent directement sur chacun des bits.

Les principales opérations binaires sont les suivantes.

L'opération ET (AND)

Le résultat vaut 1 uniquement si les deux bits valent 1.

A	B	A ET B
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Cette opération sert par exemple à vérifier si certains bits sont activés dans un registre.

L'opération OU (OR)

Le résultat vaut 1 dès qu'au moins un des deux bits vaut 1.

A	B	A OU B
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Elle permet notamment d'activer certains bits sans modifier les autres.

L'opération OU exclusif (XOR)

Le résultat vaut 1 lorsque les deux bits sont différents.

A	B	A XOR B
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Cette opération est utilisée dans de nombreux algorithmes, notamment pour détecter des erreurs, effectuer certains calculs ou chiffrer des données.

L'opération NON (NOT)

Elle inverse simplement chaque bit :

Entrée	Sortie
0	1
1	0

Les décalages de bits

Une autre opération très importante consiste à décaler les bits vers la gauche ou vers la droite.

Un décalage d'un bit vers la gauche revient généralement à multiplier le nombre par 2.

00010110₂ = 22
⬅
00101100₂ = 44

À l'inverse, un décalage d'un bit vers la droite revient généralement à diviser le nombre entier par 2 (en ignorant le reste éventuel).

00101100₂ = 44
➡
00010110₂ = 22

Ces opérations sont extrêmement rapides car elles sont réalisées directement par les circuits électroniques du processeur. Elles sont utilisées dans pratiquement tous les programmes, depuis les jeux vidéo jusqu'aux systèmes embarqués des voitures, des satellites ou des robots.