در این تحقیق به طور کلی بر روی تکنولوژیهای موجود در حال حاضر و تکنولوژیهای مورد نیازدر آینده برای تحقق اهداف نیروی دریایی و ماموریتها ارتش و نیروی نظامی آمریکا بحث می شود .
توجه و تمرکز اصلی در این تحقیق بر روی موارد زیر است :
۱- جمع آوری اطلاعات جنگی و اطلاعات ارتش ، تلاش در زمینه ایجاد ارتش الکترونیک و استفاده از سیستمهای نظارتی و مراقبتی
۲- غنی سازی ارتش زمینی و ارتش دریایی

۳- مطالعه بر روی قابلیتهای سلاحهای ارتش و نیروی دریایی و تلاش در زمینه کاربرد موثر آنها در تشخیص هدف
۴- تدارکات در جهت حمایت و حداکثر ساختن بهره وری نیروی انسانی ، ارتش و نیروی دریایی زمینه های تکنیکی زیادی برای این تحقیق در نظر گرفته شده است، که در این بخش توضیح داده خواهد شد . ساختار کلی این تحقیق به همراه بعضی از زیر شاخه های آن در شکل زیر نشان داده شده است .

Volume 1: over view
در این بخش شرایط و اهداف کنونی نیروی دریایی و همچنین اهداف آینده ارتش و نیروی دریایی ، با توجه به امکانات و تکنولوزیهای موجود مورد بررسی قرار می گیرد . نظریات جدید و گوناگون در رابطه با تکنولوزیها وسیستمها توضیح داده شده و اثرات آنها که عملیات و فعالیتهای نیروی دریایی مورد بررسی قرار می گیرد. محیط امنیت ملی در آینده که نیروی دریایی در آن نقش کلیدی دارد، دارای تغییرات بیشتری نسبت به خود نیروی دریایی است. بنابراین تحولات زیادی باید در ارتش برای تطابق با محیط در حال تغییر انجام بگیرد . مدلها ، نحوه عملکرد ، خصوصیات و تواناییهای ارتش باید توسط تکنولوزیهای پیشرفته گسترش یابد .

در این بخش خصوصیات محیطی آینده که نیروی دریایی آمریکا باید در آن قادر به عمل باشد بررسی می شود و چگونگی استفاده از تکنولوزی جهت به کارگیری و عملکرد موثر نیروی دریایی در محیط در حال تغییر بررسی می شود .
ماموریتهای نیروی دریایی :
اعمالی که نیروی دریایی آمریکا موظف به انجام آنهاست در طی سالها تغییرات جزیی داشته است و انتظار و می رود که در آینده نیز این روند ادامه پیدا کند . این وظایف شامل موارد زیر است :

۱- نگهدای و حفظ قدرت موجود .
۲- تاسیس موانع و نگهداری از سنگرها و تاسیسات دفاعی
۳- دفاع و جلوگیری از حملات به آمریکا ، کشورهای متفق آمریکا ، ملتهای دوست و به طور کلی نگهداری نیروی دفاع دریایی
۴- نشان دادن قدرت ارتش ملی توسط ارتشهای اعزامی شامل حمله به target های موجود در خشکی از طریق دریا ، حمایت از نیروی نظامی موجود در خشکی ، تنظیم حملات و حمایت Logistic از آنها

۵- تامین امنیت و آزادی در دریا ، خشکی و فضا
۶- هماهنگی عملیات و ماموریتهای بخشهای مختلف
روشهای جدید جنگی که توسط تروریستها یا گروههای جنایتکاران که جز هیچ قسمتی از دولتهای شناخته شده نیستند ، سازمان دهی می شوند ، مشکلات جدیدی را برای نیروی دریایی آمریکا ایجاد کرده اند .

ارتش های بیگانه وابسته به آمریکا قابل اطمینان نیستند و در خیلی از مواقع فشارهایی را به آمریکا تحمیل می کنند. یک نیروی دریایی جهانی در آمریکا با توانایی بالا جهت حمایت از متفقین و کشورهای در حال صلح و نفوذ و تاثیر پذیری بر دیگر کشورها و حمایت از آمریکا مورد نیاز است .
آمریکا معمولا به صورت متحد با بیگانگان عمل می کند . بنابر این عملیات ترکیبی، قانون نیروی دریایی است .
تکنولوژیهای پیشرفته در سرتاسر جهان در حال انتشار است . بنابر این نیروی دریایی نیز باید از تغییرات تکنولوزی آگاه بوده و آماده بهره برداری از تکنیکهای جدید باشد . مهمترین تواناییهای ارتش در حال توسعه شامل موارد زیر است :

۱- دستیابی و بهره برداری از دیده بانی فضایی برای ردیابی ناوگانها و بالا بردن آسیب پذیری ناوگانهای دشمن.
۲- بالابردن توانایی جهت استخراج و به کارگیری سیستمهای تکنیکی مبتنی بر اطلاعات و هوش
۳- به کارگیری سیستمها و سلاحهای موشکی موثر

