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Les prémisses de l’interface graphique utilisateur (GUI), du Desktop, du Dessin assisté par ordinateur (DAO), de la 3D et de la réalité virtuelle
Première partie : Le Whirlwind (La Tornade) 1948-1951 et le Projet SAGE 1949-1956
mercredi 7 juin 2006, par
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- Les prémisses de l’interface graphique utilisateur (GUI), du Desktop, du Dessin assisté par ordinateur (DAO), de la 3D et de la réalité virtuelle
Première partie : Le Whirlwind (La Tornade) 1948-1951 et le Projet SAGE 1949-1956
mercredi 7 juin 2006 par François Daniel Giezendanner
http://icp.ge.ch/sem/cms-spip/spip.php?article262
Préambule
Nombreux sont ceux qui pensent qu’Apple a inventé l’interface graphique utilisateur WIMP (Windows, Icônes, Menus, Pointer), d’autre pensent que c’est Xerox PARC et qu’Apple a puisé dans ce vivier de chercheurs créatifs, de travaux innovants et de réalisations opérationnelles. En fait, l’essentiel avait déjà vu le jour auparavant grâce aux travaux successifs de brillants chercheurs tels que Jay Forrester avec le Whirlwind (l’objet du présent article), puis d’Ivan Sutherland avec le Sketchpad et de Douglas Engelbart, lequel, entre autres choses, inventa la souris.
Grâce à eux, aujourd’hui un véritable changement de paradigme se prépare à l’horizon avec des environnements graphiques Desktop 3D conviviaux et intuitifs tels que Looking Glass et Task Gallery par exemple.
Le développement du Whirlwind et du projet SAGE sont donc aussi précurseurs en matière d’ergonomie. Cette discipline est aujourd’hui centrale dans l’informatique en général et dans la conception-création de sites web en particulier (CMS, portails, plates-formes d’apprentissage, etc.). A cet égard, une activité connexe qui s’est déployée est indiquée dans l’aparté à la fin de cet article.
Introduction
Alors que l’informatique est née au milieu des années 1940 aux Etats-Unis, le développement de ses applications graphiques en temps réel commence en 1946 au Massachusetts Institute of technology (MIT) avec le Whirlwind qui est le premier ordinateur à posséder un système d’affichage graphique en temps réel (écran à tube cathodique). Le Gouvernement américain finance le projet dès 1944 pour des objectifs de défense nationale.
Le Whirlwind est certes le premier ordinateur numérique du MIT, mais il est surtout :
- le premier ordinateur numérique construit spécifiquement pour le contrôle en temps réel ;
- le premier ordinateur avec un affichage graphique ;
- le premier ordinateur à utiliser la mémoire à tores.
L’histoire du Whirlwind peut être divisée en deux périodes interreliées mais distinctes :
Première période (1944-1951) : Fin de la 2ème guerre mondiale et début de la guerre de Corée - Le Whirlwind doit fonctionner dans les simulateurs de vol comme mécanisme de contrôle en temps réel
A la fin des années 1944, sur mandat de la Marine américaine (au Centre des engins spéciaux), des chercheurs du Massachusetts Institute of technology (MIT) du Servomechanisms Laboratory dirigés par
- Jay Forrester, inventeur de la mémoire à tores magnétiques, tenant un plan de mémoire de 64 x 64.
- Picture used with the permission of the MITRE Corporation. Copyright © The Mitre Corporation. All Rights reserved
Jay Wright Forrester (jeune ingénieur du Nebraska) travaillent au développement d’ASCA, un « ordinateur » analogique devant être intégré à un simulateur de vol polyvalent pour entraîner les équipages des bombardiers. Le système doit être capable de mettre à jour, en continu, un tableau de bord simulé sur la base des commandes entrées par les pilotes et du comportement de l’avion. Pour faire fonctionner le simulateur dans des conditions réalistes, il faut résoudre simultanément, et en temps réel, de nombreuses équations comportant plus d’une centaine de variables. Après une année de travaille les chercheurs réalisent que la tâche est d’une complexité insurmontable pour ASCA. Le projet analogique doit être abandonné et doit évoluer de façon radicale. Jerry Crawford, membre de l’équipe, montra sur un ordinateur travaillant en mode batch (l’ENIAC), c’est à dire par lots en temps diffféré, que ces difficultés pouvaient êtres surmontées avec un ordinateur numérique.
Ainsi sur cette base, en juin 1946, Jay Forrester s’oriente vers la conception d’un véritable calculateur électronique et digital, un ordinateur numérique, le Whirlwind. Pour répondre aux exigences de la marine, le Whirlwind doit fonctionner dans les simulateurs de vol comme mécanisme de contrôle en temps réel. Une nouvelle forme d’ingénierie numérique, basée sur des traitements et des actions en temps réel, allait naître. L’équipe chargée de construire le Whirlwind est dirigée par Jay Forrester,
- Vue large de la salle du Whirlwind I pleinement opérationnel (27 septembre 1951)
- Picture used with the permission of the MITRE Corporation. Copyright © The Mitre Corporation. All Rights reserved.
entouré de Charles W. Adams, Robert Evereet et Ken Olsen. La conception et la construction durèrent de 1946 à 1955 et connurent plusieurs évolutions profondes. La recherche de la performance, de la fiabilité et de la rapidité de réponse dans cet ordinateur ont amené de grands progrès en informatique. La construction a commencé avec une équipe de 175 personnes, y compris 70 du personnel technique.
Le premier Whirlwind opérationnel est disponible le 20 avril 1951. A ce moment la Marine américaine a perdu l’intérêt pour le Whirlwind, mais l’Armée de l’Air prend le relai pour son développement.
Première pièce du puzzle du « Desktop-DAO »
A ce stade du développement, le Whirlwind met en place la première pièce du puzzle de l’interface utilisateur graphique (Desktop) et du Dessin Assisté par Ordinateur (DAO) modernes : un tube cathodique capable d’afficher des graphiques en temps réel.
