三防抗恶劣环境计算机发展趋势和特点
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发表时间2015-10-19 09:59:57
无论是在工业上还是军事上，工业平板电脑、三防加固笔记本电脑、8.1寸加固三防平板电脑的应用都很是广泛。美国是世界上早将计算机广泛应用于军事目的的国家。当今，美国三防抗恶劣环境计算机技术的发展仍然代表着世界三防抗恶劣环境计算机技术发展的方向和主流。下文将阐述三防抗恶劣环境计算机发展趋势和特点。
1 专用系统向开放式系统转变
美国过去用于武器系统中的计算机，都采用专用系统，随着计算机技术的发展，以及计算机在武器系统中广泛应用，专用系统阻碍了武器系统的发展，其研制周期长，软件和硬件成本高，可移植性和互操作性差，维护和培训困难，技术也相对落后。
开放式系统的基本思想是：采用现成的标准微处理器，标准的实时操作系统、通信规程和总线接口。它的优点是软件可移植性好，系统研制周期短，改进、升较容易，使用和维护方便。
2 充分利用商业计算机技术，定制开发三防抗恶劣环境计算机系统
为解决专用系统研制周期长、风险高、价格贵、升难的问题。美国军方先提倡使用商用现成技术及产品，以加快计算机技术更新，缩短周期，降低成本。但商用现成产品变化快，与长寿命的三防装备需求不相适应。从而采取根据三防需求，充分利用先进的商业计算机技术，定制开发三防计算机系统的途径。
3 把经济可承受性作为一项重要指标
武器装备系统中电子信息组成部分占的比例越来越大，必须把“买得起”和“用得起”作为一项重要研制指标。通过采用开放式系统、引入商业现成技术和产品、开发通用硬件模块和软件重用，改进可靠性和可维护性，并努力做到需求规范化、设备系列化、生产规模化，以实现这一目标。
4 向高性能、高可靠方向发展
比如为提高武器系统探测、预警、对抗的实时性和精确打击能力，高端武器系统对三防嵌入式计算机的处理能力提出了新的挑战，对传输带宽、可靠性、抗干扰、信息融合能力等都提出了更高的要求。例如，美国第四代战斗机（F－35）的综合核心处理器（ICP）系统中使用水星（Mercury）计算机系统公司的RACE＋＋系列多计算机系统，该系统具有100至200多个嵌入式处理器，提供信号处理能力达每秒5000亿次浮点（500GFLOPS）运算，数据处理每秒400亿次定点（40GIPS）运算，计算结点网络总带宽24GB/s。为此，嵌入式多处理器并行处理技术、调整数据传输技术、超高速电路板设计等技术正待不断开发和应用。
5 向轻型化和微型化发展
嵌入式计算机在武器装备里面能够占用的空间是十分有限的。这就要求设计者必须减小嵌入式计算机的体积，减轻其重量，同时必须不断提高其性能来满足日益增长的需要。模块化设计基于低成本、商用现成技术、互用和重复使用的硬件和软件模块，可大大降低成本，提高产品性能。另外，可在单个芯片上实现全电子系统的集成（SOC/SOPC），这样的系统芯片具有信号采集、转换、存储、处理及输入/输出等功能，再植入嵌入式软件，它能够大大降低成本、缩小产品体积、提高产品的可靠性，因此已被称为“未来嵌入式计算机”的基础。因此，高可靠性/高组装密度的通用化设计与组装技术、现场可编程门阵列（FPGA）及片上系统（SOC）设计技术亟待开发。
6 向网络化方向发展
未来战争将会是网络化的战争，任何武器、作战人员都可能是网络中的节点，因此嵌入式计算机在未来战场上是无处不在的。无论是在外层空间，还是天地一体化联网，终都是通过信息手段实现嵌入式计算机联网。分布式的嵌入计算机联网后，将发挥战斗力“倍增器”的作用，在战场侦察、环境监控、人员与装备定位、人员健康状况监控、战场人员访问信息及部队防护等综合能力都将比立运行的嵌入式计算机系统有质的提高。
7 向功能综合化方向发展
