本书为职业本科课程“计算机导论”配套教材，作为专业基础入门课程，旨在为学生揭 开计算机世界的神秘面纱，引领大家踏上探索计算机科学奥秘的旅程。本书以小南和小工两 位同学在职场闯荡的视角，以自主完成应用系统设计作为核心主线，对教学内容予以重新构 建与有机整合。从产业视角出发，详尽阐述计算机组成原理、操作系统、软件开发及软件工 程、算法策略等基础知识和所需的计算思维，也涉及数字伦理、法规和安全意识。拓展内容 涵盖并行计算与云计算、计算机网络与互联网+、数据库与大数据、人工智能等。
  本书围绕职业场景分解任务，创新性编排教学内容，跟随主人公由浅入深，完成知识、 技术、技能学习。书中有机融入课程思政内容，介绍我国在计算机领域的发展历史、知名科   学家、最新技术前沿等。
本书适合作为职业本科计算机类专业和理工类专业学生的教材。

   在信息技术日新月异的今天，计算机科学与技术已成为推动社会进步与变革的关 键力量。职业本科课程“计算机导论”作为计算机类专业基础入门课程，旨在为学生 揭开计算机世界的神秘面纱，引领大家踏上探索计算机科学奥秘的旅程。本书为该课 程配套教材，核心目标是培养学生计算思维和信息化素养，为后续专业课程围绕计算 思维深化展开打下基础，培养学生逐步具备能够应用计算思维、工程思维分析和解决 复杂工程问题的能力。
   本书符合ACM/IEEE-CS等国际组织对计算机学科“基础理论、专业基础和应用” 的三层划分标准，符合《中国计算机科学与技术学科教程2002 》规范文件中“知识领   域-知识单元-知识点”的三级体系要求，为培养复合型技术人才奠定基础。
   本书的写作特色主要体现为内容整合与重构、形式创新性编排并巧妙融合课程思  政。全书以小南、小工同学勇闯职场的视角，围绕他们接受任务、剖析任务、甄选硬  件、设计软件以及开展系统综合评估等环节，以自主完成应用系统设计作为核心主线， 对教学内容予以重新构建与有机整合，打通了计算机软件与硬件之间的壁垒。围绕职  业场景分解任务，设计教学情境，编排教学内容。学生可带着好奇、带着问题，跟随  主人公在项目工程师陈工的带领下，一步一步克服困难，完成知识、技术、技能学习。 通过扩展阅读板块，集中介绍我国在计算机领域的发展历史、知名科学家、现代最新  技术前沿等，从科学态度与方法、学习动力、职业素养、民族自豪感等方面进行课程  思政教育。
   本书以职业本科教育为导向，致力于构建计算机专业的基础认知框架。突破传 统教材以硬件或软件单维度展开的局限，从现代计算机系统组成原理、操作系统、软 件开发、算法思维、信息安全等全产业链，整合计算机软硬件知识，形成完整的逻辑 体系。
   本课程采用48 学时（对应3 学分），或32 学时（对应2 学分），线下学时32 为基本授  课学时，课外16 学时主要安排为课后实验、练习、内容扩展所需，学时安排详见表1。 如果学时充分，可以把课外学时纳入常规教学。如果专科起点或课时有限，也可以选  择重要内容进行授课，压缩到16 学时（1 学分），更多学时安排到课外进行补充。
计算机导论——计算思维与数字素养
表1
学时安排表
教学主要内容 学时安排（48学时） 线下学时（32学时） 课外学时（16学时）
小萌新初识计算机 2 2
进制表示与信息编码 6 2 4
现代计算机组成 8 6 2
计算机的自动运行 4 4
操作系统 4 4
软件的开发 6 4 2
算法 8 4 4
信息技术与素养 2 2
新一代信息技术与工程应用（扩展） 8 4 4
合计 48 32 16
   本书由南京工业职业技术大学和江西职业技术大学的教师团队合作编写，赵燕， 陈锐，刘波任主编，张沛昊，吴婧妤，蒋林岑，张丽林，罗天宇任副主编，全书由 胡光永主审。其中陈锐编写了模块一和贯穿全文的实践项目“流水线商品标签瑕疵检 测”，赵燕编写模块1 、2并进行统稿，张沛昊编写模块4，吴婧妤编写模块5，刘波编写  模块6 ，蒋林岑编写模块7 ，张丽林和罗天宇老师编写模块8~模块11 。本书为校企合作  教材，合作企业为润芯微科技（江苏）有限公司。本书的编写过程中也参阅了多种同 类教材、专著、论文和网络资料，在此向其作者致谢！
   由于编者专业水平与认知能力的局限性，书中难免存在疏漏或不足之处，敬请广 大读者批评指正，以帮助我们不断改进与提升。让我们携手共进，在计算机科学的广 阔天地中书写属于自己的辉煌篇章！
编  者
2025年6月

模块1   初识计算机 1
1.0   场景故事 1
1.1   无处不在的计算机技术 4
1.1.1    工业制造：计算机技术的革新引擎 5
1.1.2    医疗健康：计算机技术，生命的守护之翼 5
1.1.3    金融服务：计算机技术引领的创新变革 6
