De Babbage à Turing : l'invention de l'ordinateur
Notion
8 min de lecture1834-1951L'ordinateur n'a pas été inventé en un jour ni par une seule personne. C'est le fruit d'une idée, celle d'une machine universelle capable d'exécuter n'importe quel calcul pourvu qu'on lui donne les bonnes instructions, et d'une technique, l'électronique, qui a permis de la réaliser. Comprendre cette histoire, c'est comprendre pourquoi un même objet peut servir à écrire, à calculer, à jouer et à communiquer : il ne fait rien de particulier, il fait tout ce qu'on lui programme.
L'idée est ancienne. Dès 1834, l'Anglais Charles Babbage conçoit une « machine analytique » à vapeur, jamais achevée, qui possède déjà les organes d'un ordinateur : une unité de calcul, une mémoire, des cartes perforées pour entrer les instructions. Son amie Ada Lovelace écrit pour elle ce que l'on considère comme le premier programme et comprend qu'une telle machine pourrait manipuler des symboles, donc composer de la musique, et pas seulement des nombres.Le saut théorique est accompli en 1936 par Alan Turing, mathématicien de Cambridge, qui définit dans un article sur les limites du calcul une machine abstraite (la « machine de Turing ») capable de simuler toute autre machine : c'est la notion de calculabilité et de programme enregistré. Pendant la guerre, Turing participe à Bletchley Park au décryptage des messages allemands ; en Allemagne, Konrad Zuse construit le Z3 (1941), premier calculateur programmable ; aux États-Unis, l'ENIAC (1945), 30 tonnes et 18 000 tubes à vide, calcule les tables de tir de l'armée.En 1945, le mathématicien John von Neumann décrit l'architecture qui porte son nom (programme et données dans la même mémoire) et qui reste celle de tous nos appareils. L'invention du transistor (1947) puis du circuit intégré (1958) miniaturise la machine, et la « loi de Moore » (1965) annonce le doublement de sa puissance tous les deux ans. Le calculateur militaire devient, en cinquante ans, l'objet le plus répandu du monde.Définition
Un ordinateur est une machine électronique qui traite automatiquement des informations selon un programme enregistré. Le mot français est forgé en 1955 par le professeur Jacques Perret, à la demande d'IBM France, à partir du latin ordinator (celui qui met en ordre), pour traduire computer, jugé trop restrictif (calculateur). Un ordinateur se compose de quatre organes : une unité de calcul (le processeur), une mémoire, des entrées (clavier, capteurs) et des sorties (écran), reliés selon l'architecture de von Neumann.La machine de Turing n'est pas un objet mais un modèle mathématique : une tête de lecture qui se déplace sur un ruban infini, lit un symbole, le modifie et change d'état selon une table de règles. Turing démontre qu'une telle machine « universelle » peut imiter n'importe quelle autre si on lui fournit sa description : c'est le fondement théorique du logiciel, et de l'idée qu'un même matériel peut exécuter une infinité de programmes.Le programme est la suite d'instructions qui dicte à la machine ce qu'elle doit faire. L'innovation décisive de 1945 est de le stocker dans la mémoire comme une donnée, ce qui permet de le modifier sans recâbler la machine. L'informatique (contraction d'information et automatique, mot créé par Philippe Dreyfus en 1962) est la science du traitement automatique de l'information.