随着技术的发展，武器信息装备的数字化程度越来越高，嵌入式计算机在武器系统中已不再是一个立的系统，而是与其应用领域的其它处理设备协同工作、彼此渗透，形成较为紧密的相互耦合与控制关系，如与传感器信息的融合，可以显著提高作战态势的感知能力；在战术通信、电子战与雷达等军事领域，数据处理与信号处理只有通过综合处理系统实现较为紧密的耦合关系，才能达到系统所需要的处理能力与实时性。如美军的四代战机综合处理系统、联合战术无线电系统（JTRS）、数据链端机等都是计算机和通信技术结合的产物。为此，计算机和通信的融合设计技术将不断开发。
8 软件功能将会更加强大
随着武器装备“四化”（信息化、体系化、自主化和智能化）的发展以及网络化作战模式的逐步形成，武器系统越来越成为一种软件密集型装备。软件作为武器系统的重要组成部分，其功能更加复杂、规模更加庞大、研制周期更加紧迫、质量和可靠性要求更高，软件的地位更加重要。例如，美军20世纪50年代的F-4战机中只有4%的功能由软件来完成，60年代美军第二代战斗机F－111的航空电子系统功能有20%是通过软件的实现的，而到2000年，F-22战斗机的80%的功能要靠软件来实现。武器装备的功能将会越来越多由软件实现。
9 计算机及网络的安全性将大大加强
信息安全是三防信息系统的关键。美军在信息安全方面研究力度不断加强。美国国防部、国防科学委员会、国防部高研究计划局（DARPA）等不断推出有价值的研究报告。建议采用一致的信息安全体系框架和标准尺度，实施细粒度访问控制，应对拒绝服务攻击，增强入侵指示警告和攻击追查，建立全球信息栅格（GIG）信息保障测试环境等措施，增强信息系统安全性。
10 把认知计算机技术列为新军事变革的战略要点技术
美国军方认为，虽然目前的信息系统对美国国防为关键，但它们仍然过于复杂，容易出错且排除错误代价大，不安全易于受攻击，需要用户适应它们，而且基本上不够智能。DARPA信息处理技术办公室提出认知计算技术作为战略要点之一。认知计算机系统将有能力对它的环境、目标和自己行为进行推理，能与用户自然地交互，以健壮的方式对意外事件做出反应。
1 专用系统向开放式系统转变
美国过去用于武器系统中的计算机，都采用专用系统，随着计算机技术的发展，以及计算机在武器系统中广泛应用，专用系统阻碍了武器系统的发展，其研制周期长，软件和硬件成本高，可移植性和互操作性差，维护和培训困难，技术也相对落后。
开放式系统的基本思想是：采用现成的标准微处理器，标准的实时操作系统、通信规程和总线接口。它的优点是软件可移植性好，系统研制周期短，改进、升较容易，使用和维护方便。
2 充分利用商业计算机技术，定制开发三防抗恶劣环境计算机系统
为解决专用系统研制周期长、风险高、价格贵、升难的问题。美国军方先提倡使用商用现成技术及产品，以加快计算机技术更新，缩短周期，降低成本。但商用现成产品变化快，与长寿命的三防装备需求不相适应。从而采取根据三防需求，充分利用先进的商业计算机技术，定制开发三防计算机系统的途径。
3 把经济可承受性作为一项重要指标
武器装备系统中电子信息组成部分占的比例越来越大，必须把“买得起”和“用得起”作为一项重要研制指标。通过采用开放式系统、引入商业现成技术和产品、开发通用硬件模块和软件重用，改进可靠性和可维护性，并努力做到需求规范化、设备系列化、生产规模化，以实现这一目标。
4 向高性能、高可靠方向发展
比如为提高武器系统探测、预警、对抗的实时性和精确打击能力，高端武器系统对三防嵌入式计算机的处理能力提出了新的挑战，对传输带宽、可靠性、抗干扰、信息融合能力等都提出了更高的要求。例如，美国第四代战斗机（F－35）的综合核心处理器（ICP）系统中使用水星（Mercury）计算机系统公司的RACE＋＋系列多计算机系统，该系统具有100至200多个嵌入式处理器，提供信号处理能力达每秒5000亿次浮点（500GFLOPS）运算，数据处理每秒400亿次定点（40GIPS）运算，计算结点网络总带宽24GB/s。为此，嵌入式多处理器并行处理技术、调整数据传输技术、超高速电路板设计等技术正待不断开发和应用。