Le Whirlwind 1 était une machine encombrante :
- Norman Taylor examine le Multiplicateur à 5 digits du Whirlwind (21 0ctobre 1948)
- Ayant démontré ses qualités de vitesse, d’exactitude et de fiabilité en temps réel, le multiplicateur à cinq chiffres était un pas en avant de géant. Le célèbre mathématicien de Princeton, John Von Neumann, qui développait également un ordinateur pour ONR, a visité le MIT en 1948 peu de temps après que le multiplicateur ait accompli 5 milliards de multiplications sans erreur. En voyant la machine fonctionner, il est devenu tellement excité qu’il a embrassé Norman Taylor sur les deux joues. Picture used with the permission of the MITRE Corporation. Copyright © The Mitre Corporation. All Rights reserved.
- Premier étage :
L’unité centrale, le pupitre de contrôle, les écrans cathodiques occupaient le premier étage de l’immeuble Barta. Les machines occupaient une superficie de 300 m2 et étaient disposées dans des armoires alignées le long de nombreux couloirs de 3 mètres de haut, quant au multiplicateur à 5 digits, c’était une armoire d’environ 2 mètres de haut sur 3 mètres de large.
- Rez-de-chaussée : La mémoire auxiliaire sur tambours magnétiques, les bandes magnétiques et les dispositifs de télécommunication occupaient le rez-de-chaussée.
- Sous-sol : Il accueillait les génératrices électriques d’une puissance de 150 kW.
- Toit : Le toit du bâtiment était couvert par l’installation de climatisation.
Caractéristiques techniques du Whirlwind 1
- La mémoire était constituée de tubes électrostatiques d’une capacité de 64 mots de 16 bits.
- En 1953, 2 unités de mémoire à tores de ferrite furent ajoutées. Capacité : 1024 mots de 16 bits chacune.
- Le système graphique du Whirlwind affichait initialement une définition de 32 x 32 points à l’écran du tube cathodique (CRT). En 1951 elle a été portée à 256 x 256 points.
- Jay Forrester (à gauche debout) et Norman Taylor (à gauche, pointant du doigt) en 1952
- Picture used with the permission of the MITRE Corporation. Copyright © The Mitre Corporation. All Rights reserved.
Le Whirlwind était utilisé pour les représentations alphanumériques et graphiques de divers calculs.
Et aussi :
- Architecture parallèle ;
- 27 instructions ;
- 20’000 instructions par seconde ;
- Fréquence de base : 1 MHz ;
- Mémoire : 1024 registres de 16 bits ;
- 12’500 tubes à vide ;
- Entrée / sortie de données par clavier / ruban perforé (flexowriter) ;
- Affichage alphanumérique et graphique sur écran cathodique : initialement en 32 x 32 points puis en 256 x 256 points en 1951 ;
- Surface occupée : 300 m2 ;
- Poids : 250 tonnes (ou 10 tonnes selon les sources) ;
- Consommation : 150 kW ;
- La machine fut en production jusqu’en juin 1959.
Le 30 juin 1959, le Whirlwind cessa officiellement d’être opérationnel.
Quelques mots concernant Norman Taylor
Norman Taylor a rejoint le projet du Whirlwind en 1947 au « Laboratoire de calculateur numérique » du MIT. En 1951, il est allé au Laboratoire Lincoln comme directeur associé de la Division d’ordinateur. Il y était responsable du MTC, Fsq-7, Tx-1, et Tx-2. Norman Taylor est l’un des acteurs principaux qui ont conçu le SAGE au Laboratoire Lincoln. Il travaillerat également avec l’infrastructure du SAGE.
Deuxième période (1949-1956) : Ré-émergence du soucis de la défense aérienne du pays
En septembre 1949, l’Union soviétique fait exploser sa première bombe atomique en Sibérie profonde et leurs bombardiers à longue portée, justement présents sur les bases aériennes russes, étaient capables de « livrer » une charge nucléaire utile en profondeur sur le terrritoire des Etats-Unis. Cela changeait radicalement la situation. Il était évident, pour la communauté de la Défense et d’autres, que les USA étaient en grand danger. Ils se sont donc rapidement organisés pour développer des stratégies de défense et de réplique. Le complexe militaro-industriel américain décide de faire appel aux chercheurs du MIT pour élaborer des systèmes de défense au sol destinés à protéger les Etats-Unis contre toute attaque nucléaire. Ainsi, en décembre, 1949, le MIT est approché par l’Armée de l’Air pour la conception et l’établissement d’un réseau automatisé de défense aérienne. Ce réseau devrait détecter une attaque ennemie assez tôt ainsi la riposte appropriée pourrait être lancée. En 1950 éclate la guerre de Corée. Cela stimule davantage les Etats-Unis pour leur défense aérienne et des subventions de recherche d’une importance équivalente à celle de la 2ème Guerre mondiale se déclenchent.
L’Air Force américaine engage alors plusieurs projets et mandate en 1949 le professeur George Valley du MIT pour un système de défense aérienne. A partir d’échos radars, un tel système doit permettre par triangulation en temps réel de déterminer la position, la direction et la vitesse de multiples avions. Pour résoudre les importants problèmes de calcul ainsi posés, George Valley choisit de les surmonter avec un ordinateur numérique et se tourne vers le projet Whirlwind.
George Valley et Jay Forrester se rencontrent pour élaborer, « sur mandat de L’Air Force », un plan de défense aérienne du territoire national sur base d’ordinateurs centraux, afin de contrôler les radars et de coordonner les ripostes adéquates en cas d’attaque de bombardiers soviétiques. Ce projet portera l’acronyme SAGE : Semi Automated Ground Environment (environnement au sol semi-automatisé).
- Système de défense aérienne SAGE - R&D 1951-1957
- Source : ATC Surveillance - A Retrospective Look. Raymond R. LaFrey, Air Traffic Control Program Manager, MIT Lincoln Laboratory, 17 April 2002-1, NASA GRC CNS Conference.
Le Whirlwind devient alors la pierre angulaire du projet SAGE, qui à son tour deviendra la pierre angulaire de la défense des Etats-Unis. En 1951, l’hybride Whirlwind/SAGE passe son premier essai officiel : il a correctement identifié et tracé des trajectoires d’interception pour huit objets simultanés au-dessus du territoire des Etats-Unis. Ces données auraient été disponibles pour d’autres installations, si elles avaient existé. Quand le réseau entier a été relié plus tard aux installations sophistiquées de missiles, SAGE est devenu un système de défense aérien formidable.
En 1957, les Russes lancent leur premier satellite artificiel, le Spoutnik-1. Les USA le perçoivent comme une aggravation de la menace nucléaire et un défi à la fois scientifique et technologique. Ils réagissent en créant l’agence ARPA. Son objectif est de court-circuiter les procédures traditionnelles de financement de la recherche et permettre ainsi aux projets les plus avant-gardistes d’être directement financés.