۴- استفاده از سیستمهای زمینی پیشرفته به همراه سنسورها ی شبکه ای که می تواند کشتیهای دشمن را توسط سیستمهای متحرک هدفگیری کند .
۵- به کار گیری موشکهای ضد کشتی با خصوصیات فیزیکی مناسب و قابلیت پرواز
۶- استفاده از موشکهای بالستیک با قابلیت هدایت بالا که قادر به حمله به ناوگانها می باشند .
۷- استفاده از زیر دریاییهای بدون صدا ، مدرن و غیر وابسته به هوا به همراه torpedoes های مدرن
۸- به کارگیری سلاحهای هسته ای ، شیمیایی و بیولوژیکی

مهمترین تواناییهایی که نیروی دریایی در آینده باید به آنها دست یابد شامل موارد زیر است :
۱- نگهداری اطلاعات مهم و حفظ آنها در مقابل دشمن
۲- استفاده از کشتیهای جنگی با عملکرد موثر و مجهز به ابزار شبکه ای و زیر سیستمهای خودکار
۳- به کارگیری موشکهای propelledوموشکهای هدایتی (guided-mission) که از لحاظ قیمت ارزانتر از سلاحهای امروزی هستند و میزان بازدهی عملیات ارتش را بالا می برند. میزان فشنگها ، گلوله ها و حجم پرتاب آنها باید به میزان زیادی افزایش بیابد.

۴- استفاده از هواپیماهای جنگی stol و stovl
5- مشارکتهای air to air به میزان زیادی با استفاده از سنسورهای شبکه ای multi static در هواپیماها و موشکها و استفاده از سیستمهای مدرن .
۶- استفاده از UAV ها (unmanned aerial vehicles) برای کارهای عادی و کارهای پر مخاطره
۷- توسعه قابلیتهای زیردریاییهای پیشرفته برای حمایت نیروی دریایی و عملیات ساحلی .
۸- تسخیر ارتش ضد زیردریایی که توسط فرو نشاندن زیردریاییهای هسته ای روسیه ، به وسیله زیر دریاییها هسته ای غیر هوایی که توسط دیگر ملتها فروخته می شود ؛ تشکیل شده است .

۹- توانایی خنثی سازی محیطهای زمینی از دریا ، سطح آب و بر روی ساحل با سرعتی بیشتر از سرعتی که تاکنون به کار می رود.
۱۰-طراحی و ساخت سلاحهای جدید ، سیستمهاو تکنیکها به منظور جنگ در محیطهای اشغال شده در برابر نیروهای سازمان دهی شده دشمن ، گروههای تروریست و جنایتکار و مقاومت در مقابل بی قانونیها
۱۱-حمایت Logistic گسترده در دریا که مواد و اطلاعات مورد نیاز را به موقع و به میزان مناسب در دسترس قرار دهد . این امر یکی از مشکلات نیروی دریایی در گذشته و در حال حاضر می باشد

تمامی این تغییرات ذکر شده باید به امکانات نیروی دریایی تا ۴۰ سال آینده اضافه شده وبرای دستیابی به عملکرد موثر از آنها استفاده شود.
جهت مقابله با احتیاجات محیط آینده به همراه قابلیتهای تکنولوژی در ساختار نیروی دریایی باید تغییرات اساسی ایجاد شود. برای دستیابی به این امر مراحل زیر ضروری است:
۱-ارتش و نیروی دریایی (navy and the marine corps) با یکدیگر پیوند یابند، ماموریتهایشان با کمک یکدیگر انجام شده و فعالیت های آن مکمل هم باشد و در زمینه تحقق اهداف مشترکشان با یکدیگر رقابت داشته باشند.

۲- نیروهای جدیدی از طریق سرمایه گذاری بر روی قابلیتها و تواناییها می تواند ایجاد شود. جهت اداره و کنترل مخاطرات مالی، تکنیکی و ساختاری قابلیت های جدیدی باید بسط داده شود. این قابلیت ها یا تواناییها اگر موفق بودند و عملکرد موثری در آزمایشات داشتند به تواناییهای موجود در حال حاضر ارتش و نیروی دریایی اضافه می شوند یا جایگزین تکنولوژیهای موجود خواهند شد.

۳- نیروی دریایی و ارتش باید طرز تفکر خود را در رابطه با طراحی و ساخت نیروها و نحوه تخصیص بودجه برای آنها تغییر دهند. هم چنین باید در زمینه های مربوط به هزینه ها، نیروی انسانی ، سکوها ، سلاحها و زیر سیستم های نظامی مطالعات بیشتری انجام دهند و در طراحی آنها به صورت یک سیستم واحد بکوشند.
۴-این رویکرد تدریجی به منظور انتقال منابع از برنامه های موجود بر روی مفاهیم جدید و رقابتی با در نظر گرفتن مخاطرات آن است. حمایت و پشتیبانی زیادی برای چنین کار هایی از جانب نیروی دریایی و وزارت دفاع باید صورت گیرد. بدون وجود چنین حمایتهایی نمی توان به منابع موجود اعتماد کرد.

با افزایش کارایی و کاهش برخی از تواناییهای موجود می توان به قابلیت های مطلوبتری دست پیدا کرد .
تمام سیستم های اصلی نیروی دریایی برای انجام عملیات با تعداد کم نیروی انسانی طراحی شده اند. این افراد قابلیت ها ی تکنیکی بیشتری در حیطه نظارتیشان دارند و در انجام وظایف خود احساس مسئولیت بیشتری نشان می دهند.

