Histoire de l’informatique : comprendre les inventions et mener un projet

Pour comprendre une invention, pars du geste qu’elle rend possible. Une machine arithmétique de Pascal, au XVIIe siècle, mécanise des calculs, notamment le passage des retenues entre roues. Cela ne lui donne pas un programme général modifiable. L’automatisation concerne l’exécution d’une tâche ; la programmabilité permet de changer la suite d’actions commandées à un dispositif.

Au début du XIXe siècle, le mécanisme Jacquard utilise des cartes perforées pour commander le motif du tissage. Changer les cartes change la commande, sans reconstruire tout le métier. La machine analytique conçue par Charles Babbage à partir de 1834 reprend ce principe de commande pour le calcul, en distinguant un magasin de nombres et un organe de calcul. Elle reste un projet dont seules des parties sont réalisées à son époque.

En 1843, Ada Lovelace publie une traduction commentée du texte de Menabrea sur cette machine. Ses notes exposent ses possibilités de programmation et envisagent d’autres objets que de simples nombres. Écris donc « notes publiées en 1843 », et non « ordinateur construit en 1843 ». Un plan, un texte, une pièce expérimentale et une machine complète sont des traces différentes. Le dossier du Science Museum aide à les reconnaître.

Notre jeu de cartes est fictif : COPIER C A signifie remplacer C par la valeur de A ; AJOUTER C B signifie ajouter B à C ; MULTIPLIER C B signifie multiplier C par B. Les registres sont un dictionnaire de noms non vides et d’entiers Python, sans booléens. Toutes les cartes doivent nommer des registres existants. La liste de cartes est finie, sans branchement : une carte est exécutée exactement une fois.

La fonction copie l’état initial et rend l’état final avec une trace avant/après chaque carte. Elle ne modifie ni le dictionnaire fourni ni les cartes. Changer les valeurs initiales conserve le programme ; remplacer une carte change la commande. Cette distinction est utile pour expliquer la programmabilité, sans assimiler notre Python au fonctionnement mécanique d’un métier ou de la machine analytique.

George Boole publie un traitement algébrique de la logique en 1847, puis Les Lois de la pensée en 1854. On peut calculer sur des propositions suivant des règles, au lieu de raisonner seulement sur leur formulation en langue courante. Dans notre usage booléen, and exige deux valeurs vraies, or au moins une, et not inverse la valeur. Le ou exclusif est vrai lorsque les deux entrées diffèrent.

Les travaux de Claude Shannon sur les relais et les circuits de commutation relient l’algèbre booléenne à des dispositifs électriques. Deux contacts en série ne laissent passer le courant que si les deux sont fermés ; en parallèle, un chemin fermé peut suffire. Une table décrit une fonction logique ; un montage physique doit en plus respecter des contraintes de tension, de temps et de fabrication.

En 1936, Alan Turing définit un modèle de machine pour étudier le calcul effectif. Une description élémentaire comporte un ruban, une tête de lecture-écriture, des états et des règles de transition. Le modèle universel peut interpréter la description d’autres machines. Ce n’est ni le plan d’un ordinateur à transistors ni l’affirmation que toute question mathématique peut être résolue par un algorithme.

Un additionneur complet répond à une question plus limitée : pour deux bits et une retenue entrante, quels sont le bit de somme et la retenue sortante ? Si n est le nombre d’entrées vraies, le bit de somme indique si n est impair et la retenue si n vaut au moins 2. Les huit triplets donnent toutes les possibilités de ce domaine fini.

Le code demande des valeurs True ou False, pas la chaîne « False », qui est non vide et donc vraie lors d’une conversion par bool. Vérifier les huit lignes établit la table de cette fonction. Cela ne valide pas un circuit matériel et ne démontre pas les résultats de Turing sur le calcul. Repère toujours l’objet exact que l’expérience permet de vérifier.

Le programme enregistré place des instructions codées dans une mémoire adressable. La machine les lit, comme elle peut lire une donnée, au lieu de dépendre seulement d’une commande extérieure ou d’un recâblage. Le compteur ordinal indique l’adresse de la prochaine instruction ; l’accumulateur garde une valeur utilisée dans le calcul. Adresse et contenu ne sont pas interchangeables : l’adresse 4 peut contenir la valeur 7.