La clef du succès de SAGE est le développement d’un modèle de série du Whirlwind. IBM gagne le contrat pour concevoir et établir le Whirlwind II, autrement connu sous l’appellation IBM FSQ-7, pour le nouveau système de défense aérien proposé devant relier tous les sites radar nords américains.
Le FSQ-7 utilise plus de 49.000 tubes à vide, il pèse 250 tonnes et exige une alimentation de 3’000 kW.
Le premier centre SAGE est opérationnel en 1958 sur base d’ordinateurs IBM FSQ-7 créés à partir du prototype Whirlwind I de Jay Forrester.
Les opérateurs des ordinateurs Whirlwind et IBM FSQ-7 utilisent des « pistolets de lumière » (capteurs de type cellules photo-élerctriques, précurseurs du stylo lumineux) pour désigner des spots (les cibles) sur leurs écrans radar (tube CRT), représentations symboliques des bombardiers soviétiques à intercepter.
- Ecran d’identification typique sur l’écran d’une situation SAGE (23 novembre 1953)
- Picture used with the permission of the MITRE Corporation. Copyright © The Mitre Corporation. All Rights reserved.
Exemple de manipulation : Le Whirlwind reçoit des données de position concernant un avion depuis une station de radars dans le Massachusetts. Une série de points de repères, affichée sur l’écran représentent la côte orientale du Massachusetts. L’avion est représenté par un symbôle superposé au-dessus du schéma géographique à l’écran du tube cathodique. Pour demander des informations d’identification concernant l’avion, l’opérateur utilise le pistolet de lumière. Lorsqu’il pointe le pistolet sur le symbole de l’avion à l’écran, les requêtes adéquates sont transmises au Whirlwind, lequel identifie l’avion, calcule sa position, sa direction et sa vitesse et affiche le tout sur l’écran CRT en mode alphanumérique.
Chaque Centre SAGE abrite deux ordinateurs IBM FSQ-7, l’un suppléant les pannes de l’autre. Sur un étage, ils occupent 2’000 m2, 70 armoires renfermant 58’000 tubes à vide pour un poid total de 270 tonnes. Les stations de visualisation et
l’équipement téléphonique occcupent une autre surface de 2’000 m2. Il faut ajouter une centrale électrique autonome, un système de climatisation et les commutateurs téléphoniques. En 1961 il y a 23 Centres SAGE en fonctionnement qui relaient tous les sites de radars nord américains.
Deuxième pièce du puzzle du « Desktop-DAO »
Grâce à la mise en œuvre couplée de l’écran graphique (250 x 250 points) et du pistolet optique (plus tard stylo optique), l’interaction homme-machine directe et simultanée devient possible, augmentant la polyvalence et l’utilité des ordinateurs.
A ce stade du développement, l’hybride Whirlwind/SAGE met en place la deuxième pièce du puzzle de l’interface utilisateur graphique (Desktop) et du Dessin Assisté par Ordinateur (DAO). Il constitue même le premier projet en simulation, considéré comme l’ancêtre direct de la réalité virtuelle. Cependant, pour que le système marque véritablement l’avènement du graphisme informatique moderne, le système doit évoluer afin de dépassser une interactivité d’action et permettre une interactivité de création à l’écran, à savoir dessiner, copier, coller, etc. sans d’autres recours que ceux qui sont offerts par le système lui-même à partir du seul couple pointeur-écran de visualisation.
Acronymes, éléments et événements
ARPA : Advanced Research Project Agency
En 1957, suite au lancement du premier Spoutnik par les Soviétiques le 4 octobre 1957, le Président des Etats-Unis Dwight D.Eisenhower crée l’ARPA sur les conseils du ministère de la défense, au sein du DoD (Department of Defense). Objectifs : piloter un certain nombre de projets afin d’assurer aux USA la supériorité scientifique et technique au plan militaire sur la Russie.
ARPAnet : Advanced Research Projects Agency Network
En pleine guerre froide entre les puissances de l’Est et de l’Ouest, le département américain de la Défense met en place ARPAnet, un réseau informatique expérimental sécuritaire qui se veut à l’épreuve des effets d’une guerre nucléaire.
ASCA (1944 à 1946) : Airplane Stability and Control Analyzer (Analyseur de stabilité et de commande d’avion).
Projet de recherche de la Marine américaine destiné à la conception d’un simulateur de vol universel fondé sur les machines analogiques dans le but d’entraîner les équipages des bombardiers. Développé de 1944 à 1946 au sein du « Servomechanisms Laboratory » du MIT dirigé par Jay Forrester.
Bombe atomique soviétique : La première bombe atomique soviétique explose en septembre 1949 en Sibérie profonde.
CAO : Computer Assisted Learning.
CRT : Cathodic Ray Tube (Tube à rayon cathodique).
DAO : Dessin Assisté par Ordinateur.
Desktop : Interface utilisateur graphique interactif, convivial et intuitif exploitant la métaphore du bureau.
ENIAC (1945-1946) : Electronic Numerical Integrator and Computer
Commandé par l’armée des États-Unis en 1942, il a été créé par deux ingénieurs américains John Presper Eckert et John William Mauchly de 1945 à 1946 à l’Université de Pennsylvanie. Il a été conçu pour effectuer les calculs de balistique et remplaçait 200 personnes chargées auparavant de calculer les tables de tir. Il est souvent considéré comme le premier ordinateur tout électronique universel. Il occupait 72 m2, pesait 30 tonnes, consommait 160 kilowatts. Il était composé de 70’000 résistances, 10’000 condensateurs, 1’500 relais, 6’000 commutateurs manuels, 17’468 tubes à vide. Il faisait ses calculs en système décimal. Il tournait à 100 kHz, était composé de 20 calculateurs fonctionnant en parallèle et pouvait effectuer 100’000 additions ou 357 multiplications par seconde. Sa « programmation » nécessitait une intervention manuelle humaine importante. Elle se faisait encore au niveau de la machine elle-même, en manipulant plus de 3’000 commutateurs et des centaines de câbles qui assuraient la bonne circulation des données et impulsions de programmes à travers la machine.
