《计算机科学技术前沿选讲》从计算机硬件、软件、网络与安全、生物与智能、计算机应用五个方面介绍计算机科学技术及相关学科的发展前沿，内容涉及计算机发展、现代存储技术、集成电路与芯片、超级计算机、量子计算机、纳米器件、机器人、现代软件设计技术、软件产品线、网构软件、可信计算、演化计算、软件编程、软件进化、4GL、软件酶、知件与智幻体、光通信、卫星通信、超高速网络、网络生态、网格计算、人工免疫、分子机器、生物芯片、生物信息学、生物计算机、人工生命、人机一体化、“合成人”、计算可视化、核磁共振成像、普适计算、虚拟仪器、数字制造、数字地球与数字城市、智能交通等，共40个专题。
    《计算机科学技术前沿选讲》可作为高等院校计算机专业的教材或教学参考书，也可以作为软件、电子、通信、自动化等专业的教材或教学参考书，还可以作为相关专业技术人员的参考资料，也可供信息学科的爱好者阅读。

    3.差分机和分析机英国人查尔斯·巴贝奇研制出差分机和分析机，为现代计算机设计思想的发展奠定基础。在计算机发展史上，差分机和分析机占有重要的地位。查尔斯·巴贝奇（见图1-5）出生于1771年12月26日，19岁时考入剑桥大学三一学院攻读数学与化学。
    18世纪下半叶，法国政府决定在数学上采用十进制，因而大量数表，特别是三角函数表及有关的对数表，都要重新计算，这是一项浩繁的计算工程。法国政府的这一改革虽然没有得到全面实施，但却引起了英国人巴贝奇的兴趣。他认为可以用机器按照一定的程序去做一系列简单的计算，代替人去完成一些复杂、烦琐的计算工作。于是巴贝奇萌发出了采用机器来编制数表的想法。巴贝奇从用差分表计算数表的做法中得到启发，经过10年的努力，设计出一种能进行加减计算并完成数表编制的自动计算装置，他把它称为“差分机”。1822年，他试制出了一台样机。
    这台差分机可以保存3个5位的十进制数，并进行加法运算，还能打印结果。它是一种供制表人员使用的专用机。但是它的杰出之处是，能按照设计者的控制自动完成一连串的运算，体现了计算机最早的程序设计。这种程序设计思想的创见，为现代计算机的发展开辟了道路。
    1834年，巴贝奇又完成了一项新计算装置的构想。他考虑到，计算装置应该具有通用性，能解决数学上的各种问题。它不仅可以进行数字运算，而且还能进行逻辑运算。巴贝奇把这种装置命名为“分析机”。它是现代通用数字计算机的前身。按巴贝奇的方案，分析机以蒸汽为动力，通过大量齿轮来传动，它的内存储器的容量设计得比后来20世纪40年代出现的电子计算机ENIAC还要大一些，因为它太庞大了，所以它没有被制造出来，直到1991年，才仿制出第一台分析机。
    巴贝奇的分析机由三部分构成。第一部分是保存数据的齿轮式寄存器，巴贝奇把它称为“堆栈”，它与差分机中的相类似，但运算不在寄存器内进行，而是由新的机构来实现。第二部分是对数据进行各种运算的装置，巴贝奇把它命名为“工场”。第三部分是对操作顺序进行控制，并对所要处理的数据及输出结果加以选择的装置，它相当于现代计算机的控制器。图1-6是巴贝奇于19世纪20年代制造的差分机模型。
    为了加快运算的速度，巴贝奇设计了先进的进位装置。他估计，使用分析机完成一次50位数的加减只要1秒钟，相乘则要1分钟。计算时间约为第一台电子计算机的100倍。
    巴贝奇在分析机的计算设备上采用穿孔卡，这是人类计算技术史上的一次重大飞跃。巴贝奇曾在巴黎博览会上见过雅卡尔穿孔卡编织机。雅卡尔穿孔卡编织机要在织物上编织出各种图案，预先把经纱提升的程序在纸卡上穿孔记录下来，利用不同的穿孔卡程序织出许多复杂花纹的图案。

