應用於軍事領域,按程式實現數學運算或資訊處理的電子設備。電子電腦能進行函數計算、資料處理、檔和事務管理、某些定理證明和語言翻譯、信號和圖像處理、模式識別,以及對其他可計算的問題求解。使用電子電腦的過程是:先抽象出待處理問題的數學模型,制定演算法,編制運算或處理程式;輸入原始資料和指令,由電腦按程式自動運算,最後以規定的或其他機器能接受的形式(信號、資料、文字、曲線、圖表、圖像和語音等)送出結果,或根據運算結果控制其他機器自動完成某些操作。

  分類 電子計算機基本上可分為數字機和模擬機兩類。

  數字電子計算機 簡稱數值機。按其主要元件可分為:真空管、晶體管、中小規模集成電路和大規模集成電路電子計算機,也有分別稱它們為第一代、第二代、第三代和第四代電子計算機。按其性能和設備規模,可分為巨型、大型、中型、小型和微型電子計算機。數字機處理信息的過程與人們用手工進行信息處理過程有某些類似(圖1、2)。它先通過輸入設備接收輸入信息,記入存儲器中;再按預先編好、存於存儲器中的程序,在中央處理器中對信息進行處理;最後通過輸出設備輸出處理結果。存儲器分為主存儲器和輔助存儲器。輸入輸出設備與輔助存儲器合稱為“外圍設備”,主存儲器與中央處理器合稱“處理機”,它們都是計算機的硬件。僅有硬件,計算機還不能工作,必須有一套“程序”,賴以確定信息處理的規則、方法和次序。為瞭方便使用並充分利用計算機的資源,還設計瞭許多公用程序和編寫有關的說明文件,稱為“軟件”。同樣的硬件配以不同的軟件,可解決不同類型的問題,這是數字機的突出優點。軟件和硬件一起構成計算機系統。在數字機內被傳送、存儲和運算的信息,是用電信號的“有”與“無”,電路的“通”與“斷”等形式表示的數字。計算機的環境變化,元件電參數的少許變動,一般不會改變電信號的“有”、“無”或電路的“通”、“斷”,不會影響計算精度。因此,數字機的元件便於大量生產,這是它的又一優點。

圖1 人處理信息示意圖

圖2 數字計算機處理信息示意圖

  模擬電子計算機 簡稱模擬機。在該機中,各運算部件的輸入量與輸出量都是連續變化的物理量,如電壓、電流等。它們經過與數學模型相對應的電子線路變換後,能揭示出待研究問題中輸入、輸出和其他變量之間的動態依賴關系。模擬機的主要優點是解題速度快,易於與實物相聯接進行試驗。缺點是當運算部件精度不高,元件參數不準確,或因環境因素變化而引起元件參數變化時,計算精度會隨之變化。另外,模擬機的通用性小。還有一種數字模擬混合計算機,它把模擬計算技術與數字計算技術結合在一個統一的系統中,使模擬計算的高速度和數字計算的高精度相結合。在配置各種軟件後,它又具有相當的靈活性。混合機主要用於實時、高精度的仿真試驗。

  簡史 第一代的電子計算機出現於20世紀40年代。1946年,第一臺數字電子計算機問世,名為“電子數字積分及計算器”(ENIAC,Electronic Numerical Inte-grator and Calculator 的縮寫)。它用1.8萬個真空管作主要元件構成,其加法速度為每秒5000次,比當時流行的機電式數字機快近千倍,主要用作彈道計算。但是          它還不是存儲程序式的。同年,美籍匈牙利裔數學傢J.von諾伊曼等在《一臺電子計算機的邏輯設計初探》一文中,提出瞭存儲程序式現代數字計算機的基本原理,對計算機的發展有深遠的影響。50年代中期,出現第二代電子計算機,用晶體管取代真空管作主要元件,其耗電量僅為真空管的幾十分之一,而功能和可靠性卻大為提高。同時,在軟件方面,高級程序語言如"FORTRAN"、"COBLO"等開始使用。60年代中期,出現第三代電子計算機,體積進一步縮小,耗電量繼續下降,功能和可靠性進一步提高。此時,計算機的應用已較廣泛,出現瞭廉價的小型計算機和系列化通用計算機。同一系列的各檔計算機,盡管運算速度、存儲容量等指標各不相同,但都可能使用同一套軟件,這給用戶帶來極大方便。另一方面,軟件技術,特別是在操作系統方面,已有很大進步。70年代,微型計算機問世,這是計算機領域的重大事件。它與早期的真空管計算機相比,價格隻有後者的數百至數萬分之一,而功能和可靠性卻大為提高。從此,電子計算機得到廣泛應用,深入到社會生活的各個領域。計算機的其他重要進展還有:巨型機研制成功;用以制造第四代計算機的大規模集成電路的開發和制造技術日趨完善;計算機網絡技術和數據庫技術的廣泛應用。80年代以來,又在研究新一代計算機,其運算速度和智能程度將大為提高,更便於掌握使用。