Guerre de Corée : La guerre de Corée eut lieu de 1950 à 1953 dans la Péninsule coréenne entre les forces de la Corée du Nord communiste, soutenues par la Chine et l’URSS, et celles de la Corée du Sud capitaliste, soutenues par les États-Unis. Après l’armistice japonais de 1945, l’URSS au nord, et les États-Unis au sud partagent la Corée en deux zones d’occupation dont le 38e parallèle est la démarcation, conformément aux accords de Yalta. Les tensions augmentant entre l’URSS et les USA, il y a une course de « soutien » à sa partie respective. La guerre débute le 25 juin 1950 avec une vaste offensive des nord-coréens. Au final, ce fut une guerre très meurtrière, fratricide, fruit de tensions entre puissances étrangères. Il y eut 2’560’000 combattants. Les pertes (mort, blessé, disparu) furent de 995’601 alliés et 1’500’000 chinois et nord-coréens avec plus de 7 millions de civils disparus ou séparés. Trois ans de guerre n’ont amené quasiment aucun changement territorial et laissé l’impression d’un suicide national. Mais le rapport à cette période est encore très troublé, tant en Corée du Nord qu’en Corée du Sud. L’histoire impute la responsabilité de cette guerre aux puissances extérieures qui changèrent une simple opposition idéologique locale (communisme face au capitalisme) en guerre ouverte, sur-militarisée. Les parties ont aussi des visions différentes des responsabilités, ce qui prête donc à débat... (source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Guerre_de_Cor%C3%A9e).
GUI : Graphic User Interface (Interface utilisateur graphique).
IBM FSQ-7 : Ordinateur créé pour le projet SAGE à partir du prototype Whirlwind. . Le premier IBM FSQ-7 est opérationnel en 1958.
MIT : Massachusetts Institute of technology (MIT).
Pistolets de lumière : Capteurs de type cellule photo-électrique, précurseur du stylo lumineux, pour désigner des spots (bombardiers russes) sur les écrans radar (CRT).
SAGE : Semi Automated Ground Environment (environnement au sol semi-automatisé).
Système de défense au sol destinés à protéger les Etats-Unis contre toute attaque nucléaire. Un réseau automatisé de défense aérienne et de riposte. Le projet SAGE est lancé en 1949.
Spoutnik-1 : C’est le premier satellite artificiel de la terre, il fut lancé par les russes le 4 octobre 1957 avec la fusée R-7. Cet évènement prouvait que les Soviétiques possédaient la technologie pour envoyer un missile nucléaire sur le continent américain et fut vécu comme un véritable traumatisme par les Etats-Unis. Certains journaux comparèrent cet évènement à un « Pearl Harbor technologique ». C’est le début de la course à l’espace, qui prendra fin avec le premier pas de Neil Armstrong sur la Lune.
Whirlwind : Le premier ordinateur à posséder un système d’affichage graphique en temps réel (écran à tube cathodique). Il devait fonctionner dans les simulateurs de vol comme mécanisme de contrôle en temps réel et dans le réseau automatisé de défense aérienne des Etats-Unis (SAGE). Le premier Whirlwind est opérationnel le 20 avril 1951.
WIMP : L’interface graphique utilisateur « Windows, Icônes, Menus, Pointer ».
En aparté
A propos de langages préconisés par le W3C pour le développement de sites Web
Pour le développement du Web, les travaux et recommandations du W3C sont devenus incontournables. Parmi ceux-ci, nous avons porté une attention particulière au XHTML et aux CSS. En ce sens, le présent article est utilisé comme matière première à restructurer pour un cours sur les CSS.
Sources - Webographie
- Jay Forrester 1918-
People and discoveries
http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/btfor.html - Jay Forrester, mars 1918, Nebraska, USA
http://www.thocp.net/biographies/forrester_jay.html - Real-Time Computer Technologies
Robert Everett & Jay Forrester
http://web.mit.edu/invent/iow/everett=forrester.html - alumniprofiles.robert everett
http://www.pratt.duke.edu/alumni/profiles_everett.php - History of Computing #7
Riding the Whirlwind
by Dag Spicer
http://www.ddj.com/documents/s=1494/ddj0007hc/ - Whirlwind Before Core
Reminiscences of Jack Gilmore
http://ed-thelen.org/comp-hist/TheCompMusRep/TCMR-V02.html#Reminiscences - Project Whirlwind
Photo Archives
http://www.mitre.org/about/photo_archives/whirlwind_photo.html - Origine of System Dynamic
Jay Forrester and the History of System Dynamic
http://systemdynamics.org/DL-IntroSysDyn/origin.htm - Jay W. Forrester and Robert R. Everett
Massachusetts Institute of Technology and the Mitre Corporation
Developers of the first real-time electronic digital computer
http://www.thetech.org/nmot/detail.cfm?id=28&st=awardDate&qt=1989&kiosk=Off - Semi-Automatic Ground Environment (SAGE)
Photo Archives
http://www.mitre.org/about/photo_archives/sage_photo.html - Semi-Automatic Ground Environment (SAGE)
Beginnings
http://www.mitre.org/about/sage.html - Chronologie générale
3ème partie : 1950 - 1959
[http://www.ubh.fr/urfist/HistInt/Chronologie1950-1959.htm#Whirlwind] - Whirlwind (computer)
From Wikipedia, the free encyclopedia.
