縱觀人類歷史最接近計算機的是算盤因為算盤需要人工操作所以算盤實際上被認為是計算器另一方面計算機通過遵循一系列稱為軟件的內置命令自動執行計算

在二十世紀技術的突破使我們今天看到的不斷發展的計算機成為可能但是甚至在微處理器和超級計算機出現之前就有一些著名的科學家和發明家幫助為這種技術奠定了基礎這種技術后來徹底改變了我們的生活

計算機執行處理器指令的通用語言起源于17世紀形式為二進制數字系統這個系統由德國哲學家和數學家哥特弗里德威廉萊布尼茲發明它是一種只用兩位數字即零和數字1來表示十進制數的方法他的系統部分靈感來自于中國古典文本《易經》的哲學解釋該書從光與暗男女二元性角度理解宇宙雖然在當時他的新編碼系統沒有實際用途但萊布尼茲相信有一天機器有可能使用這些二進制數的長字符串

1847英國數學家喬治布爾介紹了一種新設計的代數語言建立在萊布尼茨作品上他的布爾代數實際上是一個邏輯系統數學公式用來表示邏輯中的陳述同樣重要的是它采用了二進制方法其中不同數學量之間的關系可以是真或假0或1雖然當時布爾代數沒有明顯的應用但另一位數學家查爾斯桑德斯皮爾斯花了幾十年的時間對這個系統進行擴展最終在1886年發現可以用電子開關電路進行計算及時布爾邏輯將成為電子計算機設計的工具英國數學家查爾斯巴貝奇被譽為裝配了第一臺機械計算機至少從技術上講他十九世紀初的機器以輸入數字內存處理器和輸出結果的方式為特色他稱之為差異引擎的首次嘗試是建造世界上第一臺計算機但花費超過17000英鎊開發后這項努力幾乎被放棄了設計要求一臺機器計算值并自動打印結果到一張表格上這是用手搖曲柄重四噸1842英國政府切斷了巴貝奇的資助后這個項目最終被砍掉了

這迫使發明人轉向另一個想法他稱之為分析引擎一種更雄心勃勃的通用計算機器而不僅僅是算術雖然巴貝奇的設計不能貫穿并構建一個工作裝置但他的設計基本上具有與20世紀開始使用的電子計算機相同的邏輯結構分析引擎例如集成內存一種形式的信息存儲在所有的計算機中找到它還允許計算機執行一組偏離默認序列順序的指令以及循環這些指令是連續重復執行的指令序列 盡管巴貝奇未能制造出一臺功能齊全的計算機但他仍然堅定不移地堅持自己的想法在1847和1849之間他繪制了一個新的和改進的第二版本的差異引擎的設計這次它計算十進制數多達三十位數計算更快并且由于需要更少的部分而更簡單不過英國政府并沒有發現它值得投資最后巴貝奇在原型上取得的最大進步就是完成了他的第一個差分引擎的七分之一

在這個早期的計算時代有一些顯著的成就1872年由蘇格蘭-愛爾蘭數學家物理學家和工程師威廉湯姆遜爵士發明的潮汐預報機被認為是第一臺現代模擬計算機四年后他的哥哥詹姆斯湯姆森提出了一個計算機的概念用來解決數學問題也就是微分方程他把他的裝置稱為積分機在以后的幾年里它將作為稱為差分分析儀的系統的基礎1927年美國科學家范內瓦布什sh開始研制第一臺這樣命名的機器并在1931年的科學期刊上發表了他的新發明的描述直到二十世紀初演化計算不過是科學家涉足能夠有效地執行各種計算各種用途的機械設計直到1936一個統一的理論對什么是通用計算機和它如何作用終于提出那一年英國數學家艾倫圖靈發表的一篇論文稱為論可計算數與申請判定問題概述了理論的裝置稱為圖靈機可以進行各種數學計算的執行指令理論上機器將具有無限的內存讀取數據寫入結果和存儲指令程序

計算機是一個抽象的概念它是一個德國工程師叫克蘭德楚澤的人會去建造世界上第一臺可編程計算機他的第一次嘗試開發電子計算機Z1是一個二進制驅動計算機讀取指令從穿孔35毫米電影問題是技術是不可靠的所以他隨后與Z2一個類似的裝置采用機電式繼電器電路然而正是在他的第三個模型的裝配中一切都匯集在一起Z3在1941推出速度更快更可靠并能夠更好地執行復雜的計算但最大的不同是指令被存儲在外部磁帶允許它作為一個全面運作的程控系統也許最值得注意的是楚澤在孤立中做了很多工作他一直不知道Z3是圖靈完備的或者換句話說能夠解決任何可計算的數學問題至少在理論上他也不知道在世界其他地區同時發生的其他類似項目其中最值得注意的是IBM資助的哈佛大學馬克I它于1944推出更有前途雖然是如大不列顛的1943計算原型巨像計算機電子系統的發展第一個全面運作的電子通用計算機是投入服務于賓夕法尼亞大學1946

在計算機項目中下一個重大的飛躍是計算技術約翰馮諾依曼匈牙利數學家曾征詢計算機項目將奠定一個存儲程序計算機基礎在這一點上電腦的固定程序改變它們的功能操作比如說執行計算文字處理需要手動重新調整例如楚澤公司花了幾天時間重新編程理想情況下圖靈已經提出將程序存儲在存儲器中這將允許它被計算機修改馮諾依曼的概念1945起草了一份詳細的存儲程序的計算提供了一種可行的架構提供了他發表的論文將廣泛流傳在研究各種計算機設計的研究團隊中1948年英國的一個小組引進了曼徹斯特小型實驗機這是第一臺運行基于馮諾伊曼結構的存儲程序的計算機曼徹斯特機器被昵稱為寶貝是一臺實驗計算機是曼徹斯特馬克一世的前身電子數據計算機馮諾伊曼的報告最初是為電子數據計算機設計的直到1949年才完成

第一批現代計算機與今天消費者所使用的商業產品完全不同他們是精心設計的笨拙的裝置經常占據整個房間的空間他們也吸了大量的能量臭名昭著的馬車由于這些早期的計算機用笨重的真空管科學家希望能提高處理速度要么必須找到更大的房間或想出了一個替代方案幸運的是這項急需的突破已經在工程中進行了1947貝爾實驗室的一組科學家開發了一種叫做點接觸晶體管的新技術像真空管一樣晶體管放大電流并可用作開關但更重要的是它們小得多（大約是藥丸的大小）更可靠而且使用的功率大大降低共同發明人約翰巴丁沃爾特-布蘭登和威廉肖克利最終會在1956獲得諾貝爾物理學獎

雖然巴丁和布拉頓繼續做研究工作肖克利搬到了進一步開發和商業化的晶體管技術在他新成立的公司的第一個員工是一個電氣工程師名叫羅伯特諾伊斯誰最終分裂形成了他自己的公司飛兆半導體費爾柴爾德相機和儀器分當時諾伊斯正在為無縫結合的晶體管和其他元件到集成電路消除的過程中他們用手的方式拼湊在一起德克薩斯儀器公司的工程師杰克基爾比也有同樣的想法最終申請了專利然而諾伊斯的設計將被廣泛采用

其中集成電路最重要的影響在于為個人計算的新時代鋪平道路隨著時間的推移它開辟了可能性的運行過程–所有電路芯片上的郵票大小的數以百萬計的動力本質上它使我們無處不在的手持設備比最早的計算機強大得多