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1、军事需求对计算机诞生发展的促进 赵阵 国防科技大学人文与社会科学学院 摘 要： 计算机是人类历史上最伟大的发明之一, 它的诞生和早期发展与军事需求紧密相关。第二次世界大战期间弹道火力表的计算需求, 催生了第一台通用电子计算机。严格的军事应用促进了微电子技术的发展。当晶体管诞生后, 美国军方是研发生产的主要资助者和标准制定者, 而且早期的晶体管、集成电路产品主要被应用于军事领域。赛其防空系统建设以“大科学”的组织方式, 促进了计算机软件和硬件的全面发展, 计算机商业公司和研究机构在承担项目过程中, 获得了大量的资金、技术, 也培养了尖端人才, 为促进计算机的全面发展奠定了坚实的基础。关键词： 军
2、事需求; 计算机; 微电子技术; 作者简介：赵阵 (1980-) 男, 河南新乡人, 国防科技大学讲师, 研究方向为军事哲学、技术哲学。Email:收稿日期：2016 年 12 月 26 日基金：湖南省优秀博士学位论文科研项目“新军事技术变革的时代背景研究” (项目编号:YB2015B002) The Promotion of Birth and Development of Computer by Military RequirementZHAO Zhen College of Humanities and Social Sciences, National University of De
3、fense Technology; Abstract： Computer is one of the greatest inventions in human history, and its birth and early development had tight relationship with the military requirements. The computing requirement of trajectory fire tables expedited the first general electric computer during World War II. T
4、he strict military usage promoted the development of microelectronics. After the birth of transistor, the American military was the senior sponsor and the standards setter of research and production, and most of the transistors and integrated circuits products were used in the military field at the
5、beginning. As a big science model, the building of SAGE air defense system promoted the all-round development of computer software and hardware. The computer commercial companies and research institutions acquired a lot of funds, techniques, and opportunities of training talents during the course of
6、 taking the projects, which laid a solid foundation for promoting all-round development of computer.Keyword： Military requirement; Computer; Microelectronics; Received： 2016 年 12 月 26 日计算机是人类历史上最伟大的发明之一, 它的出现对人类社会产生了深远的影响。今天的计算机及其连接网络 (互联网) 已经渗透到社会的各个领域, 成为人们工作、交往、娱乐等各项活动须臾不可少的工具, 并进而对整个社会经济形态、政治结构和
7、文化观念等产生了重塑性影响。在短短数十年的历史中, 计算机发展呈现出了鲜明的特点, 比如它是众多科学家工程师接力式的发明, 以至于很难确定谁是计算机之父;一些商业公司对其推广应用尤其是个人电脑的普及, 起到了举足轻重的作用, 甚至当人们提起计算机时首先想到的是一些商业公司的名字。其实, 计算机发展过程中还有另外被人们所忽视的显著特点, 那就是作为一种尖端的科学技术, 计算机的诞生发展受到了军事需求的强力驱动。一、紧迫的战争需求催生通用电子计算机马克思主义认为, 社会需求是推动科学技术发展的重要动力, 恩格斯曾明确指出:“社会一旦有技术上的需要, 则这种需要就会比十所大学更能把科学推向前进。”1
8、按照科学社会学的观点, 社会“资助科学的程度, 取决于社会对科学需要的程度”。2战争是政治的继续, 关乎国家的生死存亡, 因此, 军事需求比普通的社会需求更为紧迫和重大, 其对科学技术的促进作用也更为突出明显。在科学的社会功能一书中, 贝尔纳认为“科学帮助满足了战争的需要, 战争的需要也同样地帮助了科学事业”, “这并不是由于科学与战争之间有任何神秘的亲合力, 而是由于一些更为根本的原因:不计费用的军事需要的紧迫性大于民用需要的紧迫性, 而且在战争中新式武器极受重视。通过改革技术而生产出来的新式或更精良的武器可以决定胜负。”3计算机诞生和早期发展的主要动力就是紧迫的战争需求, 也可以说计算机是