http://en.wikipedia.org/wiki/Whirlwind_(computer)
Ken Olsen Interview. Interview Conducted at Digital Equipment Corporation
Digital Historical Collection Exhibit - Pourquoi fabriquer des ordinateurs
Paul N. Edwards
La Recherche Hors-série no7 avril 2002 p 21-26
www.si.umich.edu/ pne/PDF/larecherche.pdf - Whirlwind
http://www.old-computers.com/museum/computer.asp?c=1047 - THE HISTORY OF MONTAUK AIR FORCE STATION
(Source Unknown)
Posted and Created : Saturday January 10, 2004
http://www.illuminati-news.com/montauk-history.htm - Musée : L’invention des mémoires à ferrite
Source : Robert Ligonnière
http://www.ordiworld.com/article.php?sid=2604&mode=thread&order=0 - Le Whirlwind - 1948-1951
http://histoire.info.online.fr/whirlwind.html - MIT Whirlwind display [CMHC]
http://www-db.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/2-3.htm - Ken Olsen
[PDF] Economic Decision-Making : Ken Olsen
http://www.economicadventure.org/decision/olsen.pdf - HISTOIRE ET ÉTAT DES ARTS INFORMATIQUES
© 2000, Patrick Saint-Jean
LA NAISSANCE DU GRAPHISME INFORMATIQUE - LES ANNÉES 1950 ET LE DEBUT DES ANNEES 1960
http://paris.siggraph.org/SIGGRAPH2000/HEA/HistEtatArtInf.html - Tools for Thought by Howard Rheingold
April 2000
Http ://www.rheingold.com/texts/tft/7.html - Highlights from The Computer Museum Reports
Volum 2 --- Fall 1982
Whirlwind Before Core Reminiscence of Jack Gilmore
http://ed-thelen.org/comp-hist/TheCompMusRep/TCMR-V02.html - Naissance du pixel
Tubes, condensateurs, cartes punch et mémoire centrale magnétique
http://www.tomshardware.fr/article3d.php?IdArticle=7&NumPage=2 - A Critical History of Computer Graphics and Animation - Section 2 :
The emergence of computer graphics technology
http://accad.osu.edu/ waynec/history/lesson2.html - A Critical History of Computer Graphics and Animation
Section 3 : The computer graphics industry evolves
http://accad.osu.edu/ waynec/history/lesson3.html - The Father of Computer Graphics
Today’s graphics systems owe their existence to an innovative graduate school project called Sketchpad
Reprinted from Byte, June 1990, pp. 380-381.
Ivan Sutherland, shown with his archetypical graphics system, Sketchpad, is considered the father of interactive graphics.
http://www.guidebookgallery.org/articles/thefatherofcomputergraphics - Alliage, numéro 27, 1996
Ceux qui construisent la « réalité virtuelle »...
Brigitte Chamak
http://www.tribunes.com/tribune/alliage/27/cham.htm - Transcript of a Oral History Interview with Ken Olsen
Digital Equipment Corporation
Interviewer : David Allison
Division of Information Technology & Society
National Museum of American History, Smithsonian Institution
September 28, 29, 1988
Description of the Whirlwind Computer
http://americanhistory.si.edu/collections/comphist/olsen.html#tc7 - Histoire de l’informatique - 1956-1970
La mini-informatique
L’ordinateur devient interactif
http://histoire.info.online.fr/minis.html - Les premiers ordinateurs
http://membres.lycos.fr/marc2022/histoire/46a55.html ? - The Closed World
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http://www.si.umich.edu/ pne/PDF/cw.ch3.pdf - FUNDING A REVOLUTION
Government Support for Computing Research
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http://www.nap.edu/readingroom/books/far/ch4.html - 4.1 - Project Whirlwind and SAGE
http://www.nap.edu/readingroom/books/far/ch4_b1.html - 9. Virtual Reality Comes of Age
http://www.nap.edu/readingroom/books/far/ch10.html - Computer Oral History Collection, 1969-1973, 1977
Interviewee : Norman Taylor (1916-), Interviewer : Richard R. Mertz
Date : January 27, 1970
Repository : Archives Center, National Museum of American History
Smithsonian National Museum of American History, Lemelson Center for the Study of Invention and Innovation, Page 31 et 32
http://invention.smithsonian.org/downloads/fa_cohc_abstracts_s-z.pdf - RETURN ON INVESTMENT IN BASIC RESEARCH - EXPLORING A METHODOLOGY
Report to Office of Naval Research, Department of the Navy
By Bruce S. Old Associates, Inc., November 1981
Contract N00014-79-C-01
http://www.stanford.edu/group/mmdd/SiliconValley/Olds/ROIonBasicResearch.html - ATC Surveillance - A Retrospective Look
Raymond R. LaFrey
Air Traffic Control Program Manager, MIT Lincoln Laboratory
17 April 2002-1, NASA GRC CNS Conference
http://spacecom.grc.nasa.gov/icnsconf/docs/2002/11/Session_E2-1_LaFrey.pdf
Looking Glass et Task Gallery par exemple.
Le développement du Whirlwind et du projet SAGE sont donc aussi précurseurs en matière d’ergonomie. Cette discipline est aujourd’hui centrale dans l’informatique en général et dans la conception-création de sites web en particulier (CMS, portails, plates-formes d’apprentissage, etc.). A cet égard, une activité connexe qui s’est déployée est indiquée dans l’aparté à la fin de cet article.
Introduction
Alors que l’informatique est née au milieu des années 1940 aux Etats-Unis, le développement de ses applications graphiques en temps réel commence en 1946 au Massachusetts Institute of technology (MIT) avec le Whirlwind qui est le premier ordinateur à posséder un système d’affichage graphique en temps réel (écran à tube cathodique). Le Gouvernement américain finance le projet dès 1944 pour des objectifs de défense nationale.
Le Whirlwind est certes le premier ordinateur numérique du MIT, mais il est surtout :
- le premier ordinateur numérique construit spécifiquement pour le contrôle en temps réel ;
- le premier ordinateur avec un affichage graphique ;
- le premier ordinateur à utiliser la mémoire à tores.
L’histoire du Whirlwind peut être divisée en deux périodes interreliées mais distinctes :
Première période (1944-1951) : Fin de la 2ème guerre mondiale et début de la guerre de Corée - Le Whirlwind doit fonctionner dans les simulateurs de vol comme mécanisme de contrôle en temps réel
A la fin des années 1944, sur mandat de la Marine américaine (au Centre des engins spéciaux), des chercheurs du Massachusetts Institute of technology (MIT) du Servomechanisms Laboratory dirigés par
- Jay Forrester, inventeur de la mémoire à tores magnétiques, tenant un plan de mémoire de 64 x 64.
- Picture used with the permission of the MITRE Corporation. Copyright © The Mitre Corporation. All Rights reserved
Jay Wright Forrester (jeune ingénieur du Nebraska) travaillent au développement d’ASCA, un « ordinateur » analogique devant être intégré à un simulateur de vol polyvalent pour entraîner les équipages des bombardiers. Le système doit être capable de mettre à jour, en continu, un tableau de bord simulé sur la base des commandes entrées par les pilotes et du comportement de l’avion. Pour faire fonctionner le simulateur dans des conditions réalistes, il faut résoudre simultanément, et en temps réel, de nombreuses équations comportant plus d’une centaine de variables. Après une année de travaille les chercheurs réalisent que la tâche est d’une complexité insurmontable pour ASCA. Le projet analogique doit être abandonné et doit évoluer de façon radicale. Jerry Crawford, membre de l’équipe, montra sur un ordinateur travaillant en mode batch (l’ENIAC), c’est à dire par lots en temps diffféré, que ces difficultés pouvaient êtres surmontées avec un ordinateur numérique.