Le 21 juin 1948, le Manchester Baby, développé par l’équipe de Frederic Williams et Tom Kilburn, exécute un programme enregistré électroniquement en mémoire. En 1949, l’EDSAC de l’équipe de Maurice Wilkes à Cambridge fournit un service régulier de calcul. Un prototype qui démontre un principe et une machine utilisée pour un service sont deux réalisations distinctes. Le programme enregistré est aussi associé au modèle dit de von Neumann ; ce nom ne résume pas à lui seul tous les travaux collectifs qui le rendent possible.

Le composant répond à une autre question : avec quoi construit-on la machine ? Aux Bell Labs, John Bardeen et Walter Brattain démontrent le transistor à contacts ponctuels en décembre 1947 ; l’annonce publique a lieu en juin 1948. Les circuits intégrés rassemblent ensuite plusieurs composants sur une même puce. En 1971, Intel commercialise le microprocesseur 4004 : un processeur intégré sur une puce, pas un ordinateur complet. Cette miniaturisation n’est pas la définition du programme enregistré.

Notre mémoire est une liste commune à des instructions descriptives, comme ('ADD',5), et à des données entières. Les tuples lisibles remplacent ici le codage binaire d’une vraie machine. LOAD lit une donnée dans l’accumulateur, ADD l’y ajoute, STORE écrit l’accumulateur en mémoire, JUMP change le compteur ordinal et HALT arrête. HALT utilise l’argument conventionnel 0 ; les autres arguments sont des adresses à partir de zéro.

On copie l’entrée et on conserve un instantané avant chaque instruction, arrêt compris. La lecture d’une donnée comme instruction, une adresse négative ou une instruction mal formée est refusée. STORE peut remplacer une cellule d’instruction par un entier : si le compteur tente ensuite de l’exécuter, le modèle signale l’erreur. Une limite entière de 1 à 1 000 pas borne l’essai d’un programme qui boucle ; atteindre cette limite ne prouve pas que le programme bouclerait indéfiniment.

Un langage de haut niveau permet d’écrire un calcul sans détailler chaque instruction du processeur. En 1957, l’équipe IBM dirigée par John Backus développe FORTRAN pour le calcul scientifique. La même année, des travaux de Grace Hopper sur les compilateurs aboutissent notamment à FLOW-MATIC pour le traitement de données. Ces usages ne se réduisent pas à une compétition entre écritures : calcul scientifique et gestion posent des besoins différents.

Un traducteur transforme une description en une autre ; un exécuteur réalise les opérations de la représentation qu’il reçoit. Un compilateur peut produire du code machine ou une représentation intermédiaire. Un interprète exécute un programme, parfois après une traduction intermédiaire. « Compilé » et « interprété » décrivent une mise en œuvre : une même chaîne peut combiner les deux.

À partir de 1969, Ken Thompson et Dennis Ritchie participent au développement d’UNIX aux Bell Labs. Un système d’exploitation organise notamment l’exécution, la mémoire, les fichiers et les périphériques. Il offre des services à des programmes écrits dans plusieurs langages. Il ne faut donc pas confondre langage, traducteur et système d’exploitation, même si leurs histoires et leurs communautés se croisent.

Dans notre exemple, le langage fictif A écrit SET 4 puis ADD 3 ; B écrit valeur 4 puis plus 3. Les deux traducteurs produisent [('SET',4),('ADD',3)]. SET remplace l’accumulateur et ADD lui ajoute une valeur. L’exécuteur commun obtient 7, puis ne conserve aucune information sur l’écriture A ou B d’origine.

Le domaine est volontairement court : une liste ou un tuple de lignes, chacune formée de deux éléments séparés par des espaces, une opération autorisée et un entier lisible par int en base dix. Pas de variable, de commentaire ni d’expression composée dans cette première version. Une erreur de langage ou de traduction est signalée avant l’exécution. L’exécuteur contrôle aussi sa propre entrée, car on peut l’appeler directement sans le traducteur.

ARPANET relie des machines de recherche à partir de 1969. Internet se construit comme une interconnexion de réseaux capables de communiquer selon des protocoles communs, avec des contributions de plusieurs pays. Dans le récit publié en 1997 par des acteurs de cette histoire, Internet Society distingue les idées, les expériences, les infrastructures et les communautés. Le 1er janvier 1983, le passage d’ARPANET de NCP à TCP/IP est un repère de coordination, pas la création de toutes les formes de réseau.

