La Sainte Trinité

sainte-trinite_fotorLe système d’information numérique a été une révolution technique majeure. Cette révolution a sa Sainte Trinité. La liste varie d’un auteur à l‘autre, mais les plus souvent cités sont Alan Turing, Claude Shannon, et John Von Neumann. Il serait possible d’ajouter de nombreux autres car cette révolution a été un phénomène itératif, impliquant un très grand nombre de contributeurs. Mais ces trois là ont l’avantage de représenter des aspects essentiels du numérique.

La machine de Turing

Alan Turing est le plus connu. Il est une icône gay, en plus d’être à l’origine de l’informatique. Homosexuel dans une société qui n’acceptait pas la différence sexuelle, il subit une castration chimique, avant de se suicider en mangeant une pomme empoisonnée comme Blanche Neige. Il publie en 1936 l’article On Computable Numbers with an Application to the Entscheidungsproblem (Sur les nombres calculables appliqués au problème de la décidabilité), considéré comme le point de départ de l’informatique.
Au début du XX siècle le positivisme bat son plein, et les scientifiques croient que l’homme va bientôt contrôler la nature. En 1928, le prussien David Hilbert, propose le programme d’un système mathématique basé sur trois principes, et dont il pense qu’il est prochainement réalisable :

  • Toutes les mathématiques découlent d’un ensemble fini d’axiomes ;
  • cet ensemble est cohérent (il n’est pas possible qu’une proposition puisse être à la fois vrai et fausse) ;
  • une procédure existe permettant de démontrer la vérité d’une proposition.

A peine cette proposition faite, le tchèque Kurt Gödel met à mal cet édifice théorique. Il démontre qu’il existe des énoncés qui ne peuvent être ni démontrés ni réfutés. Turing s’attaque au troisième point, celui de la décidabilité (Entscheidungs) d’une proposition. Son article prolonge Gödel, en affirmant qu’il n’est pas possible d’avoir une procédure générale de validation des propositions mathématiques et logiques.
Plus que le résultat, c’est le dispositif par lequel il fait sa démonstration qui a marqué les esprits. Une bande de papier à la longueur infinie est introduite dans une machine. Le papier porte des symboles. La machine contient une table de valeurs, donnant pour chaque symbole une correspondance avec une opération à effectuer (avancer la bande, effacer sur la bande, calculer une formule). La liste des symboles est finie. A chaque avancée de la bande, la machine exécute l’opération correspondante et écrit sur la bande le résultat. Il montre qu’il est possible de faire à l’infini des algorithmes à partir d’une liste finie d’opérations. La « machine de Turing » sera le concept auquel se mesurent les calculateurs. Il imagine à la fois l’ordinateur (une machine capable de faire tout type d’opération calculable) et le programme (un support qui est mis à l’entrée de la machine, ici le support de la bande de papier). Il faudra un peut plus de dix ans pour que le concept se transforme en une véritable machine approchant le concept de la machine de Turing (approchant seulement puisque aucun programme n’est infini).

Shannon et l’algèbre de Boole

Claude Shannon est un ingénieur en électricité travaillant au MIT (Massachusetts Institute of Technology). Il est chargé dans le cadre de son mémoire de fin d’étude de programmer un précurseur des ordinateurs. Ce mémoire sort en 1938.
L’anglais Georges Boole avait montré en 1847 qu’il était possible de donner une représentation algébrique aux fonctions logiques. Elles étaient toutes ramenées à des opérations simples dont la valeur de sortie était 0 ou 1 (ou vrai ou faux). Dans son mémoire, Shannon utilise des relais, ces commutateurs électriques qui permettent d’orienter les correspondants dans les centraux téléphoniques. Il démontre qu’en construisant des circuits électriques avec ces commutateurs, il est possible de reproduire l’ensemble des opérations de l’algèbre de Boole. Il donne ainsi une expression physique à la table des valeurs de la machine de Turing. Tous les processeurs utilisés en informatique et dans les systèmes d’information sont basés sur cette idée. Ils contiennent toujours des circuits électriques reproduisant les schémas de l’algèbre de Boole.

L’architecture Von Neumann

John Von Neumann est né en Hongrie. C’est un faucon notoire, anticommuniste, ayant participé sans regret à la fabrication de la bombe atomique. Son article fondateur est le résultat de discussions entre chercheurs, dont il fait la synthèse. Les autres participants aux débats l’ont plus ou moins accusé d’avoir pillés leurs idées. Mais son nom est attaché à l’architecture commune à tous les ordinateurs. En effet en 1945 il publie un article « First Draft of a Report on the EDVAC » (Première esquisse d’un rapport sur l’EDVAC), dans lequel il décrit cette nouvelle architecture. Une machine de Turing doit comporter 4 parties :

  • l’unité de contrôle (UC): elle pilote le déroulement séquentiel du programme (autrement dit elle fait se dérouler la bande de papier imaginée par Turing) ;
  • l’unité arithmétique et logique (UAL) : elle effectue tous les calculs demandés par le programme ; avec l’UC elle constitue la CPU (central processing unit, unité centrale de traitement) ;
  • la mémoire qui contient à la fois les données nécessaires au calcul de l’UAL et le programme que pilote l’UC. La mémoire est nécessaire car il faut garder le résultat des opérations précédentes pour effectuer les opérations suivantes ;
  • les entrées-sorties : dispositifs qui permettent de communiquer avec le monde extérieur.

La machine de Turing, la conversion de l’algèbre booléenne en circuit électrique, l’architecture Von Neumann : les principaux concepts théoriques qui permettaient la construction des ordinateurs, internet, les bigs datas et tous les outils des technologies de l’information étaient créés. En 1948, ils aboutissent à un premier résultat, avec l’ENIAC, première machine qui peut être considérée comme une « machine de Turing ».

Le test de Turing

C’est le même Turing, qui pose alors la question dérangeante qui s’impose : Est-ce qu’une machine pense ? En effet maintenant une machine dispose des fonctions principales du cerveau, la mémoire, le calcul, la possibilité de recevoir ou d’émettre des messages. La métaphore de la tète de Saint Denis prend son sens. Dans un article publié en 1950, Computing Machinery and Intelligence (machines à calculer et intelligence), il affirme que si la production d’une machine ne peut être distinguée de celle d’un humain, on ne pourra pas nier que la machine pense, comme un humain. Il imagine donc le « test de Turing », ce test destiné à savoir si le message vient d’un humain ou d’une machine. Celui-ci prendra de multiples formes dans l’avenir (par exemple les captcha, ces tests optiques qui permettent de vérifier qu’un message est envoyé par un humain sont des tests de Turing).
Ainsi la naissance des technologies de l’information commence par une défaite de l’esprit humain : Gödel et Turing affirment que jamais la rationalité ne permettra de distinguer de façon définitive le vrai du faux. Elle se termine par l’affirmation qu’il existe un rival à cet esprit humain, des machines capables de penser.
Nous utilisons tous les jours les outils du numérique, mais nous ne sommes toujours pas remis de la crainte qu’ils nous inspirent.

Bibliographie

James Gleick : L’information, l’histoire, La théorie, Le déluge (Cassini-2015)
Walter Isaacson : Les innovateurs (Jean-Claude Lattès-2015)
Clarisse Herrenschmidt : Les trois écritures : Langue, nombre, code (Gallimard-2010)
Alan Turing, Jean-Yves Girard : La machine de Turing (Seuil 1995)

 

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