Ainsi sur cette base, en juin 1946, Jay Forrester s’oriente vers la conception d’un véritable calculateur électronique et digital, un ordinateur numérique, le Whirlwind. Pour répondre aux exigences de la marine, le Whirlwind doit fonctionner dans les simulateurs de vol comme mécanisme de contrôle en temps réel. Une nouvelle forme d’ingénierie numérique, basée sur des traitements et des actions en temps réel, allait naître. L’équipe chargée de construire le Whirlwind est dirigée par Jay Forrester,
entouré de Charles W. Adams, Robert Evereet et Ken Olsen. La conception et la construction durèrent de 1946 à 1955 et connurent plusieurs évolutions profondes. La recherche de la performance, de la fiabilité et de la rapidité de réponse dans cet ordinateur ont amené de grands progrès en informatique. La construction a commencé avec une équipe de 175 personnes, y compris 70 du personnel technique.
Le premier Whirlwind opérationnel est disponible le 20 avril 1951. A ce moment la Marine américaine a perdu l’intérêt pour le Whirlwind, mais l’Armée de l’Air prend le relai pour son développement.
Première pièce du puzzle du « Desktop-DAO »
A ce stade du développement, le Whirlwind met en place la première pièce du puzzle de l’interface utilisateur graphique (Desktop) et du Dessin Assisté par Ordinateur (DAO) modernes : un tube cathodique capable d’afficher des graphiques en temps réel.
Le Whirlwind 1 était une machine encombrante :
- Premier étage :
L’unité centrale, le pupitre de contrôle, les écrans cathodiques occupaient le premier étage de l’immeuble Barta. Les machines occupaient une superficie de 300 m2 et étaient disposées dans des armoires alignées le long de nombreux couloirs de 3 mètres de haut, quant au multiplicateur à 5 digits, c’était une armoire d’environ 2 mètres de haut sur 3 mètres de large.
- Rez-de-chaussée : La mémoire auxiliaire sur tambours magnétiques, les bandes magnétiques et les dispositifs de télécommunication occupaient le rez-de-chaussée.
- Sous-sol : Il accueillait les génératrices électriques d’une puissance de 150 kW.
- Toit : Le toit du bâtiment était couvert par l’installation de climatisation.
Caractéristiques techniques du Whirlwind 1
- La mémoire était constituée de tubes électrostatiques d’une capacité de 64 mots de 16 bits.
- En 1953, 2 unités de mémoire à tores de ferrite furent ajoutées. Capacité : 1024 mots de 16 bits chacune.
- Le système graphique du Whirlwind affichait initialement une définition de 32 x 32 points à l’écran du tube cathodique (CRT). En 1951 elle a été portée à 256 x 256 points.
Le Whirlwind était utilisé pour les représentations alphanumériques et graphiques de divers calculs.
Et aussi :
- Architecture parallèle ;
- 27 instructions ;
- 20’000 instructions par seconde ;
- Fréquence de base : 1 MHz ;
- Mémoire : 1024 registres de 16 bits ;
- 12’500 tubes à vide ;
- Entrée / sortie de données par clavier / ruban perforé (flexowriter) ;
- Affichage alphanumérique et graphique sur écran cathodique :
initialement en 32 x 32 points puis en 256 x 256 points en 1951 ;
- Surface occupée : 300 m2 ;
- Poids : 250 tonnes (ou 10 tonnes selon les sources) ;
- Consommation : 150 kW ;
- La machine fut en production jusqu’en juin 1959.
Le 30 juin 1959, le Whirlwind cessa officiellement d’être opérationnel.
Quelques mots concernant Norman Taylor
Norman Taylor a rejoint le projet du Whirlwind en 1947 au « Laboratoire de calculateur numérique » du MIT. En 1951, il est allé au Laboratoire Lincoln comme directeur associé de la Division d’ordinateur. Il y était responsable du MTC, Fsq-7, Tx-1, et Tx-2. Norman Taylor est l’un des acteurs principaux qui ont conçu le SAGE au Laboratoire Lincoln. Il travaillerat également avec l’infrastructure du SAGE.
Deuxième période (1949-1956) : Ré-émergence du soucis de la défense aérienne du pays
En septembre 1949, l’Union soviétique fait exploser sa première bombe atomique en Sibérie profonde et leurs bombardiers à longue portée, justement présents sur les bases aériennes russes, étaient capables de « livrer » une charge nucléaire utile en profondeur sur le terrritoire des Etats-Unis. Cela changeait radicalement la situation. Il était évident, pour la communauté de la Défense et d’autres, que les USA étaient en grand danger. Ils se sont donc rapidement organisés pour développer des stratégies de défense et de réplique. Le complexe militaro-industriel américain décide de faire appel aux chercheurs du MIT pour élaborer des systèmes de défense au sol destinés à protéger les Etats-Unis contre toute attaque nucléaire. Ainsi, en décembre, 1949, le MIT est approché par l’Armée de l’Air pour la conception et l’établissement d’un réseau automatisé de défense aérienne. Ce réseau devrait détecter une attaque ennemie assez tôt ainsi la riposte appropriée pourrait être lancée. En 1950 éclate la guerre de Corée. Cela stimule davantage les Etats-Unis pour leur défense aérienne et des subventions de recherche d’une importance équivalente à celle de la 2ème Guerre mondiale se déclenchent.
L’Air Force américaine engage alors plusieurs projets et mandate en 1949 le professeur George Valley du MIT pour un système de défense aérienne. A partir d’échos radars, un tel système doit permettre par triangulation en temps réel de déterminer la position, la direction et la vitesse de multiples avions. Pour résoudre les importants problèmes de calcul ainsi posés, George Valley choisit de les surmonter avec un ordinateur numérique et se tourne vers le projet Whirlwind.