9、战争催生的产物。4 (5, p.243) 在两次世界大战中, 无线通信广泛应用, 作战双方需要对己方通信信息进行加密, 同时竭力截获破解敌方的信息, 从而在加密与解密之间展开了角逐。密码变得越来越复杂, 以至于仅靠人工无法完成工作, 不得不借助于机器进行破译, 这种需求促进了继电器计算机的诞生。1936 年德国工程师祖斯 (Konrad Zuse) 发明 Z1 计算机, 在 1941 年又制成了第一台全功能程序控制的继电器计算机Z3。美国后来也出现了与之类似的装置, 就是人们熟知的马克 (Harvard Mark) 系列计算机, 从 1944 年 5 月开始运行后, 它帮助美国破解了大量的德国
10、通信情报, 对于缩短战争进程发挥了重要作用。无论是祖斯的 Z3 型计算机还是马克系列计算机, 都是利用电磁继电器技术研制开发的新型计算装置, 属于继电器计算机。实际上, 在第二次世界大战期间, 机械式和继电器计算机的性能远远不能满足人们对计算能力的需求。美日开战后, 宾夕法尼亚大学莫尔学院 (Moore School, University of Pennsylvania) 的布什微分分析机被美军的阿伯丁弹道研究实验室征用, 被用来计算大炮的火力表。1942 年, 数学博士陆军中尉戈德斯坦 (Herman Goldstine) 被派往宾夕法尼亚大学负责此项工作。尽管他采取了诸如征集更多的机械式
11、计算机、增加计算人员、改进微分分析机等措施, 但是项目的进展仍然不尽如人意。战事的紧迫需求成为了计算机发展的动力, 为了能够对大量信息进行快速处理, 人们着手研制新型的计算机。正在莫尔学院工作的莫克利 (John Mauchly) , 得知了军方对计算能力需要的必要性和紧迫性时, 便向戈德斯坦详细介绍了他的计算装置的结构设想和特点, 得到后者的赞赏和肯定。莫克利与埃克特 (John Presper Eckert) 共同起草了研究方案, 弹道研究实验室在讨论这一方案时, 为机器定名为“电子数字积分机和计算机”(Electronic Numerical Integrator And Compute
12、r) , 简称为“爱尼艾克” (ENIAC) 。1943 年 7 月, 在美国陆军的资助下, ENIAC 以代号“PX 项目”秘密开始, (6, p.47) 研制新式计算机即电子数字计算机的工作正式展开。1944 年夏, “ENIAC”进入到了研制攻坚阶段。戈德斯坦在从弹道实验室所在地阿伯丁返回位于费城的莫尔学院, 在火车站遇见并结识了冯诺依曼。7此时的冯诺依曼正在参加曼哈顿计划, 而且也遇到了与弹道火力表计算一样的难题, 原子核裂变的各项数据的计算非常繁琐。虽然征用了台式卡片计算机、继电器计算机马克-1 等进行计算, 但是计算速度仍然不够, 成为了限制曼哈顿工程的瓶颈问题。因此, 当冯诺依曼
13、听说莫尔学院在与军方合作研制新型计算机时, 表示非常希望参观这台机器。1944 年 8 月, 冯诺依曼来到项目组并担任顾问。他的到来一方面增加了军方的信心, 研究经费资金量加大, 从最初计划的 15 万美元增加到 48.6 万美元。更为关键的是, 冯诺依曼提出了改进方案, 用二进制代替十进制, 进一步提高了电子元件的运算速度;把程序放在内部的存储器中等。如此一来, 电子计算机就形成了包括运算器、控制器、存储器、输入、输出的“冯诺依曼结构”。1946 年 2 月, ENIAC 正式与世人见面。ENIAC 的性能极为优越, 微分机计算 60秒射程弹道轨迹需要 20 小时, 它仅需要 30 秒。“发
14、明者高兴地指出, ENIAC计算一发高速炮弹的飞行轨迹比炮弹实际飞行还要快。” (8, p.244) 与同时期的马克系列的计算机相比, ENIAC 的性能优势也非常明显。 (见表 1) 表 1 ENIAC 机同继电器计算机的运算速度比较 (8, p.165, p.230;9, p.49) 下载原表 另外, 它还帮助求解了制造氢弹的关键方程, 为人们提供了原子核聚变时释放能量的值。直到 1958 年 10 月停机, 人们推算 ENIAC 所作的运算, 大大超过整个人类在 1945 年以前做过的所有计算。美国时代周刊的一名记者在参观完ENIAC 的运算后写道:“它的电子智慧开启了一个全新的世界。”
15、 (9, p.47) 回顾这段历史, 不难发现 ENIAC 的研发开始于第二次世界大战, 高速计算上的军事需求及其相联系的核武器开发计划, 确保了美国政府对这个新生技术的大力支持并直至取得成功。二、严格的军事应用推动微电子技术发展军事活动的目的是保存自己、消灭敌人, 具有尖锐的对抗性, 如果想要在对抗中获得有利于己的优势, 就必须尽可能地采取较为先进的武器和技术手段。苏联军事史教授 M.M.基里扬认为:“目前, 实际上任何一个自然和技术科学部门都与武器的制造有联系。”10大量科学技术应用于军事领域, 众多科学家服务于战争, 就造成了军事技术通常要领先其它领域科学技术的局面。刘戟锋教授提出了军事
16、技术先行发展的规律:“与其他部门相比, 历史上的技术发明更多地要么首先在军事部门作出, 要么首先用于军事。”11由于战争活动的暴烈性和对抗性, 军事技术通常具有更为严格苛刻的性能要求, 因此, 军事领域更倾向于采用性能突出、应用便捷的技术产品, 而不会顾忌过高的价格。事实上, 根据军事需求制定的严格标准促使人们不得不研发出更高质量的产品, 这就促进了微电子行业乃至整个计算机行业的良性发展。微电子技术的核心技术是半导体集成电路, 就是将晶体管等有源元件和电阻、电容等无源元件集成在一起。微电子技术先后经历了晶体管、集成电路、大规模和超大规模集成电路等阶段。1945 年 7 月, 贝尔实验室制定了关于固体物理学研究的长期计划, 还专门成立了固体物理研究部门。1947 年 12 月, 贝尔实验室的肖克莱 (William, B.Shockley) 、约翰巴丁 (John Bardeen) 和沃尔特布拉顿 (Walter, H.Brattain)