اصطلاعات اساسی باید در سیستم نیروی انسانی و سازمان دهی آن در سالهای آتی انجام شود. نظیر توسعه تحصیلات و آموزش ، دستیابی به سودمندی و کارایی در شغل، بهبود سلامتی و انجام مراقبتهای پزشکی در رابطه با کارکنان و مجروحین جنگی.
افراد شایسته با تحصیلات و تواناییهای بالا مورد نیاز هستند تا به تکنیکهای مورد نیاز و پروژه های نیروی دریایی در آینده نظارت داشته باشند.
تکنولوژیهای مدرن پزشکی به آسانی در آینده در دسترس قرار می گیرند. سیستم های حمایتی و کمکی تکنیکی برای دستیابی به سلامتی و مراقبتهای بهتر و معالجه مجروحین به آسانی قابل استفاده خواهند بود.

توسعه و گسترش بسیاری از این تکنولوژیها در بخشهای غیر نظامی است. نیروی دریایی به منظور دستیابی به اهداف بالا باید از این پیشرفتهای انجام شده ، حداکثر بهره برداری را در حیطه نظامی انجام دهد.
صرف هزینه برای بهبود کیفیت زندگی کارکنان نیروی دریایی و خانواده های آنها برای آمادگی بیشتر و کیفیت بهتر کاری نیروی انسانی لازم و ضروری است .
نیروی دریایی ترکیبی از انسانها و ماشینها ست. ماشینهای به کار رفته شامل دستگاههای عظیم نظیر کشتیها و هواپیما ها تا میکرو پروسسورها می باشند و به اشخاص در انجام کارهایی که بدون استفاده از ماشینها امکان پذیرنیست کمک می کنند. توانایی و خصوصیات ماشینها با پیشرفت تکنولوژی تغییر کرده است.

پیشرفتهای انجام شده باعث افزایش بازده کاری اشخاص شده است و آنها را قادر به انجام کارهای بیشتر با دانش و دقت بیشتر و کنترل دقیقتر کرده است.
تکنولوژیهایی که فعالیت های نیروی دریایی بر مبنای آن قرار گرفته است تغییرات زیادی داشته است و به میزان زیادی در حال گسترش در زمینه های مختلف است. این مقاله ۹ گروه از مهمترین تکنولوژیهایی را که در فعالیت های نیروی دریایی تاثیرات اساسی داشته است بررسی می کند. این تکنولوژیها در جدول زیرنشان داده شده است:

Volume 2:Technology:
در این بخش در رابطه با تکنولوژیهای مهم و اساسی که در نیروی دریایی در آینده کاربرد زیادی دارند بحث می کند و کاربردهای آتی و احتیاجات نیروی دریایی به این تکنولوژیها را تا پایان سال ۲۰۳۵ مورد بررسی قرار می دهد. در حقیقت یک تصویر ذهنی از پیشرفت و کاربرد این تکنولوژیها ارائه می دهد. و اثرات آنها را بر روی نیروی دریایی آینده و ارتش دریایی تعیین می کند.

در بخشهای بعدی بر روی سیستم های آینده که از این تکنولوژیها تشکیل شده اند بحث می شود.
یکی از اهداف اولیه این بخش تعیین اساسی ترین تکنولوژیها برای نیروی دریایی برای اطمینان بخشیدن به امریکا به نفوذ و برتری این کشور در عملیات آتی نیروی دریایی است.
این بخش بیشتر از ۱۰۰ تکنولوژی مهم که مبنای تکنولوژی را برای نیروی دریایی آینده تشکیل می دهد مشخص می کند این تکنولوژیها همان طور که در شکل نیز نشان داده شده است شامل ۹ گروه زیر است:
۱-Computation
2-Information & Communication
3-Sensors
4-Automation

۵-Human performance
6-Materials
7-power & propulsion
8-Environment
9-Enterprise processes

در این بخش در رابطه با هر یک از ۹ زمینه تکنولوژی ذکر شده در بالا توضیحاتی ارائه می گردد.
۱-Computation:

کامپیوترها و نرم افزارهای مربوط به آن که قابلیتهای کامپیوتر را تشکیل می دهند جزء مهمترین تکنولوژیهایی هستند که عملکرد نیروی دریایی آینده را کنترل می کنند. اطلاعات کلید موفقیتهای نظامی است و محاسبات کلید اطلاعات است.
سیلیکون میکرو الکترونیکی به عنوان موتور و نیروی محرکه رشد تکنولوژی کامپیوتر در ۴۰ سال گذشته محسوب می شود پهنای خطوط استفاده شده (Line Width) در ساخت چیپهای کامپیوتری به میزان زیادی کاهش یافته است و در عوض تعداد ترانزیستورهای به کار رفته در هر چیپ افزایش یافته است. این عوامل باعث افزایش قدرت محاسباتی در کامپیوتر ها شده است.