George Valley et Jay Forrester se rencontrent pour élaborer, « sur mandat de L’Air Force », un plan de défense aérienne du territoire national sur base d’ordinateurs centraux, afin de contrôler les radars et de coordonner les ripostes adéquates en cas d’attaque de bombardiers soviétiques. Ce projet portera l’acronyme SAGE : Semi Automated Ground Environment (environnement au sol semi-automatisé).
Le Whirlwind devient alors la pierre angulaire du projet SAGE, qui à son tour deviendra la pierre angulaire de la défense des Etats-Unis. En 1951, l’hybride Whirlwind/SAGE passe son premier essai officiel : il a correctement identifié et tracé des trajectoires d’interception pour huit objets simultanés au-dessus du territoire des Etats-Unis. Ces données auraient été disponibles pour d’autres installations, si elles avaient existé. Quand le réseau entier a été relié plus tard aux installations sophistiquées de missiles, SAGE est devenu un système de défense aérien formidable.
En 1957, les Russes lancent leur premier satellite artificiel, le Spoutnik-1. Les USA le perçoivent comme une aggravation de la menace nucléaire et un défi à la fois scientifique et technologique. Ils réagissent en créant l’agence ARPA. Son objectif est de court-circuiter les procédures traditionnelles de financement de la recherche et permettre ainsi aux projets les plus avant-gardistes d’être directement financés.
La clef du succès de SAGE est le développement d’un modèle de série du Whirlwind. IBM gagne le contrat pour concevoir et établir le Whirlwind II, autrement connu sous l’appellation IBM FSQ-7, pour le nouveau système de défense aérien proposé devant relier tous les sites radar nords américains.
Le FSQ-7 utilise plus de 49.000 tubes à vide, il pèse 250 tonnes et exige une alimentation de 3’000 kW.
Le premier centre SAGE est opérationnel en 1958 sur base d’ordinateurs IBM FSQ-7 créés à partir du prototype Whirlwind I de Jay Forrester.
Les opérateurs des ordinateurs Whirlwind et IBM FSQ-7 utilisent des « pistolets de lumière » (capteurs de type cellules photo-élerctriques, précurseurs du stylo lumineux) pour désigner des spots (les cibles) sur leurs écrans radar (tube CRT), représentations symboliques des bombardiers soviétiques à intercepter.
Exemple de manipulation : Le Whirlwind reçoit des données de position concernant un avion depuis une station de radars dans le Massachusetts. Une série de points de repères, affichée sur l’écran représentent la côte orientale du Massachusetts. L’avion est représenté par un symbôle superposé au-dessus du schéma géographique à l’écran du tube cathodique. Pour demander des informations d’identification concernant l’avion, l’opérateur utilise le pistolet de lumière. Lorsqu’il pointe le pistolet sur le symbole de l’avion à l’écran, les requêtes adéquates sont transmises au Whirlwind, lequel identifie l’avion, calcule sa position, sa direction et sa vitesse et affiche le tout sur l’écran CRT en mode alphanumérique.
Chaque Centre SAGE abrite deux ordinateurs IBM FSQ-7, l’un suppléant les pannes de l’autre. Sur un étage, ils occupent 2’000 m2, 70 armoires renfermant 58’000 tubes à vide pour un poid total de 270 tonnes. Les stations de visualisation et
l’équipement téléphonique occcupent une autre surface de 2’000 m2. Il faut ajouter une centrale électrique autonome, un système de climatisation et les commutateurs téléphoniques. En 1961 il y a 23 Centres SAGE en fonctionnement qui relaient tous les sites de radars nord américains.
Deuxième pièce du puzzle du « Desktop-DAO »
Grâce à la mise en œuvre couplée de l’écran graphique (250 x 250 points) et du pistolet optique (plus tard stylo optique), l’interaction homme-machine directe et simultanée devient possible, augmentant la polyvalence et l’utilité des ordinateurs.
A ce stade du développement, l’hybride Whirlwind/SAGE met en place la deuxième pièce du puzzle de l’interface utilisateur graphique (Desktop) et du Dessin Assisté par Ordinateur (DAO). Il constitue même le premier projet en simulation, considéré comme l’ancêtre direct de la réalité virtuelle. Cependant, pour que le système marque véritablement l’avènement du graphisme informatique moderne, le système doit évoluer afin de dépassser une interactivité d’action et permettre une interactivité de création à l’écran, à savoir dessiner, copier, coller, etc. sans d’autres recours que ceux qui sont offerts par le système lui-même à partir du seul couple pointeur-écran de visualisation.
Acronymes, éléments et événements
ARPA : Advanced Research Project Agency
En 1957, suite au lancement du premier Spoutnik par les Soviétiques le 4 octobre 1957, le Président des Etats-Unis Dwight D.Eisenhower crée l’ARPA sur les conseils du ministère de la défense, au sein du DoD (Department of Defense). Objectifs : piloter un certain nombre de projets afin d’assurer aux USA la supériorité scientifique et technique au plan militaire sur la Russie.
ARPAnet : Advanced Research Projects Agency Network
En pleine guerre froide entre les puissances de l’Est et de l’Ouest, le département américain de la Défense met en place ARPAnet, un réseau informatique expérimental sécuritaire qui se veut à l’épreuve des effets d’une guerre nucléaire.
ASCA (1944 à 1946) : Airplane Stability and Control Analyzer (Analyseur de stabilité et de commande d’avion).
Projet de recherche de la Marine américaine destiné à la conception d’un simulateur de vol universel fondé sur les machines analogiques dans le but d’entraîner les équipages des bombardiers. Développé de 1944 à 1946 au sein du « Servomechanisms Laboratory » du MIT dirigé par Jay Forrester.
Bombe atomique soviétique : La première bombe atomique soviétique explose en septembre 1949 en Sibérie profonde.
CAO : Computer Assisted Learning.
CRT : Cathodic Ray Tube (Tube à rayon cathodique).
DAO : Dessin Assisté par Ordinateur.
Desktop : Interface utilisateur graphique interactif, convivial et intuitif exploitant la métaphore du bureau.