1.1.4    教育领域：计算机技术开启的智慧之门 7
1.1.5    政府服务：计算机技术驱动的效能之翼 7
1.1.6    计算机技术的行业前景 8
1.2   计算机的发展历程 9
1.2.1    计算机的起源 9
1.2.2    计算机发展的关键里程碑 9
1.3   计算机的符号表示 10
1.3.1    选择二进制的原因 11
1.3.2    数制及其转换 11
1.4   计算思维 15
1.4.1    计算思维的含义 15
1.4.2    计算思维的作用 16
1.5   项目实践 17
1.6   拓展阅读：中国计算机发展历程 21
复习与训练 22
模块2   选择硬件：现代计算机组成 24
2.0   场景故事 24
2.1   计算机基本组成 25
2.1.1    硬件（hardware） 25
2.1.2    软件（software） 28
2.1.3    硬件与软件的关系 29
2.2   0和1的实现 29
2.2.1    二进制的算术运算 29
2.2.2    数字在计算机中的存储 30
2.2.3    逻辑运算 36
2.3   硬件系统的构造 45
2.4    图灵机模型及其工作原理 46
2.4.1    图灵机的构成 46
2.4.2    图灵机的工作 47
2.4.3    图灵机的意义 48
2.5    冯 ·诺依曼计算机 49
2.5.1    冯 ·诺依曼计算机构成 49
2.5.2    冯 ·诺依曼计算机的两种结构 51
2.6   项目实践 52
2.7   拓展阅读：华罗庚对中国计算机事业的贡献 56
复习与训练 58
模块3   计算机的自动运行 61
3.0   场景故事 61
3.1   计算机信息传递 62
3.1.1    机器语言 63
3.1.2    汇编语言 63
3.1.3    高级语言 64
3.2   机器程序的表示与存储 65
3.3   机器程序的读写及控制 67
3.3.1    运算器——实现基本运算的部件 67
3.3.2    控制器——机器程序的解读与执行部件 67
3.3.3    信号的时序控制 68
3.4   机器程序的执行 69
3.5   项目实践 75
3.6   拓展阅读：黄令仪与国产CPU的发展 78
复习与训练 79
模块4   操作系统 81
4.0   场景故事 81
4.1   操作系统基础 82
4.1.1    操作系统的定义 82
4.1.2    学习操作系统的目的 82
4.1.3    操作系统的分类 83
4.1.4    操作系统的结构 87
4.2   操作系统的历史 88
4.3   操作系统的主要功能 90
4.3.1    进程管理 91
4.3.2    内存管理 92
4.3.3    文件管理 93
4.3.4    中断 94
4.3.5    系统调用 95
4.4   计算机的启动过程 96
4.4.1    上电 96
4.4.2    BIOS自检 96
4.4.3    系统引导 97
4.4.4    操作系统初始化 98
4.5   项目实践 98
4.6   拓展阅读：华为操作系统 99
复习与训练 101
模块5   软件的开发 103
5.0   场景故事 103
5.1   软件工程概述 104
5.1.1    关于软件 104
5.1.2    关于软件工程 106
5.2   软件开发方法 106
5.2.1    结构化开发方法 106
5.2.2    面向对象开发方法 107
5.2.3    面向服务开发方法 108
5.2.4    敏捷软件开发方法 108
5.3   软件过程模型 109
5.3.1    瀑布模型 110
5.3.2    原型模型 110
5.3.3    增量模型 111
5.3.4    螺旋模型 111
5.3.5    喷泉模型 112
5.4   软件测试方法 113
5.4.1    软件测试的背景和意义 113
5.4.2    软件缺陷 114
5.4.3    软件质量 114
5.4.4    黑盒测试 115
5.4.5    白盒测试 117
5.4.6     自动化测试 118
5.5   软件维护 119
5.5.1    软件维护的基本概念 119
5.5.2    软件维护的流程 119
5.6   软件项目管理 121
5.6.1    软件项目管理的内容 121
5.6.2    软件项目进度计划 122
5.6.3    软件成本管理 122
5.6.4    软件收尾管理 123
5.7   项目实践 124
5.8   拓展阅读：中国软件工程领域 128