در زمینه تولید نرم افزارهای کامپیوتری نیز پیشرفتهای زیادی انجام گرفته است. نرخ متوسط پیشرفت در تولیدنرم افزار ها ۵ در صد در هر سال اندازه گیری شده است. میزان کاربرد نرم افزار ها به میزان بسیار بیشتری از نرخ تولید آنها رشد داشته است. این میزان در حدود ۶۰ درصد در هر سال تخمین زده شده است.
برای حل بحرانها و مشکلات ناشی از نرم افزار تشکیل گروههایی از کارشناسان خبره در عملیات نیروی دریایی نظیرهدایت موشکها و هواپیماها و کنترل سیستم های جنگی مورد نیاز است. فاکتور اصلی در توسعه نرم افزارها در آینده تولید برنامه های ساختار یافته و جهت داده شده با قالبهای مشخص می باشد.
پیشرفت در پردازش آنالوگ و دیجیتال نیز یکی از موضوعات مورد بحث است.

متاسفانه هر چهتوان محاسباتی کامپیوترها افزایش می یابد اندازه های بسته های نرم افزاری نیز افزایش یافته و میزان خطاهای نرم افزاری بیشتر می شود. بسیاری از سیستم های مبتنی بر کامپیوتر قابلیت اطمینان و عملکرد خود را توسط بسته های نرم افزاری مشخص می کنند.
کامپیوترها و سیستمهای محاسباتی نقش مهمی را در فعالیت های نیروی دریایی بر عهده دارند. امروزه سیستم های پیچیده نظامی بدون کمک کامپیوتر ها دوام نخواهند آورد. کاربردهای کامپیوتر در نیروی دریایی شامل موارد زیر است:

 

برخی از تکنولوژی های مهم به کار رفته در این زمینه شامل موارد زیر است:
۱٫Micro electronics:

اکثر پارامترهایی که خصوصیات میکرو الکترونیک ها را توصیف می کنند نظیرافزایش Clock Speed، کاهش در اندازه و قیمت ترکیبات در هر چیپ عملکرد با کیفیت مناسب و … در ۲۰ یا ۳۰ دهه گذشته بسیار پیشرفت کرده اند.
این تکنولوژی ها به همراه تکنولوژیهای مورد نیاز در ساخت کامپیوتر و الگوریتم ها و پیشرفتهای نرم افزاری موجب افزایش قدرت محاسباتی چنانچه ما امروز شاهد آن هستیم شده اند. شکل زیر روند تغییرات ۲ پارامتراصلی را که خصوصیات میکروالکترونیکها را توصیف می کنند در فاصله سالهای ۱۹۷۰ تا ۲۰۳۵ نشان می دهد. این پارامترها تعداد ترانزیستورها و میزان پهنای باند در هر چیپ می باشند.

بدون شک کاهش پهنای باند به ابزار بیشتری اجازه نصب بر روی یک چیپ با اندازه های مشخص را می دهد ولی میزان ترانزیستورها در هر چیپ با سرعت بیشتری افزایش یافته است.

۲٫computer performance :
با جایگزین شدن تیوبهای خلاً با ترانزیستورها ، کامپیوترها از مدارات فشرده میکرو الکترونیکی با سرعت بالا و هزینه کمتر استفاده کرده و قدرت محاسباتی خود را به میزان بسیار زیادی افزایش دادند ، شکل زیر میزان این پیشرفت را به صورت شماتیک نشان می دهد.

دو گروه عمده از پردازشگرها (processor) شامل موارد زیر است:
۱-کامپیوتر ها با عملکرد محاسبات بالا:High performance computing
2-کامپیوترها با محاسبات تابعی بالا: Functional /affordable computing

کامپیوترهای high performance نشان دهنده نقش هنر در سرعت محاسبات، گنجایش ذخیره اطلاعات و نرخ ارسال است. کامپیوتر Gray T90 یک نمونه از این کامپیوتر است.
به سرعت پردازش این نوع کامپیوترها به میزان ۶۰ درصد در هر سال اضافه شده است. به عبارت دیگر سرعت آنها در هر ۱۸ ماه ۲ برابر یا در هر ۱۰ سال ۱۰۰ برابر شده است.
تعداد ترانزیستورها در هر چیپ در ۴۰ سال آینده نیز رو به افزایش خواهد بود. اگر روند قبلی ادامه پیدا کند سرعت عملیاتی کامپیوترهای High Performance در سال ۲۰۳۵ انتظار می رود که به میزان ۱۰^۱۵ floating point عملیات در هر ثانیه برسد واندازۀ حافظه نیز به ۱۰tetrabyte برسد. مغز انسان دارای قدرت پردازش ۱ peta flop می باشد بنابراین کامپیوترها در سال ۲۰۳۵ می توانند کمک موثری برای اشخاص باشند.

کامپیوترهای functional or affordable computing به کامپیوترهایی گفته می شود که به صورت انبوه تولید شده و قابل دسترسی برای اکثر مردم است نظیر کامپیوتر Intel Pentium سرعت پیشرفت این کامپیوترها نسبت به کامپیوترهای High performance آهسته تر است.
سرعت پردازش این نوع کامپیوترها در هر ۲۴ ماه ۲ برابر می شود. اگر چنین روشی ادامه پیدا کند، نیروی دریایی در سال ۲۰۳۵ به سرعت عملیاتی در حدود ۱۰^۱۲ floating point operation per second به وسیله کامپیوترهای معمولی با قیمت مناسب دسترسی دارند.