ENIAC (1945-1946) : Electronic Numerical Integrator and Computer
Commandé par l’armée des États-Unis en 1942, il a été créé par deux ingénieurs américains John Presper Eckert et John William Mauchly de 1945 à 1946 à l’Université de Pennsylvanie. Il a été conçu pour effectuer les calculs de balistique et remplaçait 200 personnes chargées auparavant de calculer les tables de tir. Il est souvent considéré comme le premier ordinateur tout électronique universel. Il occupait 72 m2, pesait 30 tonnes, consommait 160 kilowatts. Il était composé de 70’000 résistances, 10’000 condensateurs, 1’500 relais, 6’000 commutateurs manuels, 17’468 tubes à vide. Il faisait ses calculs en système décimal. Il tournait à 100 kHz, était composé de 20 calculateurs fonctionnant en parallèle et pouvait effectuer 100’000 additions ou 357 multiplications par seconde. Sa « programmation » nécessitait une intervention manuelle humaine importante. Elle se faisait encore au niveau de la machine elle-même, en manipulant plus de 3’000 commutateurs et des centaines de câbles qui assuraient la bonne circulation des données et impulsions de programmes à travers la machine.
Guerre de Corée : La guerre de Corée eut lieu de 1950 à 1953 dans la Péninsule coréenne entre les forces de la Corée du Nord communiste, soutenues par la Chine et l’URSS, et celles de la Corée du Sud capitaliste, soutenues par les États-Unis. Après l’armistice japonais de 1945, l’URSS au nord, et les États-Unis au sud partagent la Corée en deux zones d’occupation dont le 38e parallèle est la démarcation, conformément aux accords de Yalta. Les tensions augmentant entre l’URSS et les USA, il y a une course de « soutien » à sa partie respective. La guerre débute le 25 juin 1950 avec une vaste offensive des nord-coréens. Au final, ce fut une guerre très meurtrière, fratricide, fruit de tensions entre puissances étrangères. Il y eut 2’560’000 combattants. Les pertes (mort, blessé, disparu) furent de 995’601 alliés et 1’500’000 chinois et nord-coréens avec plus de 7 millions de civils disparus ou séparés. Trois ans de guerre n’ont amené quasiment aucun changement territorial et laissé l’impression d’un suicide national. Mais le rapport à cette période est encore très troublé, tant en Corée du Nord qu’en Corée du Sud. L’histoire impute la responsabilité de cette guerre aux puissances extérieures qui changèrent une simple opposition idéologique locale (communisme face au capitalisme) en guerre ouverte, sur-militarisée. Les parties ont aussi des visions différentes des responsabilités, ce qui prête donc à débat... (source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Guerre_de_Cor%C3%A9e).
GUI : Graphic User Interface (Interface utilisateur graphique).
IBM FSQ-7 : Ordinateur créé pour le projet SAGE à partir du prototype Whirlwind. . Le premier IBM FSQ-7 est opérationnel en 1958.
MIT : Massachusetts Institute of technology (MIT).
Pistolets de lumière : Capteurs de type cellule photo-électrique, précurseur du stylo lumineux, pour désigner des spots (bombardiers russes) sur les écrans radar (CRT).
SAGE : Semi Automated Ground Environment (environnement au sol semi-automatisé).
Système de défense au sol destinés à protéger les Etats-Unis contre toute attaque nucléaire. Un réseau automatisé de défense aérienne et de riposte. Le projet SAGE est lancé en 1949.
Spoutnik-1 : C’est le premier satellite artificiel de la terre, il fut lancé par les russes le 4 octobre 1957 avec la fusée R-7. Cet évènement prouvait que les Soviétiques possédaient la technologie pour envoyer un missile nucléaire sur le continent américain et fut vécu comme un véritable traumatisme par les Etats-Unis. Certains journaux comparèrent cet évènement à un « Pearl Harbor technologique ». C’est le début de la course à l’espace, qui prendra fin avec le premier pas de Neil Armstrong sur la Lune.
Whirlwind : Le premier ordinateur à posséder un système d’affichage graphique en temps réel (écran à tube cathodique). Il devait fonctionner dans les simulateurs de vol comme mécanisme de contrôle en temps réel et dans le réseau automatisé de défense aérienne des Etats-Unis (SAGE). Le premier Whirlwind est opérationnel le 20 avril 1951.
WIMP : L’interface graphique utilisateur « Windows, Icônes, Menus, Pointer ».
En aparté
A propos de langages préconisés par le W3C pour le développement de sites Web
Pour le développement du Web, les travaux et recommandations du W3C sont devenus incontournables. Parmi ceux-ci, nous avons porté une attention particulière au XHTML et aux CSS. En ce sens, le présent article est utilisé comme matière première à restructurer pour un cours sur les CSS.
Sources - Webographie
- Jay Forrester 1918-
People and discoveries
http://www.pbs.org/wgbh/aso/databank/entries/btfor.html - Jay Forrester, mars 1918, Nebraska, USA
http://www.thocp.net/biographies/forrester_jay.html - Real-Time Computer Technologies
Robert Everett & Jay Forrester
http://web.mit.edu/invent/iow/everett=forrester.html - alumniprofiles.robert everett
http://www.pratt.duke.edu/alumni/profiles_everett.php - History of Computing #7
Riding the Whirlwind
by Dag Spicer
http://www.ddj.com/documents/s=1494/ddj0007hc/ - Whirlwind Before Core
Reminiscences of Jack Gilmore
http://ed-thelen.org/comp-hist/TheCompMusRep/TCMR-V02.html#Reminiscences - Project Whirlwind
Photo Archives
http://www.mitre.org/about/photo_archives/whirlwind_photo.html - Origine of System Dynamic
Jay Forrester and the History of System Dynamic
http://systemdynamics.org/DL-IntroSysDyn/origin.htm - Jay W. Forrester and Robert R. Everett
Massachusetts Institute of Technology and the Mitre Corporation
Developers of the first real-time electronic digital computer
http://www.thetech.org/nmot/detail.cfm?id=28&st=awardDate&qt=1989&kiosk=Off - Semi-Automatic Ground Environment (SAGE)
Photo Archives
http://www.mitre.org/about/photo_archives/sage_photo.html - Semi-Automatic Ground Environment (SAGE)
Beginnings
http://www.mitre.org/about/sage.html - Chronologie générale
3ème partie : 1950 - 1959
[http://www.ubh.fr/urfist/HistInt/Chronologie1950-1959.htm#Whirlwind] - Whirlwind (computer)
From Wikipedia, the free encyclopedia.
http://en.wikipedia.org/wiki/Whirlwind_(computer)
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Digital Historical Collection Exhibit - Pourquoi fabriquer des ordinateurs
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Ceux qui construisent la « réalité virtuelle »...
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La mini-informatique
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