5 向轻型化和微型化发展
嵌入式计算机在武器装备里面能够占用的空间是十分有限的。这就要求设计者必须减小嵌入式计算机的体积，减轻其重量，同时必须不断提高其性能来满足日益增长的需要。模块化设计基于低成本、商用现成技术、互用和重复使用的硬件和软件模块，可大大降低成本，提高产品性能。另外，可在单个芯片上实现全电子系统的集成（SOC/SOPC），这样的系统芯片具有信号采集、转换、存储、处理及输入/输出等功能，再植入嵌入式软件，它能够大大降低成本、缩小产品体积、提高产品的可靠性，因此已被称为“未来嵌入式计算机”的基础。因此，高可靠性/高组装密度的通用化设计与组装技术、现场可编程门阵列（FPGA）及片上系统（SOC）设计技术亟待开发。
6 向网络化方向发展
未来战争将会是网络化的战争，任何武器、作战人员都可能是网络中的节点，因此嵌入式计算机在未来战场上是无处不在的。无论是在外层空间，还是天地一体化联网，终都是通过信息手段实现嵌入式计算机联网。分布式的嵌入计算机联网后，将发挥战斗力“倍增器”的作用，在战场侦察、环境监控、人员与装备定位、人员健康状况监控、战场人员访问信息及部队防护等综合能力都将比立运行的嵌入式计算机系统有质的提高。
7 向功能综合化方向发展
随着技术的发展，武器信息装备的数字化程度越来越高，嵌入式计算机在武器系统中已不再是一个立的系统，而是与其应用领域的其它处理设备协同工作、彼此渗透，形成较为紧密的相互耦合与控制关系，如与传感器信息的融合，可以显著提高作战态势的感知能力；在战术通信、电子战与雷达等军事领域，数据处理与信号处理只有通过综合处理系统实现较为紧密的耦合关系，才能达到系统所需要的处理能力与实时性。如美军的四代战机综合处理系统、联合战术无线电系统（JTRS）、数据链端机等都是计算机和通信技术结合的产物。为此，计算机和通信的融合设计技术将不断开发。
8 软件功能将会更加强大
随着武器装备“四化”（信息化、体系化、自主化和智能化）的发展以及网络化作战模式的逐步形成，武器系统越来越成为一种软件密集型装备。软件作为武器系统的重要组成部分，其功能更加复杂、规模更加庞大、研制周期更加紧迫、质量和可靠性要求更高，软件的地位更加重要。例如，美军20世纪50年代的F-4战机中只有4%的功能由软件来完成，60年代美军第二代战斗机F－111的航空电子系统功能有20%是通过软件的实现的，而到2000年，F-22战斗机的80%的功能要靠软件来实现。武器装备的功能将会越来越多由软件实现。
9 计算机及网络的安全性将大大加强
信息安全是三防信息系统的关键。美军在信息安全方面研究力度不断加强。美国国防部、国防科学委员会、国防部高研究计划局（DARPA）等不断推出有价值的研究报告。建议采用一致的信息安全体系框架和标准尺度，实施细粒度访问控制，应对拒绝服务攻击，增强入侵指示警告和攻击追查，建立全球信息栅格（GIG）信息保障测试环境等措施，增强信息系统安全性。
10 把认知计算机技术列为新军事变革的战略要点技术
美国军方认为，虽然目前的信息系统对美国国防为关键，但它们仍然过于复杂，容易出错且排除错误代价大，不安全易于受攻击，需要用户适应它们，而且基本上不够智能。DARPA信息处理技术办公室提出认知计算技术作为战略要点之一。认知计算机系统将有能力对它的环境、目标和自己行为进行推理，能与用户自然地交互，以健壮的方式对意外事件做出反应。
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