سرعت پیشرفت کامپیوترهای نظامی معمولاً عقبتر از کامپیوترهای غیر نظامی است. البته یک مورد استثنا در این زمینه کامپیوترهای high performance هستند که پارلمان دفاع و نیروی دریایی از منابع اصلی استفاده کننده از این کامپیوترها هستند. نظیر کاربرد آنها در شبیه سازی سلاحهای هسته ای. هدف اصلی برای نیروی دریایی آینده تطبیق کاربردهای نظامی و همگام ساختن دانش کامپیوتر در نیروی دریایی با پیشرفتهای کامپیوتر در زمینه غیر نظامی و تجاری می باشد.
Architecture: Micro processor

بازده مناسب عملکرد کامپیوتر نه تنها به سرعت سخت افزار آن وابسته است بلکه به معماری آن که در واقع ارتباط بین اجزاء تشکیل دهنده آن است نیز بستگی دارد.
با حداکثر مقدار clock speed که تکنولوژی موجود می تواند مقدار آن را تامین کند عملیات اضافی می تواند به طور همزمان انجام شود. در سطحی که یک CPU وجود دارد این امر با اجرای موازی و همزمان یک سری از دستورات از طریق ترکیب و اتصال ضرب کننده ها و جمع کننده ها انجام می شود. با استفاده از این روش به جای استفاده از ۱۰ سیکل ساعت

برای انجام یک دستور العمل چنانچه در میکروپروسسورهای اولیه انجام می شد از طریق اجرای عملیات به صورت موازی چندین دستور العمل در هر سیکل ساعت انجام می شود.
برای دستیابی به قدرت محاسباتی بیشتر می توان چندین CPU را با یکدیگر ترکیب کرد و پردازشگرهایی با چندین آرایه ایجاد کرد. Super computer ها از این روش سخت افزاری استفاده می کنند.

عملکرد مناسب multiple processor ها برای ایجاد قدرت محاسباتی مطلوب کار ساده ای نیست و بستگی به عملیات در حال انجام و وضعیت سخت افزار دارد. دسترسی به processor،buss ، حافظه ، ورودیها و خروجی ها I/O با مشکلات زیادی همراه است. مهندسین و معماران کامپیوتر تکنولوژیها و. نرم افزارهای جدیدی برای حل این مشکلات ابداع کرده اند. بسته به نوع ارتباط دیتا و دستورات، multiproccesor architecture به دو گروه عمده تقسیم بندی می شوند یک گروه SIMD است که مخفف single structure multiple Data می باشد و گروه دیگر MIMO است که مخفف multiple structure multiple data می باشد.

ماشینهای SIMO دستورات مشابهی را به روی ستهای چندتایی دیتا به طور همزمان اجرا می کنند. بنابراین برای کاربردهایی نظیر پردازش سیگنال پردازش تصویر (Image Processing) و بررسی پدیده های فیزیکی مناسب هستند. در حقیقت این نوع پردازشگرها عملیات مشابهی راا به دفعات بسیار زیاد برروی دیتاهای مختلف اجرا می کنند. این نوع پردازشگرها برای انجام یک عملیات بسیار مفید هستند ولی زمان بسیار زیادی را برای انجام چندین عملیات مصرف می کنند. به طور کلی این نوع پردازشگرها برای اعمال محاسباتی مناسب نیستند و اکثر کمپانی های تولید کننده آنها تولید خود را متوقف کرده اند.

ماشینهای MIMD دستورات را به طور همزمان اجرا نمی کنند بلکه به هر processor اجازه می دهند تا به صورت مستقل کار کند. این نوع از پردازشگرها کاملاً انعطاف پذیر بوده و به راحتی قابل برنامه ریزی هستند.
در آینده نزدیک تمام کامپیوترها از multi processor های MIMD استفاده می کنند.
۴)Hardware Technology
Micro processors :
Complex Instruction Set Computing :

طرحهای میکروپروسسور CPU توسعه پیدا کرده و با یکدیگر ترکیب شده اند. به دلیل این که ترکیب دستوراتی که programmer می تواند اجرا کند بسیار زیاد است. طراحان مکانیزمهای سخت افزاری را برای مواجهه با مشکلات سخت افزارهای on board اضافه کرده اند. نتیجه این طرحها ایجاد یک چیپ پیچیده بود که به سیکلهای ساعت چندتایی (multiple clock cycles) برای انجام هر دستور العملی احتیاج داشت.

Processor قبل از انجام دستور بعدی باید بررسی کند که آیا آخرین دستور هنوز از منبع خاصی نظیر رجیستر ، جمع کننده ، ضرب کننده و… استفاده می کند یا خیر و سپس هر مشکلی را حل کند. این معماری جدید به نام CISCS خوانده می شود.

Reduced Instruction Set Computing:
از آنجایی که programmer ها عمل انتقال را از زبان اسمبلی به زبانهای سطح بالای کامپیوتر و کامپایلرها انجام می دهند، تعداد دستورات استفاده شده در عمل بسیار محدود است. با محدود کردن دستور العملهایی که به طور مستقیم توسط سخت افزارها Support میشوند منطق دیکود کردن دستور العمل می تواند به مقدار ۲۰ تا ۳۰ در صد از اندازه چیپ را کاهش دهد که در مقایسه با میزان ۷۵ تا ۸۰ در صد برای چیپهای CISC مقدار قابل ملاحظه ای است.