复习与训练 129
模块6   算   法 131
6.0   场景故事 131
6.1   算法和算法描述 132
6.1.1    算法的概念 133
6.1.2    算法的基本特征 133
6.1.3    算法的描述 135
6.1.4    算法与数学函数的类比 140
6.1.5    算法与计算机程序的区别与联系 141
6.1.6    算法在日常生活和计算机科学领域的应用 142
6.2   常用算法 143
6.2.1    枚举法 143
6.2.2    递推法 148
6.2.3    递归法 150
6.2.4    排序算法 152
6.2.5    查找算法 158
6.3   算法复杂度 161
6.3.1    时间复杂度 161
6.3.2    空间复杂度 164
6.4   项目实践 164
6.5   拓展阅读：中国高铁网络的路径优化之路 166
复习与训练 168
模块7   信息安全与职业道德 169
7.0   场景故事 169
7.1   信息安全 170
7.2   计算机病毒 172
7.3   职业道德 173
7.4   项目实践 173
7.5   拓展阅读：没有网络安全就没有国家安全 175
复习与训练 176
模块8   并行计算与云计算 178
8.0   场景故事 178
8.1   并行计算简介 179
8.2   多核并行计算及进程通信 181
8.3   多指令流多数据流计算机 183
8.4   云计算的资源虚拟化 187
8.5   云计算与云服务 189
8.6   项目实践 195
8.7   拓展阅读：“九章三号”量子计算原型机 197
复习与训练 199
模块9   计算机网络与互联网+ 201
9.0   场景故事 201
9.1   计算机网络 202
9.2   计算机网络体系结构 207
9.3   组建网络 211
9.4   互联网与互联网+ 215
9.5   项目实践 218
9.6   拓展阅读 220
复习与训练 222
模块10   数据库与大数据 223
10.0   场景故事 223
10.1   数据库系统的基本结构 224
10.2   关系型与非关系型数据库 225
10.3   SQL语言基础操作 227
10.4   大数据特征及其技术生态 227
10.5   大数据平台 229
10.6   项目实践 229
10.7   拓展阅读：大数据支撑下的全民出行保障 231
复习与训练 232
模块11   人工智能 234
11.0   场景故事 234
11.1   人工智能基本概念及分类 235
11.2   人工智能发展阶段 237
11.3   人工智能相关技术 239
11.4   人工智能应用应用领域 240
11.5   项目实践 242
11.6   拓展阅读：国产AI工具的本土化创新之路 243
复习与训练 244
参考文献 246

赵燕，女，江苏南京人，东南大学精密仪器及机械专业工学硕士，南京工业职业技术大学计算机与软件学院专任教师。任教24年，教学经验丰富，教授过应用电子技术、人工智能技术等专业课程和实训20余门，参编或副主编教材2本。现讲授《计算机导论》《Python高级程序设计》《机器学习及应用技术》等课程。陈锐，男，工学博士，副教授，南京工业职业技术大学计算机与软件学院专任教师。2014年获中国科学院大学微电子学与固体电子学工学博士学位，2014-2018年先后在中国科学院南京天文光学技术研究所、华为南京研究所从事研发工作，2018年10月起任职于南京工业职业技术大学，主要讲授《数字图像处理技术》《计算机视觉技术》《大语言模型技术》等课程，主要研究兴趣包括图像处理算法加速、密码算法加速、FPGA应用等。刘波，主要从事计算机视觉、软件技术等方面的研究，在细粒度分类、图像生成等方面取得系列成果。曾就职于德邦物流、旺旺集团、航天科工研究院等企业单位，主持了“杭州城市大脑”、“南京江北新区大数据管理平台”、“南京皮研所皮肤病检测平台”、国家科技部课题子课题“重庆城市新区智慧生态建设管理平台“等项目。先后主持了江苏省高校社会科学基金、江苏省现代教育技术研究、教育部产学合作等多个项目，发表论文4篇，授权专利1件、参编教材3部、主编教材2部，获得省级以上竞赛奖项2次，省级科技进步奖1次，累计横向到账经费100余万元。目前主讲“深度学习、计算机视觉”等课程。

本书以职业本科教育为导向，致力于构建计算机专业的基础认知框架。突破传 统教材以硬件或软件单维度展开的局限，从现代计算机系统组成原理、操作系统、软 件开发、算法思维、信息安全等全产业链，整合计算机软硬件知识，形成完整的逻辑体系。