  中國在50年代開始創建電子計算機事業,80年代初期已能制造從巨型到微型的各類計算機,在社會主義現代化建設中日益發揮著重要作用。

  軍事應用 電子計算機問世後,即首先應用於軍事部門,現已成為現代指揮和偵察、軍事訓練、武器系統的自動控制、軍隊後勤管理自動化和各種技術保障的重要技術裝備。

  指揮和偵察 現代戰爭要求在大范圍內連續、迅速、準確地偵察敵情,對不斷變化著的情況作出符合實際的判斷和快速反應,實現正確的指揮。電子計算機具有極高的運算速度和巨大的信息存儲能力,足以接受和容納全部偵察手段得到的情報和數據,並及時加以處理。采用計算機網絡、數據庫技術和適當的軟件,在計算機中就能建立隨戰局變化的動態映像,以表格、數字、圖形或文字等形式展現在指揮人員面前,便於他們迅速掌握全面情況,作出適當的估計和決策。指揮系統使用的計算機,多采用容錯技術。如常用多部件或多臺計算機互為備份,其中的自動診斷軟件能及時查出故障,自動換掉有故障的部分,使整個計算機系統保持不間斷地正常工作。采用自動檢錯和糾錯措施,能發現並糾正信息在傳送和處理過程中出現的錯誤。特殊的軟件和相應的硬件,還能保證通信、存儲和運算結果輸出過程中的保密與安全。現代偵察,如雷達探測、無線電偵聽、照相偵察和聲納探測所獲得的情報,最終均以電信號的形式傳出,為瞭從大量的噪聲中提取這些情報信息,還發展瞭一類效率極高的專用信號處理機,例如,美國的“巨量並行處理器系統”,其核心部分有128×128個處理器,加法速度每秒達數十億次,用來對衛星獲得的圖像作實時處理。例如通過高速信號處理機能從夾雜著海浪等噪聲的聲納信號中辨認出潛艇的類型。

  軍事訓練 用計算機輔助訓練,是世界很多國傢軍事訓練的重要手段之一。以計算機為核心的訓練模擬器,已成為訓練飛行員和艦艇駕駛員等不可缺少的設備。它能模擬與實際空戰、海戰情況相似的復雜條件,使受訓人員掌握在特殊條件下進行指揮和操作的技能,操練對復雜空情、海情作出靈活反應的能力。例如,在計算機的幫助下,飛行員能看到他的動作所引起的飛機飛行恣態的變化,駕駛艙內儀表的變化,以至相對於地平線和天體位置的視覺變化,逐步熟悉操作動作與其感官之間的緊密聯系,形成職業性的條件反射,以提高飛行熟練程度。用電子計算機輔助訓練所能提供訓練的時間和機會幾乎不受限制,能保證訓練安全,節省大量的物資、費用和時間。借助計算機和適當的軟件,還能形成實際中罕見的復雜空情、海情,完成實際飛行訓練和航行訓練難以進行的科目。現代技術兵種在作戰過程中,主要依靠儀表進行操作,這給諸軍種、兵種采用計算機輔助訓練提供瞭便利條件。任何戰鬥活動都可以事先編制成程序,啟動計算機後就可模擬形成預計的戰鬥活動的全過程。如果在戰鬥進程中需要指揮人員或操作人員實施靈活決策,計算機程序可留有選擇餘地,用人-機間對話方式將決策輸入計算機,即可按照人們的決擇執行有關程序,產生相應結果。這樣,全部訓練科目可以記錄在計算機的磁帶等輔助存儲器上。進行訓練時,隻需啟動計算機並調用相應的訓練程序即可。現在,計算機已應用於各軍種、兵種的戰術模擬訓練,並已擴展到集團軍、方面軍的戰役模擬訓練中。