پس به طور کلی تکنیک به کار برده شده استفاده از تعداد کم دستورات در چیپهایی با حجم کم و سرعت clock زیاد می باشد البته تا آنجایی که سخت افزار چیپ این امکان را می دهد.

استفاده از چیپهای DSP مدرن که از روش توضیح داده شده بالا استفاده می کنند نیز متداول است. این چیپها برای اعمال ریاضی تکراری مناسب هستند ولی در مقایسه با روشهای برنامه نویسی خیلی انعطاف پذیر نیستند.

با گذشت زمان در زمینه افزایش تعداد ابزار بر روی یک چیپ با سرعت اجرای بالاتر به منظور غلبه بر محدودیتها و نقصهای موجود در تکنولوژی های قبلی سرمایه گذاری شد. زمان دستیابی به حافظه به میزان زیادی کاهش پیدا کرد.
Cache های بزرگ با حجم ۴ مگا بایت بر روی چیپ تهیه شد. واحدهای محاسباتی چند تایی با قابلیت برداری و Instruction pipeline ترکیب شد. تمامی این پیشرفتها منجر به طراحی یک چیپ به عنوان Super Scalar RISC شد.

فهرست زیر اکثر پردازشگرهای مورد استفاده را نشان می دهد. اغلب آنها از معماری Super SCalar RISC استفاده می کنند.

ارتباطات داخلی بین processor ها و حافظه در مولتی پروسسورها نقش مهمی را در عملکرد آنها دارد . اطلاعات و دیتاها باید سریعاً به جایی که مورد نیاز است منتقل شوند. طرحهای بسیاری برای ارتباط داخلی پروسسورها در نظر گرفته شده است که شامل آرایه های ۲ ، ۳ و چند بعدی از buss است.
هر چه سرعت سخت افزار زیاد می شود جلوگیری از هر گونه تاخیر حتی برای مدت کوتاهی اهمیت بیشتری پیدا می کند. در فواصل زیاد (فواصلی در حد سانتی متر ، متر یا کیلومتر) با نرخ ارسال بالا ، مخابرات فیبر نوری روش مناسبی برای انتقال دیتای دیجیتال است . خیلی از سیستم های رادار مدرن از فیبر نوری COTS برای ارتباط پردازشگرهای سیگنال با کامپیوترهای کنترلی استفاده می کنند.

البته تنها در سطح processor_to_processor نیست که از مخابرات نوری استفاده می شود. حتی در ارتباط سیگنالهای دیجیتال به صورت Board _To_Board و Chip_to_chip نیز تکنولوژی نوری راه حل مناسبی برای مشکلات آینده است.
با افزایش سرعت Clock ها اتصالات نوری کاربرد بیشتری نسبت به اتصالات الکتریکی پیدا کرده است. شکل زیر تفاوت استفاده از ۳_mw_wide aluminum به عنوان اتصال الکتریکی و ۱_Mm threshold laser را به عنوان اتصال نوری نشان می دهد.

در ۴۰ سال آینده استفاده از اتصالات نوری نقش کلیدی را در تسهیل کردن عملکرد CPU ها با سرعت بالا در حدود multigiga hertz clocks و همچنین در مولتی پروسسورها در هر دو نوع high performance و functional ایفا می کند.

۵)Memory:
حافظه ، نحوه ذخیره اطلاعات در آن و چگونگی دسترسی به اطلاعات حافظه کلید مهمی در موفقیت تکنولوژی محاسبات است. کامپیوترها از نوع PC تا Super Computer ها همگی برای ذخیره سازی دیتا از شیوه سلسله مراتبی (hierarchical form) با قابلیت دستیابی سریع استفاده می کنند.
شکل زیر این نحوه ذخیره سازی را نشان می دهد.

میزان بازده در عملکرد و قیمت به ازای هر بیت ذخیره اطلاعات عموماً با حرکت از پایین به بالا افزایش می یابد. در بالای مثلث حافظه های نیمه هادی قرار دارند با زمان دستیابی در حد نانو ثانیه و در پایین مثلث دیسکهای ذخیره اطلاعات و کاستهای صوتی با زمان دستیابی در حدود ثانیه و دقیقه قرار دارند. در وسط مثلث هارد دیسکها و ادوات جامد قرار دارند بازمان دستیابی در حد میلی ثانیه.

امروزه در اکثر CPU ها به ویژه از نوع Super Scalar RISCS از مقدار زیادی از حافظه های Cache استفاده می کنند. میزان استفاده از حافظه های RAM با ظرفیتهای ۳۲ و۶۴و حتی ۱۲۸ مگا بایت نیز افزایش یافته است. انتظار میرود در آینده نیز حجم ذخیره سازی اطلاعات در حافظه ها افزایش پیدا کرده و زمان دستیابی اطلاعات در آنها کاهش یابد.
البته با وجودی که سرعت دستیابی به اطلاعات حافظه و حجم آنها رشد داشته است. ولی سرعت پیشرفت آنها به میزان سرعت پیشرفت تکنولوژی پروسسورها نیست. محدودیتهای حافظه می تواند مانع استفاده بهینه از توان پردازشی مورد انتظار در آینده شود.

