Fiche de révision : Python et représentation des données

📋 Plan du Cours

1. Langages de programmation et machine
2. Identificateurs et mots-clés Python
3. Instructions et blocs Python
4. Types et variables Python
5. Entrées et sorties Python
6. Information et système informatique
7. Composants de l’ordinateur
8. Catégories de données numériques
9. Bases et conversions numériques
10. Codage des entiers
11. Représentation des nombres réels
12. Codage des caractères

📖 1. Langages de programmation et machine

🔑 Notions clés & Définitions

• Langage machine : Ensemble des instructions directement exécutables par un processeur donné, représentées sous forme binaire.

• Langage de programmation : Langage servant à donner des instructions à un ordinateur et possédant un vocabulaire, une syntaxe et des mots-clés que l’ordinateur comprend après traduction en langage machine.
• Langage assembleur : Représentation du langage machine par des abréviations symboliques plus lisibles pour l’humain, tout en restant proche de la machine.

💡 Astuce mémo

Le langage machine parle au processeur ; le langage de haut niveau rapproche les instructions de l’humain.

📖 2. Identificateurs et mots-clés Python

🔑 Notions clés & Définitions

• Mot-clé : Mot prédéfini et réservé qui a une signification particulière pour l’interpréteur et ne peut pas servir d’identificateur.
• Identificateur : Nom donné à une entité telle qu’une variable, une fonction ou une classe.

★ À maîtriser

📌 Un identificateur Python ne contient que des lettres, des chiffres et des traits de soulignement, commence par une lettre ou un trait de soulignement, peut être de toute longueur et ne peut pas être un mot-clé.

Compléments

• Python 3.7 compte 33 mots-clés, dont tous sont en minuscules sauf True, False et None.

• Les identificateurs Python doivent être uniques.

📖 3. Instructions et blocs Python

🔑 Notions clés & Définitions

• Indentation : Décalage placé au début d’une ligne pour délimiter un bloc de code en Python.

★ À maîtriser

📌 Un bloc Python commence par une ligne indentée et se termine à la première ligne non indentée, et son indentation doit rester cohérente.

Compléments

📌 En Python, la continuation explicite d’une instruction sur plusieurs lignes s’écrit avec une barre oblique inverse () en fin de ligne.

📌 En Python, une instruction entre parenthèses, crochets ou accolades peut se poursuivre sur plusieurs lignes sans barre oblique inverse.

• Quatre espaces sont généralement utilisés et préférés aux tabulations pour indenter le code Python.

📌 En Python, un commentaire commence par le caractère dièse (#).

• Un commentaire multiligne peut être écrit avec un dièse sur chaque ligne ou avec une chaîne multilignes non affectée.

📖 4. Types et variables Python

🔑 Notions clés & Définitions

• Type de données : Ensemble de valeurs et des opérations pouvant être effectuées sur ces valeurs.
• Variable : Nom qui référence une valeur en mémoire.
• Typage dynamique : Le typage dynamique signifie que Python détecte automatiquement le type d’une variable selon la valeur référencée et permet à une même variable de référencer des valeurs de types différents au cours du programme.
• Littéral : Valeur écrite directement dans le code.
• Opérateur : Signe ou symbole qui permet de réaliser une opération.

📝 Points essentiels

• En Python, la fonction type() permet de connaître le type d’une donnée ou de la valeur d’une variable.

• Python permet l’affectation multiple, par exemple a, b, c = 10, 20, 30, ainsi que l’affectation d’une même valeur à plusieurs variables, par exemple x = y = z = 100.

📖 5. Entrées et sorties Python

★ À maîtriser

• La fonction input() affiche une chaîne de caractères, attend la saisie de l’utilisateur puis renvoie la donnée saisie sous forme de chaîne.

• Pour effectuer des opérations mathématiques sur une saisie de input(), il faut convertir la chaîne obtenue avec int() ou float().

• La fonction print() affiche du texte ou des valeurs et convertit automatiquement les valeurs affichées en chaînes de caractères.

Compléments

• La fonction eval() évalue une expression Python fournie sous forme de texte, mais elle est dangereuse avec une saisie non fiable parce qu’elle exécute du code Python.

• Dans print(), le paramètre sep définit le séparateur entre les valeurs et vaut un espace par défaut, tandis que end définit le texte final et vaut un retour à la ligne par défaut.

💡 Astuce mémo

input() reçoit une chaîne ; print() affiche des valeurs.

📖 6. Information et système informatique

🔑 Notions clés & Définitions

• Informatique : Science du traitement automatique de l’information.
• Information : Support de connaissance constitué d’un ensemble de données ayant un sens.
• Système informatique : Ensemble de composants matériels et logiciels capables de traiter automatiquement l’information.
• Traitement : Ensemble des opérations qui permettent de collecter, stocker, transformer et communiquer l’information.

📝 Points essentiels

• Dans un ordinateur, les informations sont représentées sous forme binaire, c’est-à-dire par une suite de 0 et de 1 appelée bits.

💡 Astuce mémo

Une donnée brute devient une information quand elle prend un sens, comme 25 et 25 °C.

📖 7. Composants de l’ordinateur

🔑 Notions clés & Définitions

• Processeur : Composant chargé de l’exécution des instructions d’un ordinateur.
• Unité centrale : Regroupement des principaux composants électroniques assurant le traitement des informations et l’exécution des instructions, notamment le processeur, la mémoire et la carte mère.

★ À maîtriser

📌 La RAM est une mémoire temporaire et rapide qui stocke les données et programmes en cours d’exécution, tandis que la mémoire de masse, comme un disque dur ou un SSD, conserve durablement les données même hors tension et est plus lente.