  在大兵團作戰和諸軍、兵種協同作戰的指揮訓練中,可借助計算機產生作戰雙方參戰兵力、戰線分佈、實力消耗和補充等的數據、圖表和圖像顯示,以代替過去的沙盤和地圖作業。這種訓練方法,可增強指揮、參謀人員對現代戰爭的感性認識,提高指揮員和參謀部的指揮決策能力。對參戰兵種的戰術活動進行模擬演練,歷來是戰術訓練的重要科目。用計算機作戰術模擬時,把交戰雙方的兵力、部署、武器彈藥、地形和氣象條件等,先輸入到計算機中存儲起來,或通過各種模擬輸入設備隨時輸入到計算機中。隨著戰局的演變,計算機內存儲的數據也不斷更新,戰局的映像也相應發生變化,隨時在顯示屏幕或自動作圖板上展示出來。戰爭是充滿偶然性事件的博弈行為。偶然事件的發生,可用計算機產生隨機數的方法來模擬;交戰雙方的戰術行為能部分地用博弈論和概率論等數學方法來描述;技術兵種的戰術動作,飛機的機動和潛艇的下潛,以至雙方實力的消長,也能用微分方程式或代數方程式來描述;戰術指揮決策的成功與否,常可用數學中的極值問題的真解作為標準去評價。所有能用數學方法來研究和作效果評價的戰術行動,均能在電子計算機上進行模擬。從起始態勢的假定和戰術指揮員的決策,到戰鬥的進程和結果,均能在一定程度上在計算機上循序演示出來。

  武器系統的自動控制 導彈武器自從應用數字計算機後,其命中精度提高瞭數十倍至數百倍。由於數字機運算精度很高,制導系統原理選擇已不受較多限制,方法誤差可接近於零,而且制導系統的隨機誤差也借助計算機的高速平滑或濾波運算而減到最小。現代的各類導彈、制導航彈和魚雷等都是精確制導武器系統。有的武器系統如巡航導彈,還采用瞭地形匹配、地圖匹配等新的制導原理。這些都是應用數字電子計算機而實現的。電子計算機應用於武器系統,對活動目標的跟蹤和指示,射擊諸元的準備和輸入,精確彈道的解算,射擊前的功能測試和檢查,以及執行發射命令等,都已由它代替人工操作。高速度的計算機與自動化的數據通信系統相結合,使武器系統的作戰過程實現瞭自動化,大大提高瞭武器系統的快速反應能力。借助數字計算機,也使武器系統的可靠性有瞭明顯提高。計算機輔助自動化測試和診斷,可在短時間內完成全武器系統繁多的參數測試工作,使操作手有可能及時發現失諧的參數並迅速調好,還可迅速診斷出故障部位,以便隨時更換故障部件。計算機對代碼的自動檢錯和糾錯功能,使武器系統要害數據和操作命令的傳送,能自動糾正的錯誤得到糾正,不能自動糾正的錯誤將被檢出而要求重發。武器系統的安全性和保密性,也隨著數字機的應用而得到加強。重要資料和關鍵數據的存儲、調用和修改,受到軟件和硬件的多重自動保護。計算機內的自動工作日志,將記錄下每一次操作的時間,操作者的代號以及使用情況,便於事後檢查。有關武器系統的作戰文件、命令和報告都經計算機加密後以代碼形式傳遞,使失密、泄密或被敵方偵破的概率大為減少。

  武器系統的電子計算機,為適應其所處環境條件,須在設計時采取防護措施。如彈載計算機,要求在高溫、低溫、劇烈振動、猛烈沖擊等條件下能正常工作。在核戰爭條件下工作的電子計算機,應采取抗核輻射的加固措施(見抗核加固)。武器系統的電子計算機,還應視其使命的重要程度采用容錯技術。