امروزه حجم حافظه های مغناطیسی به میزان ۶۰% در هر سال افزایش می یابد. ظرفیت دیسکها امروزه به حدود چندین گیگا بایت رسیده است.
مزایای ذخیره سازی دیتای دیجیتال به صورت نوری نسبت به نحوه مغناطیسی مربوط به توانایی ذاتی نورهاست.پرتوهای لیزر با قدرت تمرکز بالا ، بیتهای بیشتری نسبت به روش مغناطیسی تولید می کنند. در اوایل سال ۱۹۸۰چگالی بیتهای ایجاد شده به روش نوری در حدود ۱۵۵ Kilobits/mm2 بود در حالی که چگالی بیتهای ایجاد شده به روش مغناطیسی ۱۰ یا ۱۱ kb/mm2 بود. در اوایل سال ۱۹۹۰ مزیت روش نوری نسبت به مغناطیسی با ظهور magneto- resistive head کمتر شد. عملکرد CD drive نوری مشابه hard drive

مغناطیسی است و دستیابی سریع و تصادفی را به هر نوع دیتایی که بر روی دیسک ذخیره شده است با نرخ و زمان نزدیک به درایوهای مغناطیسی تامین می کند.
با وجود این که دیسکهای مغناطیسی به دفعات بسیار زیاد قابل write کردن هستند، دیسکهای نوری قابل write ، مشکلات بیشتری دارند. دیسکهای نوری قابل write و غیر قابل write به مقدار محدودی در دسترس هستند و هم چنان در حال ترقی و گسترش هستند. سیستمهای نوری اغلب گران قیمت نیز هستند.

سیستمهای نوری قابل write ازروش دیگری برای ذخیره اطلاعات استفاده می کنند. با مطالعه خصوصیات سیستمهای نوری و مغناطیسی سیستمهای زیر طراحی شده اند:
سیستم magneto –optic و سیستم phase – change . سیستمهای magneto- optic می توانند مستقیما rewrite شوند بدون اینکه نیاز به پاک کردن اطلاعات قبلی باشد. ولی سیستمهای phase –change احتیاج به کنترل مجدد برای ذخیره اطلاعات به صورت قابل write دارند. پیشرفت در این زمینه ها بسیار سریع است. چنین سیستمهایی به زودی با قیمت مناسب در دسترس خواهند بود. تیپهای optical نیز ساخته شده اند و حجم بسیار زیادی از dataمی تواند در حجم خیلی کوچکی ذخیره شود. شکل زیر روند رشد دیسکهای مغناطیسی و نوری وتیپها را در سالهای اخیرر نشان می دهد.

Three dimensional Holographic Memories:
دیسکها و تیپهای مورد استفاده در حال حاضر دیتا را به صورت فرمت دوبعدی بر روی سطح ذخیره می کنند. در حافظه holographic بیتها در الگوهای ۲ بعدی که به عنوان page خوانده می شوند، ذخیره می شوند و از تکنیکهای ارتباطی holographic استفاده می کنند. اطلاعات و پرتو مرجع در مواد photorefractive ترکیب شده و میزان انعکاس مواد در واکنش به الگوهای ارتباطی توزیع شده توسط میدان الکتریکی را متعادل می کنند. جهت ذخیره اطلاعات بیشتر در حجم مشابه، page های اضافی در بالای یکدیگر ذخیره می شود. این امر با توجه به تفاوت در زوایای برخورد پرتوهای مرجع انجام می گیرد. هر صفحه توسط پرتو مرجع مشخصی ضبط می شود و برای خواندن بخش حاوی اطلاعات تنها صفحاتی خوانده می شود که با یک پرتو مرجع مشخص ضبط شده اند. پیش بینی وضعیت حافظه های holographic در آینده بسیار مشکل است.
زبانهای برنامه نویسی: ۶)Computer Languages:
با گسترش سخت افزارها و افزایش قابلیتهای آنها، کارهای جدید ظهور پیدا کرد وتعداد زیادی از الگوریتمها برای انجام این کارها طراحی شد. به دلیل نیاز به تهیۀ نرم افزاربرای برنامه ریزی کامپیوترها و اجرای الگوریتمها تعداد زیادی از زبانهای برنامه نویسی کامپیوتر ایجاد شدکه با زبان سطح پایین نظیر assembly شروع شد و امروزه زبانهای سطح بالای بسیاری توسط مهندسان نرم افزار نوشته شده است. شکل زیر قدرت برنامه ریزی توسط زبانهای برنامه نویسی گوناگون را نسبت به فاکتور Sloc که مخفف Source Lines of code است نشان می دهد.

شکل زیر میزان هزینۀ متوسط را در هر Function point نسبت به زمان نشان می دهد. خط کج کشیده شده نرخ یادگیری را نشان می دهد که در حدود ۸۰% در هر ۵ سال و ۵ درصد در هر سال است.