Contexte
Le rêve d'automatiser le calcul est ancien : boulier, machine à calculer de Pascal (la Pascaline, 1642), machine de Leibniz (1673), métier à tisser de Jacquard (1801) dont les cartes perforées commandent les motifs. Babbage s'inspire directement de Jacquard : « la machine analytique tisse des motifs algébriques comme le métier tisse des fleurs », écrit Ada Lovelace. Mais la mécanique du XIXe siècle ne permet pas de réaliser une telle machine, et le projet reste sur le papier.Le contexte décisif est celui de la crise des fondements des mathématiques (années 1900-1930) : Hilbert demande s'il existe une procédure mécanique pour décider de la vérité de tout énoncé ; Gödel (1931) puis Turing (1936) répondent par la négative, et c'est en définissant rigoureusement ce qu'est une « procédure mécanique » que Turing invente l'ordinateur théorique. La Seconde Guerre mondiale fournit ensuite les moyens : à Bletchley Park, les « bombes » de Turing puis le Colossus (1943) cassent les codes Enigma et Lorenz ; aux États-Unis, l'ENIAC est financé par l'armée. La guerre froide prolonge cet effort (calcul balistique, bombe H, programme spatial).Les années 1950 voient naître l'industrie : UNIVAC (1951), premier ordinateur commercial, IBM qui domine les décennies suivantes, les premiers langages (Fortran, 1957 ; COBOL, 1959). Le transistor (Bell Labs, 1947, prix Nobel 1956) remplace les tubes à vide, le circuit intégré (Kilby et Noyce, 1958) intègre des milliers de transistors sur une puce, le microprocesseur (Intel 4004, 1971) met un ordinateur entier sur une puce. C'est ce qui rend possible, dans les années 1970-1980, l'ordinateur personnel (Apple II, 1977 ; IBM PC, 1981 ; Macintosh, 1984).
Mécanismes
- Le codage binaire : toute information (nombre, lettre, image, son) est représentée par des suites de 0 et de 1 (bits), qui correspondent physiquement à deux états électriques. Le système binaire, théorisé par Leibniz, est adopté parce qu'il est le plus simple à réaliser électroniquement et le plus résistant aux erreurs.
- La logique booléenne : les opérations sur les bits (ET, OU, NON) suivent l'algèbre de George Boole (1854). Claude Shannon montre en 1937 que des circuits électriques peuvent réaliser ces opérations : c'est le pont entre logique et électronique.
- L'architecture de von Neumann : processeur (unité de contrôle et unité arithmétique), mémoire contenant programme et données, entrées-sorties, reliés par des bus. Le processeur exécute en boucle : lire l'instruction, la décoder, l'exécuter. Des milliards de fois par seconde aujourd'hui.
- Le programme enregistré : puisque le programme est une donnée, un programme peut en modifier un autre, se copier, ou en interpréter un troisième : c'est ce qui permet les systèmes d'exploitation, les compilateurs et les virus.
- La miniaturisation : tube à vide (années 1940), transistor (1947), circuit intégré (1958), microprocesseur (1971). La loi de Moore (1965) prédit le doublement du nombre de transistors par puce tous les deux ans ; elle s'est vérifiée pendant cinquante ans (un smartphone contient plus de 10 milliards de transistors) et atteint aujourd'hui ses limites physiques.
- Les couches d'abstraction : du matériel au langage machine, puis aux langages de programmation, aux systèmes d'exploitation et aux applications, chaque couche cache la complexité de la précédente. C'est ce qui permet à un non-spécialiste d'utiliser une machine d'une complexité inouïe.
Enjeux & débats
1) Qui a inventé l'ordinateur ? Babbage (l'idée), Zuse (la première machine programmable, 1941), Atanasoff (le premier calculateur électronique, 1942), Turing (la théorie), Eckert et Mauchly (l'ENIAC), von Neumann (l'architecture) : la question n'a pas de réponse unique, et elle est souvent posée en termes nationaux (l'Allemagne, le Royaume-Uni, les États-Unis revendiquent). Elle illustre la nature collective et cumulative de l'innovation, contre le mythe de l'inventeur solitaire.2) La machine peut-elle penser ? Dès 1950, Turing pose la question dans un article fameux et propose le « jeu de l'imitation » (test de Turing) : si un interlocuteur ne peut distinguer la machine d'un humain dans une conversation, on peut dire qu'elle pense. Ada Lovelace, un siècle plus tôt, affirmait au contraire que la machine « ne peut rien créer, elle fait seulement ce qu'on lui ordonne ». Ce débat, ravivé par l'IA générative, structure toute la philosophie de l'informatique.3) Mémoire et réparation : le cas Turing. Homosexuel condamné en 1952 à la castration chimique, Turing meurt en 1954, probablement par suicide. Gracié en 2013, il figure depuis 2021 sur le billet de 50 livres. Son histoire pose la question de la reconnaissance tardive des pionniers persécutés, et celle des femmes effacées de l'histoire de l'informatique (Ada Lovelace, les programmeuses de l'ENIAC, Grace Hopper), que les travaux récents réhabilitent.
