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25/01/2013

Le calcul intensif

Le calcul intensif, un outil pour

comprendre le monde

 
 

Dès les premiers âges de l’humanité, l’homme a eu besoin de compter... Son bétail, ses biens, le prix d’une transaction. Dans les sociétés primitives, on utilise d’abord et naturellement ses dix doigts ; l’histoire veut que cette pratique soit à l’origine du système décimal. Puis, de façon plus perfectionnée, dans l’Antiquité, on se sert de cailloux qu’on entasse ou de bâtons qu’on entaille.


 

Les os d'Ishango, également appelés bâtons d'Ishango, sont considérés comme le plus ancien outil de calcul jamais mis à jour. Il s’agit de vestiges archéologiques découverts dans l'ancien Congo belge (aujourd’hui République démocratique du Congo), datés d’environ de 20 000 ans et portant plusieurs colonne d’entailles. En Abyssinie (l’Éthiopie aujourd’hui), il était d’usage pour les guerriers partant au combat de déposer un caillou sur un tas, caillou qu’il retirait en revenant du combat. Le nombre de cailloux non repris permettait de déterminer le nombre de morts au combat. De même, les bergers comptabilisaient-ils leurs moutons avec des cailloux déposés dans un pot, à l'entrée et à la sortie de la bergerie.
Le caillou et le bâton sont l’un des plus anciens systèmes de calcul découvert à ce jour et permettaient d’effectuer des additions et des soustractions sur des nombres entiers : nombre d'animaux dans un troupeau, nombre de soldats dans une armée, nombre de jours dans un calendrier, prix à payer lors d'une transaction ou impôt.
Ces objets pouvaient également être façonnés en argile sous la forme de demi-sphères ou de sphères, par exemple. Lors de fouilles organisées en 1977 à Suse, les archéologues ont ainsi mis au jour des bourses en terre cuite scellées, contenant des billes en terre crue datant de 3300 av. J.-C et qui servaient d'archives aux comptables sumériens lors de transactions.
Cailloux naturels ou façonnés et bâtons sont à l’origine des tablettes (ou abaques) et des bouliers qui seront utilisés pendant plusieurs siècles et seront sans cesse perfectionnés pour effectuer des calculs de plus en plus complexes : longueurs, durées, proportions...

Avec la machine à calculer que Pascal présente en 1645, certaines opérations sont automatisées : additionner et soustraire deux nombres de façon directe, faire des multiplications et des divisions par répétitions. L’objectif du mathématicien-philosophe ? Aider son père, nommé surintendant des finances de Haute-Normandie, à (bien) calculer les recettes fiscales de la province. La Pascaline ouvre la voie au développement du calcul mécanique d'abord en Europe, puis dans le monde entier. Les siècles suivants verront la mise au point de calculatrices mécaniques, électromécaniques puis électroniques avec l’invention du microprocesseur par Intel en 1971. Calculatrices et caisses enregistreuses existent toujours aujourd’hui dans des versions parfois très perfectionnées.

En sciences et dans l’industrie, le développement de la simulation numérique, qui permet de reproduire virtuellement des phénomènes complexes, a conduit à concevoir un autre type de « machine à calculer » : le supercalculateur. Le premier d’entre eux, conçu en Allemagne dès la fin des années trente, était capable d’effectuer une opération par seconde... Aujourd’hui, les machines les plus performantes peuvent en réaliser des millions de milliards dans le même laps de temps... D’où le terme de calcul intensif qui désigne, également, par extension, la science développée autour de ces équipements (matériels, logiciels etc.).

Le calcul intensif est aujourd’hui indispensable dans de très nombreux domaines académiques et industriels  : l’environnement et le climat pour la prévision météorologique ou l’évaluation des risques naturels comme les cyclones ou les tsunamis ; l’automobile ; l’aéronautique et le spatial pour réduire les temps de conception et de validation de certains composants ; la chimie, la médecine et la biologie pour mettre au point des médicaments très ciblés ; la physique des matériaux pour qualifier de nouveaux concepts ou mesurer leur résistance ; l’énergie pour optimiser la prospection pétrolière ou designer les centrales de demain ; la finance pour évaluer certains produits complexes ; le multimédia pour mettre au point les séquences en 3D (relief)…

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