رشد نرم افزار: Software Growth
با رشد منابع محاسباتی، میزان کارهایی که با استفاده از این منابع می تواند انجام شود، افزایش یافته است. میزان خطا با افزایش اندازۀ برنامه ها افزایش یافته است. شکل زیر میزان رشد در اندازۀ حافظه، در کاربردهای نرم افزاری، علوم هوانوردی، نظامی و … را نشان می دهد.

کیفیت نرم افزارها با وسیع شدن اندازۀ برنامه ها کاهش می یابد. شکل زیر این پدیده را نشان می دهد.

راه حل این مشکل ساختن برنامه های وسیع از روی مدلهای کوچک قابل استفاده است که می تواند به طور مستقل و مجزا تشکیل و debug شود.
سرعت پیشرفت نرم افزار عقب تر از سخت افزار است به دلیل این که طرح های سخت افزاری احتیاجی به طراحی و بررسی با دست از طریق آنالیز و درک انسانی چنانچه در طرحهای نرم افزاری لازم است ندارند. یک طرح نرم افزاری مناسب بستگی زیادی به استعداد و نبوغ برنامه نویس دارد. یک راه حل ممکن برای توسعه نرم افزار با قیمت مناسب گسترش و بهبود تواناییهای تلفیقی و منطقی است. این امر باید یکی از اهداف عمدۀ بخش R&D در آینده باشد.

هرچه نقش نرم افزارها اضافه می شود، اثرات نقص های نرم افزاری بر روی قابلیت اطمینان سیستمها نقش مهمی پیدا می کند. البته در مقایسه با سخت افزار، نرم افزار با گذشت زمان و و در اثر استفاده متوالی فرسایش نمی یابد.
ارزیابی نرم افزار از طریق روشهای سنتی و تست جامع آن هرگز نمی تواند اثبات کند که نرم افزار درست کار می کند این روش تنها چیزی را که قصد انجامش را داریم تست می کند بدون وابستگی به ورودیهای نرم افزار، به جای ساختن نرم افزارها به روش سنتی و سپس تست آن به جهت فهمیدن نتیجه برنامه باید فرآیندهای ساختار یافته ای را به روند رشد آن اعمال کرد تا مطمئن شد که از لحاظ ساختاری درست است.

عمدتا در صنعت روشهای متناوب توسعۀ نرم افزار نظیر IBM به عنوان تکنیک clean- room نامیده می شود. از این تکنیک برای تولید کدهای بدون خطا استفاده می شود.

Information warfare Attacks: Viruses and Bugs:
خسارات ناشی از ویروسها و هکرهای کامپیوتری در سیستمهای نرم افزاری چه عمدی و چه غیر عمدی جزء تجربیات روزانه برای اکثر استفاده کنندگان از کامپیوتر است. Server شبکه از کار می افتد و در کار تمام کامپیوترهای متصل به آن ایجاد اختلال می کند یا یک پیغام الکترونیکی توسط email فرستاده می شود و همراه آن ویروس به کامپیوتر منتقل می شود و در فایلهای کامپیوتری ایجاد اختلال می کند.

با پیشرفتهای ایجاد شده در زمینه تکنولوژی اطلاعات در دنیا، تمام مراکز و از جمله نیروی دریایی به میزان زیادی به نرم افزارهای کامپیوتری وابسته شده اند. البته به دلیل وجود ویروسهای کامپیوتری صدمه پذیری آنها بیشتر شده است. با وجود این که برنامه های آنتی ویروس بر روی کامپیوترها نصب می شود، بهتر آن است که مکانیزم های عیب یاب بر روی نرم افزارها از شروع آنها ساخته شود.
Applications:

به طور کلی کاربردهای کامپیوتر به ۳ گروه تقسیم بندی شده اند. این ۳ گروه شامل موارد زیر است:
۱٫High – performance computing (i e, super computers)
2.Functional and affordable computing. (i.e desktop computers)
3.Embedded computing (i.e, integrated cpu and Dsp chips)

در آینده قدرت محاسباتی pc ها معادل با قدرت محاسباتی super computer ها خواهد شد.و خیلی از کاربردهای کامپیوترهای high performance به سمت کاربردهای Functional and a ffordable گرایش پیدا می کنند.

embedded computing در سنسورها، سیستمهای کنترلی رادارها ، سونارها، موشکها، UAV ها و UUV ها به کار می رود.
High performance computing:
با توجه به احتیاجات طرحهای سلاحهای هسته ای، super computer ها کاربردهای بسیار زیادی در فیزیک، فضانوردی، زمینه های مهندسی، بررسی مشکلات فیزیکی سیستمها و شبیه سازی آنها بر عهده دارند.

۳ زمینه مهم High performance computing که مورد توجه نیروی دریایی است شامل موارد زیر است:
۱- Computational fluid dynamics برای طرحهای زیر آب و وسایل نقلیه سطحی و وسایل نقلیۀ هوایی برای کاربردهایی نظیر مدلسازی شرایط جوی و آب و هوایی و جریانات اقیانوس
۲- مدلسازی ساختارهای ساختارهای پیچیدۀ مهندسی برای شبیه سازی plat form ها در اقیانوس، سلاحها و دیگر سیستمها و ساختارهای مربوط به نیروی دریایی.