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Technologie
Les premiers ordinateurs
Guerre
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Si tu as suivi des cours d'informatique (comme moi), tu as appris que le premier ordinateur était l'ENIAC américain. Or, ce n'est pas vrai. L'ENIAC était bien un des premiers ordinateurs, mais pas le premier.

La seconde guerre mondiale a provoqué une avancée fulgurante des techniques dans différents domaines: les radars, les balises-radio, les avions à réaction, mais les premiers ordinateurs sont également apparus pendant la seconde guerre mondiale. Le premier ordinateur était en fait un ordinateur civil et n'a pas été construit par une entreprise gérée par des militaires.

Zuse Z3

L'ordinateur Zuse Z3 (1941) était le premier ordinateur: il pouvait être programmé pour effectuer de manière autonome différentes sortes de calculs. Il a par exemple été utilisé pour calculer la forme du fuselage de certains avions allemands. C'est grâce à cet ordinateur que les allemands ont lancés le premier avion à réaction au monde.

Le Zuse Z3 se composait de 1600 relais de central téléphonique et avait une fréquence d'horloge de 5 à 10Hz. Le Z3 pouvait effectuer des calculs en virgule flottante, ce qui était nécessaire pour les applications techniques.

La différence avec une calculatrice (qui effectue également des calculs) c'est qu'un ordinateur effectue un programme. Le programme se compose de nombreuses opérations qui peuvent être répétées jusqu'à l'obtention du résultat. Certains problèmes ne peuvent être résolus qu'avec une série d'approximations de plus en plus précises.

Le premier ordinateur de Conrad Zuse était le Z1 complètement mécanique qui n'était pas fiable à cause de la précision nécessaire des différentes pièces. Une réplique construite plus tard a démontré que la machine pouvait effectivement fonctionner. Le Z2 était un test de faisabilité qui allait mener au Z3.

Conrad Zuse vivait dans un isolement et n'avait pas de contacts avec des ingénieurs et des mathématiciens étrangers travaillant sur un même projet, puisque l'Allemagne était en guerre. Il a pratiquement tout dû inventer lui-même. Une demande de remplacer les relais mécaniques (lents) par des tubes radio n'a pas été honorée: l'armée allemande avait bien trop besoin de ces tubes dans ses avions, dans ses radars etc...

L'ordinateur Z3 est dit Turing-complete, ce qui veut dire que l'ordinateur répond à certaines contraintes minimales, mais cela n'a pas de signification pratique.

Zuse a construit le Z4 après la seconde guerre mondiale. Cet ordinateur, toujours équipé de relais, a été utilisé pour résoudre de nombreux problèmes de génie civil en Suisse. Le Z5 qui lui succédera utilisera encore et toujours des relais qui étaient plus fiables que les tubes (un ordinateur avait besoin de milliers de tubes). Les relais avaient plusieurs contacts et pouvaient reproduire mécaniquement plusieurs fonctions (flip flop, AND, OR) alors qu'il fallait plusieurs tubes pour réaliser une seule de ces fonctions.

Le Z11 était également un ordinateur généraliste et sera suivi par le Z22 enfin équipé de tubes de radio. Cet ordinateur pouvait être programmé en ALGOL58 un des premiers languages de programmation évolués. Le Z23 utilisera des transistors au lieu de tubes.

ALGOL était une des premièrs langues de programmation et ressemblait déjà fort aux languages modernes comme Pascal.

ALGOL était un language de programmation qui avait une beauté formelle que les languages suivants (tous américains) n'auront plus: Fortran et Basic mèneront à ce qu'on appelera plus tard la programmation spaghetti.

Zuse est le premier qui s'est rendu compte de la nécessité d'un language de programmation évolué, qui permet d'encoder un problème sans tenir compte du système informatique qui sera utilisé pour le résoudre. Il a crée un language (Plankalkül) qui ne sera pas utilisé en pratique, mais qui servira de moule aux languages structurés qui suivront. Zuse est à la base de l'informatique moderne, mais son nom n'est que trop peu cité car il était allemand.

Ordinateur Atanasoff-Berry

Cet appareil utilise des relais pour la partie logique (fréquence d'horloge de 1Hz) et des tubes pour la partie numérique (60Hz). Cet ordinateur n'était pas programmable et ne pouvait résoudre qu'une seule sorte de problèmes. Cet ordinateur utilisait des tambours pour le stockage momentané des données, mais le tambour était composé d'une série de condensateurs (enmagasinant une charge éléctrique) au lieu d'un tambour magnétique comme dans les systèmes plus récents.