• L’unité arithmétique et logique réalise les calculs arithmétiques et logiques, tandis que l’unité de contrôle coordonne l’exécution des instructions en les lisant, les décodant et les exécutant.

Compléments

• Les périphériques se répartissent selon leur fonction :
  • Entrée : clavier, souris, scanner et capteurs
  • Sortie : écran, imprimante et haut-parleurs
  • Entrée/sortie : clé USB, disque externe et carte réseau

📖 8. Catégories de données numériques

★ À maîtriser

📌 Les données numériques représentent des quantités entières ou réelles, les données alphanumériques représentent des caractères isolés ou des chaînes, et les données logiques représentent les états vrai ou faux.

Compléments

• Les données alphanumériques sont codées en mémoire selon des normes d’encodage comme ASCII ou Unicode.

• Le test x > 10 est vrai si x = 15 et faux si x = 8.

📖 9. Bases et conversions numériques

🔑 Notions clés & Définitions

• Représentation en base : En base b, l’écriture (a_p a_{p-1}…a_0)_b représente la somme des chiffres a_k multipliés par leurs puissances de b, avec des chiffres compris entre 0 et b−1 et un chiffre de tête non nul.
• Transcodage : Le transcodage, ou conversion de base, consiste à exprimer un même nombre dans une autre base.

★ À maîtriser

• Les bases usuelles sont :
  • La base décimale 10
  • La base binaire 2
  • La base octale 8
  • La base hexadécimale 16

• Pour convertir un entier décimal en base b, on effectue des divisions successives par b jusqu’à obtenir un quotient nul, puis on lit les restes du dernier au premier.

Compléments

• La base octale utilise huit chiffres, de 0 à 7, et un symbole octal représente 3 bits.

• La base hexadécimale utilise les chiffres 0 à 9 et les lettres A à F, et un symbole hexadécimal représente 4 bits.

• Pour convertir un nombre binaire en octal, on regroupe les bits par paquets de 3 en partant de la droite, puis on remplace chaque paquet par son chiffre octal correspondant.

• Pour convertir un nombre binaire en hexadécimal, on regroupe les bits par paquets de 4, puis on remplace chaque paquet par son symbole hexadécimal correspondant.

📖 10. Codage des entiers

★ À maîtriser

• En code binaire pur, un entier naturel est représenté en base 2 et les bits sont complétés à gauche par des zéros si nécessaire.

• Sur n bits, le code binaire pur représente les entiers de $0$ à $2^n-1$.

• En complément à 1, un nombre négatif est codé en inversant tous les bits de la représentation binaire de sa valeur absolue.

• En complément à 2, un nombre négatif est codé en ajoutant 1 au complément à 1 de la représentation binaire de sa valeur absolue.

Compléments

📌 En code signe et valeur absolue sur n bits, le bit de poids fort indique le signe et l’étendue représentable est de −(2^{n−1}−1) à 2^{n−1}−1.

• Sur n bits, le complément à 2 représente les entiers de $-2^{n-1}$ à $2^{n-1}-1$.

📖 11. Représentation des nombres réels

★ À maîtriser

📌 La virgule fixe conserve un nombre fixe de chiffres après la virgule, tandis que la virgule flottante détermine la position de la virgule à partir d’une mantisse et d’un exposant.

📐 Formule - Une représentation en virgule flottante exprime un nombre sous la forme $x = (signe) \times (mantisse) \times b^{exposant}$.

• La norme IEEE-754 définit notamment la simple précision sur 32 bits, répartis en 1 bit de signe, 8 bits d’exposant et 23 bits de mantisse, et la double précision sur 64 bits, répartis en 1 bit de signe, 11 bits d’exposant et 52 bits de mantisse.

• Les limites de la virgule flottante comprennent l’overflow, qui donne +∞ ou −∞, l’underflow, qui arrondit à zéro avec +0 ou −0, et les erreurs d’arrondi dues aux fractions non représentables exactement en binaire, qui peuvent se cumuler.

Compléments

• Avec 4 bits pour la partie entière et 4 bits pour la partie fractionnaire, le mot binaire 0101 1011 représente 5,6875 en virgule fixe.

📐 Formule - En IEEE 754 simple précision, un nombre normalisé est représenté par $x = (-1)^S \times 1.\text{mantisse} \times 2^{E-127}$.

• En IEEE 754 simple précision, S vaut 0 pour un nombre positif et 1 pour un nombre négatif ; E est stocké sur 8 bits, les valeurs E = 0 et E = 255 étant réservées aux nombres dénormalisés ou à zéro, et à l’infini ou NaN, respectivement.

• En IEEE 754 simple précision, le biais vaut 127 et l’exposant réel des nombres normalisés varie de −126 à +127.

• En IEEE 754 simple précision, 5,75 s’écrit 101,11₂ = 1,0111₂ × 2² et se code avec le signe 0, l’exposant 129 et la mantisse 01110000000000000000000.

📖 12. Codage des caractères

🔑 Notions clés & Définitions

• Unicode : Norme internationale qui attribue un code unique à chaque caractère et permet plus d’un million de caractères possibles.
• UTF-8 : Encodage très utilisé, compatible avec ASCII et capable de représenter les alphabets latin, arabe et chinois ainsi que les emojis.

★ À maîtriser

• Les caractères sont représentés dans l’ordinateur par des codes numériques, car celui-ci ne traite que des 0 et des 1.

Compléments

• En ASCII, le caractère A est associé au nombre 65.

• ASCII est limité à 128 caractères et ne suffit pas à représenter les accents ni toutes les langues, comme l’arabe ou le chinois.

💡 Astuce mémo

Unicode attribue un code aux caractères ; UTF-8 les encode en restant compatible avec ASCII.