Le 7 avril 1969, Steve Crocker signe la RFC 1, consacrée au logiciel des hôtes du réseau ARPA. Son introduction décrit des réunions et des responsabilités réparties entre équipes. C’est une trace de coopération technique datée, pas une spécification de HTTP. Les RFC sont une famille de documents aux statuts variés : leur numéro seul ne signifie pas qu’une proposition est un standard adopté.

En mars 1989, Tim Berners-Lee propose au CERN un système d’information hypertexte distribué. Le document conservé par le W3C porte aussi une mention de mai 1990 : distingue la date de la proposition et celle de cette version. Le besoin est de retrouver les relations entre documents, personnes et projets. Le premier serveur et le navigateur-éditeur WorldWideWeb sont développés en 1990 ; proposition et logiciel ne sont donc pas le même événement.

Le Web articule l’identification des ressources, les échanges HTTP et les documents HTML avec des liens. Ces fonctions utilisent les services réseau, mais ne sont pas IP. Une URL précise une adresse de ressource ; HTML décrit un document, HTTP organise requêtes et réponses. TCP fournit un transport ordonné fiable selon son contrat ; les échanges Web ne sont pas tous fondés sur TCP, notamment avec HTTP/3. Retenir les rôles est plus solide que dessiner une pile unique valable dans tous les cas.

Notre atelier découpe un texte Python en fragments numérotés. Il compte des éléments de chaîne, donc des points de code, pas des octets ni forcément des caractères visuels entiers. Le récepteur connaît déjà le nombre total attendu. Il refuse une perte, un doublon ou une incohérence avant de reconstruire. Ainsi, zéro fragment reçu pour un message qui en attend trois n’est pas confondu avec un message vide.

Annoter un chemin comme A → B → D ajoute une indication à notre trace ; cela ne réalise aucun routage. Tous les fragments concernent un seul message, sans mélange, corruption ni retransmission. La simulation montre l’intérêt de l’ordre logique ; le document historique explique l’organisation du réseau. Aucun appel réseau n’est nécessaire pour exécuter le modèle.

Pour une fiche historique, écris une affirmation assez précise pour être discutée. Par exemple : « Tim Berners-Lee propose au CERN en 1989 un système d’information hypertexte distribué. » Relève auteur, institution, date portée par le document, passage pertinent et adresse de consultation. La proposition conservée par le W3C explique un besoin et une solution envisagée ; elle ne mesure pas à elle seule le nombre de personnes qui ont ensuite utilisé le Web.

Croise une trace de l’époque avec une étude ou une notice de conservation. Une notice peut décrire une pièce authentique, une reproduction ou une reconstruction récente : lis la légende avant de dater une photographie. Pour Lovelace, distingue le texte publié en 1843 d’une réalisation matérielle de la machine. Si deux documents donnent des dates différentes, vérifie d’abord s’ils datent la conception, la publication, le prototype ou la diffusion.

Le projet suit la même exigence de précision. Définis le public et un besoin, puis des critères observables : « chaque lien mène à une fiche existante » est testable, « le musée est intéressant » ne dit pas encore comment le contrôler. Prépare le code et les documents dans un dossier local versionné, avec un journal court : problème, options, choix, raisons et vérification. Après une modification, relance les tests qui portent sur le comportement changé.

Le laboratoire lit un journal fictif dans l’ordre donné. Il exige un identifiant unique, des dépendances déjà acceptées, deux critères textuels distincts, au moins une référence de preuve et un responsable fictif. Il ne lit pas les documents référencés et ne lance aucun test : « valide » signifie seulement conforme à ce contrat documentaire. Une ligne qui dit « tests verts » n’établit pas que les tests ont été exécutés.

Si un jalon vient avant sa dépendance, il reste refusé pendant ce passage, même si la dépendance arrive plus tard : la fonction ne réordonne pas le journal. Pour réexaminer le même jalon après correction, modifie sa fiche dans une nouvelle version du journal puis relance tout le contrôle. Ne duplique pas son identifiant. Les membres du groupe vérifient ensuite que chaque preuve est réelle et correspond à la bonne version.

Pour répartir le travail, fais tourner recherche, programmation, tests et présentation à chaque étape. Chacun explique au moins un choix documentaire et un morceau de code qu’il n’a pas rédigé seul. Le modèle de flux d’intégration décrit dans Pro Git aide à comprendre la relecture avant fusion ; le journal Python n’est pas un gestionnaire de versions. Le projet proposé ici entraîne cette démarche sur un objet borné, avec un temps propre de recherche et de réalisation.