Exemples
- La machine analytique de Babbage (conçue à partir de 1834) : machine mécanique à vapeur, jamais achevée, comportant un « moulin » (processeur), un « magasin » (mémoire) et des cartes perforées. Ada Lovelace y voit le premier calculateur universel et rédige en 1843 un algorithme pour calculer les nombres de Bernoulli.
- L'article de Turing « On Computable Numbers » (1936) : il définit la machine universelle et démontre l'existence de problèmes indécidables. C'est l'acte de naissance de l'informatique théorique, avant toute machine.
- Le Z3 de Konrad Zuse (Berlin, 1941) : premier calculateur programmable fonctionnel, électromécanique, binaire. Détruit dans un bombardement en 1943, longtemps ignoré hors d'Allemagne.
- Colossus (Bletchley Park, 1943-1944) : premier calculateur électronique programmable, conçu par Tommy Flowers pour décrypter les messages de Lorenz. Secret jusqu'aux années 1970, il a été absent des histoires officielles de l'ordinateur.
- L'ENIAC (Philadelphie, 1945) : 30 tonnes, 18 000 tubes, 150 kW, programmé par six femmes (Kay McNulty, Betty Jennings, Betty Holberton...) en recâblant la machine. Son successeur EDVAC applique l'architecture de von Neumann.
- L'Intel 4004 (1971) : premier microprocesseur commercial, 2 300 transistors, conçu pour une calculatrice japonaise. Il ouvre l'ère de la micro-informatique et de l'ordinateur personnel.
- Le Macintosh (1984) : lancé par Apple avec un spot inspiré d'Orwell, il popularise l'interface graphique (fenêtres, icônes, souris) inventée au Xerox PARC dans les années 1970, et fait de l'ordinateur un objet grand public.
Pièges & confusions
- Croire que l'ordinateur est né avec l'ENIAC en 1945 : l'idée date de Babbage (1834), la théorie de Turing (1936), la première machine de Zuse (1941).
- Confondre calculatrice et ordinateur : la calculatrice exécute une opération fixe ; l'ordinateur est universel parce que programmable.
- Oublier les femmes pionnières : Ada Lovelace (premier programme), les programmeuses de l'ENIAC, Grace Hopper (premier compilateur) sont longtemps restées invisibles.
- Réduire Turing au décryptage d'Enigma : sa contribution majeure est théorique (1936) et philosophique (1950).
- Prendre la loi de Moore pour une loi physique : c'est une observation empirique devenue objectif industriel, et elle touche à sa fin.
Usage concours / oral
Cette fiche est fondatrice : elle vous permet de comprendre ce qu'est réellement un ordinateur et donc de parler avec précision de l'IA, du numérique ou des algorithmes. Sur un sujet touchant à la technique, le progrès ou l'invention, le cas de l'ordinateur illustre à merveille le caractère collectif, cumulatif et souvent militaire de l'innovation : de Jacquard à Turing, de la guerre à l'industrie.Sur la pensée et la machine, la confrontation Lovelace / Turing (la machine ne crée rien vs le test de Turing) est un argument prêt à l'emploi, que vous pouvez enrichir de la « chambre chinoise » de John Searle (1980). Sur la mémoire et la justice, la trajectoire de Turing, condamné pour homosexualité puis réhabilité, est un exemple fort de la manière dont une société reconnaît tardivement ses génies.À l'oral, sachez expliquer simplement l'idée de machine universelle (un même matériel, une infinité de programmes) et pourquoi elle explique le smartphone : c'est ce genre de clarté conceptuelle qui distingue un candidat qui a compris d'un candidat qui récite. Retenez trois dates : 1936 (Turing), 1945 (ENIAC et von Neumann), 1971 (microprocesseur).
Sources
Questions d'oral
1Qui a inventé l'ordinateur ?2Qu'est-ce qu'une machine universelle ?3Pourquoi les ordinateurs fonctionnent-ils en binaire ?4Une machine peut-elle penser, selon Turing ?5Quel rôle la guerre a-t-elle joué dans la naissance de l'informatique ?
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