第一部分 计算机硬件
第1讲 电子计算机发明准备
1.1 机械计算机
1.2 电子计算机发明的理论准备
背景材料
参考文献

第2讲 电子计算机发展简史
2.1 国外电子计算机发展简史
2.2 中国电子计算机发展简史
背景材料
参考文献

第3讲 计算机发展趋势
3.1 计算机小型化
3.2 计算机网络化
3.3 计算机多样化
背景材料
参考文献

第4讲 “巨磁电阻”效应与硬盘
4.1 “巨磁电阻”效应概述
4.2 2007年诺贝尔物理学奖
4.3 硬盘介质存储原理
4.4 大硬盘中的应用
4.5 研究历史与热点
4.6 量子化磁盘
背景材料
参考文献

第5讲 光盘与有机光存储材料
5.1 光盘与有机光存储材料简介
5.2 光盘的种类
5.3 光盘读写机理
5.4 光存储的发展历史
5.5 光存储技术的发展趋势
5.6 我国光存储的发展
背景材料
参考文献

第6讲 集成电路、芯片及其发展历史
6.1 集成电路与芯片
6.2 CPU的结构
6.3 集成电路发展历史
6.4 我国集成电路发展史
背景材料
参考文献

第7讲 芯片设计与制造
7.1 SoC
7.2 CMOS
7.3 芯片的封装技术
7.4 国内芯片设计制造的研究现状
背景材料
参考文献

第8讲 超级计算机
8.1 超级计算机概述
8.2 超级计算机的结构
8.3 顶级超级计算机
8.4 国外大／巨型机的发展
8.5 国内大／巨型机的发展
背景材料
参考文献

第9讲 量子计算机
9.1 量子计算机概述
9.2 量子计算机原理
9.3 量子计算机发展现状与趋势
9.4 量子技术的应用
9.5 国内量子计算机发展
背景材料
参考文献

第10讲 纳米器件
10.1 纳米器件概述
10.2 纳米器件的技术原理
10.3 纳米器件的现状与发展
10.4 纳米器件的典型应用
10.5 纳米器件的展望
10.6 国内纳米器件的研究
背景材料
参考文献

第11讲 机器人
11.1 机器人简介
11.2 机器人的发展阶段
11.3 机器人分类
11.4 各国的机器人发展
11.5 中国的机器人发展
11.6 现代机器人发展
背景材料
参考文献

第二部分 计算机软件
第12讲 CMM与敏捷软件设计
12.1 软件危机与软件工程方法学
12.2 软件过程管理与CMM
12.3 敏捷软件设计
12.4 我国的敏捷开发
背景材料
参考文献

第13讲 软件产品线与网构软件
13.1 软件产品线的历史
13.2 软件产品线的结构与框架
13.3 国内网构软件研究
背景材料
参考文献

第14讲 可信计算
14.1 可信计算的事故
14.2 可信计算的重要概念
14.3 可信计算的发展历程
14.4 国外可信计算的研究进展
14.5 我国的可信计算
背景材料
参考文献

第15讲 演化计算与软件基因编程
15.1 演化计算
15.2 遗传算法
15.3 遗传程序设计
15.4 基因表达式程序设计
15.5 软件基因编程方式
背景材料
参考文献

第16讲 软件进化论
16.1 软件进化论研究
16.2 软件的大小进化
16.3 软件生态系统
16.4 软件分子与细胞
16.5 软件器官与软件脑
背景材料
参考文献

第17讲 4GL与软件开发工具酶
17.1 4GL
17.2 生物酶与开发工具
背景材料
……
第18讲 知见与智换体

第三部分 网络与安全
第19讲 光通信与其他应用
第20讲 全球卫星通信
第21讲 超高速网络
第22讲 网络生态与青少年上网
第23讲 网格计算
第24讲 人工免疫与计算机病毒
第25讲 信息对抗

第四部分 生物与智能
第26讲 分子机器
第27讲 生物芯片
第28讲 生物信息学
第29讲 生物计算机
第30讲 人工生命
第31讲 人工智能
第32讲 人机接口与一体化
第33讲 “合成人”计划

第五部分 计算机应用
第34讲 计算可视化与虚拟现实
第35讲 核磁共振成像与CT
第36讲 电子成像技术
第37讲 普适计算
第38讲 虚拟仪器与数字制造
第39讲 数字地球与数字城市
第40讲 智能交通
全书思考题