Colossus

Les anglais avaient également un ordinateur pendant la seconde guerre mondiale, mais son existance n'a été révélé qu'en partie à la fin des années 1970. Le nom de “Bletchley Park” n'est apparu dans la presse que dans les années 1980. La raison est toute simple: les anglais ont vendu de nombreuses machines à coder basées sur le principe de la machine Enigma, réputée invincible. La protection que cette machine offrait était suffisante pour la plupart des messages, mais cela permettait aux anglais de décoder tous les messages échangés par les nations alliées utilisant une version de la machine Enigma. Ah! Toujours la perfide albion!

Les ingénieurs, techniciens et mathématiciens qui ont brisé le codes des différentes machines allemandes ont du garder le silence, parfois jusqu'à leur mort. Un certain nombre de ces héros de l'ombre ont reçu une médaille à titre posthume. C'est grâce à leur travail que les anglais étaient au courant de pratiquement tout ce qui se disait dans les QG militaires. Sans cette connaissance, la seconde guerre mondiale aurait pû durer un an de plus.


Machine Enigma au musée Atlantikwal à Raverside

La machine à coder Lorenz utilisait 12 roues dentées pour le codage. La structure de la machine a été découverte sans que les anglais n'aient vu une telle machine.

L'input et l'output étaient les 5 bits du code baudot utilisé pour le télex.

La machine Enigma était une machine à coder commerciale avant la seconde guerre mondiale. Cette machine était utilisée par différents pays avant la guerre, mais les allemands l'ont adaptée pour rendre le dechiffrage plus complexe. Les mathématiciens anglais se sont rendus compte que ces améliorations n'augmentaient pas nécessairement la fiabilité du système. Au contraire, ces fausses améliorations ajoutaient des faiblesses au système et permettaient parfois de décoder plus facilement les messages.

Chaque jour, on utilisait une nouvelle clef (la position de début de toutes les roues dentées) et cette clef était utilisée pour tous les messages du jour (ce système de clef du jour était utilisé aussi bien par la machine Enigma que Lorenz). Le but était donc de trouver la clef du jour, permettant de déchiffrer tous les messages du jour.

La machine Enigma avait quelques caractéristiques qui la rendaient moins sûre que ce que les allemands croyaient: une lettre ne pouvait jamais être codée vers la même lettre. Une solution éventuelle produisant une même lettre à la même place était d'office rejetée. La machine utilisait un système symmétrique (le message codé qui repassait par la machine produisait le message en clair), ce qui facilitait la réalisation de la machine à déchiffrer anglaise.

En analysant le fonctionnement du système, les anglais se sont rendus compte que la machine ne produisait qu'environ deux millions de codes différents, ce qui rendait un déchiffrage à la force brute possible (en essayant toutes les combinaisons jusqu'à ce que la clef soit trouvée). La présence de motifs répétitifs (présents dans pratiquement tous les messages) permettait de trouver plus rapidement la clef. Les allemands par contre pensaient que leur code était totalement indéchiffrable.

Le code Enigma du jour était déchiffré par une série de "bombes" qui essaient mécaniquement toutes les combinaisons, jusqu'à ce qu'une combinaison fasse apparaitre certains motifs. Le nom provient du bruit que la machine faisait pendant son fonctionnement. La bombe était composée de relais et d'anneaux rotatifs.

La machine à coder Lorenz était utilisée par les différents états-majors et l'information qu'on pouvait retirer d'un tel message avait donc plus de valeur que celui d'une message codé par Enigma, utilisée sur le terrain militaire même.

La machine de Lorenz utilisait 12 roues dentées au lieu de trois ou quatres, ce qui rendait le décodage pratiquement impossible avec les moyens de l'époque. Mais le travail des déchiffreurs était rendu plus aisé par les erreurs des opérateurs qui transmettaient parfois des bouts de textes identiques ou utilisaient souvent les mêmes abbréviations. Malgré tout, le déchiffrage d'un message demandait des semaines: ici il fallait vraiment passer à un système électronique, plus rapide qu'un système utilisant des relais et des rotors.

Il est surprenant que les anglais ont découvert le fonctionnement interne de la machine à chiffrer Lorenz sans jamais en avoir vue une.

Le Colossus (1943) a été crée spécifiquement pour briser le code Lorenz. Le système de lecture lisait 5000 caractères à la seconde, et chaque caractère était analysé en parallèle par différents circuits, ce qui rendait le fonctionnement de la machine plus rapide que ce que ne permettait le système de lecture (travail en paralèle). A la fin de la guerre, il y avait 10 Colossus en fonction.

Pour augmenter la fiabilité du système, on ne coupait jamais l'ordinateur. Les tubes tombaient principalement en panne lors de la lise sous tension.

Comme ces ordinateurs sont restés secrets, on a longtemps cru que le premier ordinateur était l'ENIAC (1946).

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