L'ordinateur est une machine électronique capable de recevoir, mémoriser, traiter et transmettre des informations. Il exécute automatiquement des programmes qui lui indiquent les opérations à effectuer. Aujourd'hui, les ordinateurs sont présents partout : à la maison, dans les écoles, les entreprises, les hôpitaux, les laboratoires, les satellites, les voitures ou encore les usines. Ils sont devenus des outils indispensables de la vie moderne.

L'informatique repose sur un principe simple : toutes les informations sont représentées sous la forme de données numériques. Les textes, les images, les sons ou les vidéos sont transformés en suites de nombres que l'ordinateur peut comprendre et manipuler. Grâce à son électronique, il effectue des millions, voire des milliards de calculs chaque seconde afin de traiter ces données.

Un ordinateur est constitué de deux grandes parties complémentaires. La première est le matériel (hardware) : ce sont tous les composants physiques comme le processeur, la mémoire, le disque de stockage, l'écran, le clavier ou la souris. La seconde est le logiciel (software) : il s'agit des programmes qui permettent à l'ordinateur de fonctionner et d'effectuer les tâches demandées par l'utilisateur.

Lorsque l'on allume un ordinateur, un petit programme présent dans sa mémoire initialise les composants puis lance le système d'exploitation. Celui-ci devient l'intermédiaire entre le matériel et les logiciels. Il gère les mémoires, les fichiers, les périphériques, les connexions réseau et le partage des ressources afin que plusieurs programmes puissent fonctionner simultanément.

Toutes les informations circulent entre les différents composants sous forme de données numériques. Le processeur lit les instructions des programmes, effectue les calculs nécessaires puis envoie les résultats vers la mémoire, l'écran, les haut-parleurs, l'imprimante ou tout autre périphérique. Ce cycle se répète en permanence à très grande vitesse.

Il existe aujourd'hui de nombreux types d'ordinateurs adaptés à des usages différents.

• Les ordinateurs de bureau offrent généralement de bonnes performances et sont facilement évolutifs.
• Les ordinateurs portables regroupent tous leurs composants dans un appareil transportable alimenté par une batterie.
• Les serveurs fournissent des services et des données à d'autres ordinateurs connectés sur un réseau.
• Les supercalculateurs réalisent des calculs scientifiques extrêmement complexes.
• Les ordinateurs embarqués équipent les voitures, les avions, les appareils électroménagers ou les robots.

L'informatique ne consiste pas seulement à utiliser un ordinateur. Elle englobe également la conception des logiciels, la programmation, les réseaux, les bases de données, la cybersécurité, l'intelligence artificielle ou encore le traitement des images et des sons. Tous ces domaines reposent sur les mêmes principes fondamentaux du traitement automatique de l'information.

Comprendre le fonctionnement général d'un ordinateur est la première étape pour découvrir le vaste monde de l'informatique. Derrière chaque clic, chaque application ou chaque page Internet se cachent des milliards d'opérations électroniques réalisées en une fraction de seconde afin de rendre les technologies numériques simples à utiliser.

Le processeur (CPU)

Le processeur, souvent appelé CPU (de l'anglais Central Processing Unit, « unité centrale de traitement »), est le composant qui exécute les programmes de l'ordinateur. On le compare souvent au cerveau de la machine, car c'est lui qui lit les instructions, effectue les calculs et coordonne le fonctionnement de tous les autres composants.

Lorsqu'un logiciel est lancé, toutes les instructions qui le composent sont copiées dans la mémoire vive (RAM). Le processeur va alors les lire une à une. Pour chaque instruction, il réalise toujours le même cycle : chercher l'instruction dans la mémoire, la décoder afin de comprendre ce qu'elle demande, puis l'exécuter. Ce cycle, appelé cycle d'instruction, est répété des milliards de fois chaque seconde.

Le processeur réalise des opérations très variées : additions, soustractions, multiplications, comparaisons, déplacements de données, calculs logiques ou encore gestion des communications avec les autres composants. Toutes les actions effectuées par un ordinateur, qu'il s'agisse d'afficher une image, de lire une vidéo ou d'exécuter un jeu, reposent sur une immense succession de ces opérations élémentaires.

À l'intérieur du processeur se trouvent plusieurs unités spécialisées. L'unité arithmétique et logique (ALU) effectue les calculs mathématiques et les opérations logiques. L'unité de contrôle dirige le déroulement des instructions et coordonne le travail des différentes parties du processeur. Des registres, qui sont de très petites mémoires extrêmement rapides, stockent temporairement les données en cours de traitement.

Les processeurs modernes possèdent également une mémoire cache. Cette mémoire est beaucoup plus rapide que la RAM et conserve les données ou les instructions les plus souvent utilisées. En évitant de devoir accéder constamment à la mémoire vive, le processeur gagne un temps précieux et améliore les performances de l'ordinateur.

Aujourd'hui, un processeur contient généralement plusieurs cœurs (cores). Chaque cœur peut exécuter des instructions de manière presque indépendante. Un processeur à quatre, huit ou seize cœurs peut ainsi traiter plusieurs tâches en parallèle, ce qui améliore les performances lorsque plusieurs logiciels fonctionnent en même temps.

La vitesse d'un processeur est exprimée par sa fréquence d'horloge, mesurée en hertz (Hz). Les processeurs actuels fonctionnent généralement entre 2 et 6 gigahertz (GHz). Une fréquence de 4 GHz signifie que l'horloge interne produit environ 4 milliards de cycles par seconde. Cependant, les performances ne dépendent pas uniquement de cette fréquence : l'architecture du processeur, le nombre de cœurs, la taille de la mémoire cache et la qualité des circuits jouent également un rôle essentiel.

Comme tous les composants électroniques, le processeur consomme de l'énergie et dégage de la chaleur. Un système de refroidissement composé d'un radiateur et d'un ventilateur, ou parfois d'un refroidissement liquide, est indispensable pour maintenir une température correcte. Si le processeur devient trop chaud, il réduit automatiquement sa vitesse afin d'éviter d'être endommagé.

Les processeurs modernes renferment plusieurs dizaines de milliards de transistors gravés sur une puce de silicium de quelques centimètres carrés. Malgré leur taille minuscule, ils sont capables d'exécuter plusieurs centaines de milliards d'opérations par seconde, ce qui permet aux ordinateurs de réaliser des tâches de plus en plus complexes avec une très grande rapidité.