  軍隊後勤管理自動化 軍隊後勤是廣泛采用數字機的部門之一。第二次世界大戰以來,軍隊的裝備和物資,在品種和數量上都有瞭巨大的增長,要求把所需的裝備和物資及時、準確地按品種、數量分送到指定地點,實非易事。後勤部門無論在平時還是戰時,還要力求經濟地和高效率地設計、開發、采購、貯存、維護、運送物資和軍事裝備,以及在必要時進行疏散,為部隊的軍事行動和衛生醫療等提供可靠的保障。計算機網絡技術與數據庫技術,是軍隊後勤管理自動化,達到經濟、準確和高效率的強有力的技術手段。例如,擁有大容量輔助存儲器的計算機,依靠數據庫技術,能井然有序地記錄所有軍用倉庫中所存放的裝備和物資,包括其數量、性能、狀態、生產日期、牌號、價格、運輸方式等;記錄倉庫管理人員和物質條件的一切有關信息;記錄各部隊實力、駐地、離最近的轉運站的距離等各種為後勤調度工作所必須的情況細節。數據庫中記錄的上述信息,能根據實際情況的變化而隨時更新。利用數據庫,可以迅速查明某倉庫中某種物資的情況;可以用計算機進行各式各樣全局性的橫向統計,如某種物資的總量;還可以隨時或定期作出綜合性的或分類的統計表報。這對軍隊後勤的計劃、調度和指揮決策工作起著很大的作用。在數據庫技術的基礎上,很多屬於系統工程的理論和方法,如最佳庫存理論、最優地區分配理論、最佳運輸方案等,可以獲得廣泛的應用,進一步提高軍隊後勤工作的經濟性和效率。

  其他軍事應用 在現代大型軍事裝備和武器系統的研制與試驗中,通常要利用各種電子計算機甚至巨型機,如進行飛機和導彈的空氣動力計算,復雜的結構強度計算,對大量的測量數據實時采集、處理和分析等。在其他領域內,用計算機輔助設計和用計算機作系統的仿真試驗,已極為普遍。現代軍用通信系統正日益轉向數字化,如數字電話、數字圖像等。用文字書寫的軍事文件的電訊傳送,已完全實現數字代碼化。這樣,數字機便成為通信網絡中進行編碼和譯碼、加密和解密、以及提高信道可靠性等最恰當的設備。電子對抗在現代戰爭中的地位愈來愈重要,而數字機由於決策計算能力強和反應的靈活性、快速性,已成為電子對抗設備中的重要組成部分。破譯對方密碼,高速計算機是最強有力的工具。

  微型計算機的發展和普及,對武器現代化有很大的促進,已廣泛用於飛機、坦克甚至輕武器上。它還將普遍應用於軍事機關和各級職能部門,並組成網絡,實現軍隊管理工作的計算機化。便攜式的微型計算機,預計將配備到每個指揮員和參謀人員,使他們擁有自己所需的小型數據庫。電子計算機技術的發展方興未艾,其軍事應用范圍還在日益擴大。

  發展趨勢 計算機技術的飛速發展,一方面將深刻地影響軍事技術裝備的進步,促使武器系統向全面自動化和智能化方向發展,另方面將改變軍事指揮、通信、偵察、訓練、後勤等工作的面貌。依靠計算機新技術設計制造的精確制導武器將日益增多;完全由計算機控制的飛機、艦艇、坦克等將進一步完善;無人駕駛飛行器的品種將增多,戰鬥性能將進一步提高;完全由計算機控制的機器人,將用於多種軍事目的。更先進的軟件技術的出現,將有利於把計算機更廣泛地用於軍事領域,同時又便於設計出更完善的軍用軟件。軍用電子計算機將進一步實現標準化、系列化,以便於使用和維護。特別是智能程度高、運算速度快的新一代電子計算機的出現,將對軍事科學技術和軍事指揮開拓嶄新的前景。

  

參考書目

 C.Gordan Bell,Allen Newell,Computer Structures,Readings and Examples,McGraw-Hill Book Co.,1971.

 J.P.海斯著,上海科學技術文獻出版社譯:《計算機結構和組織》,上海科學技術文獻出版社,上海,1982。(J.P. Hayes ,Computer Architecture and Organization,McGraw-HillBook Co.,1978.)