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计算机是一种能够按照程序运行并能够自动、高速、精确地处理海量数据的现代化智能电子设备。20世纪初，电子技术迅猛发展。1904年，英国电气工程师弗莱明研制出真空二极管；1906年，美国发明家、科学家福雷斯特发明真空三极管。这些都为电子计算机的出现奠定了基础。
对现代电子计算机的发展起到重要作用的人物有两位。
艾伦·图灵（Alan Turing，1912—1954）是英国数学家、逻辑学家，被称为“计算机科学之父”。他曾在第二次世界大战中帮助英国破解了德军的密码系统，并提出了“图灵机”的设计理念，为计算机的逻辑工作方式的确立打下了良好的基础。
冯·诺依曼（John von Neumann，又译作冯·诺伊曼，1903—1957）于1943年提出了“存储程序通用计算机方案”，即电子计算机有输入设备、存储器、运算器、控制器、输出设备5个组成部分，该结构一直沿用至今。冯·诺依曼于1944年参加了电子数字积分计算机（Electronic Numerical Integrator and Computer，ENIAC）的研究工作。其因突出的贡献被授予“现代计算机之父”称号。
1946年，美国宾夕法尼亚大学研制出世界上第一台电子计算机——ENIAC。ENIAC 耗资约48万美元，重约30t，占地约170m 2 ，使用近18000个电子管、1500多个继电器、70000多个电阻和10000多个电容，功率为150kW。ENIAC 每秒可完成5000次加减法运算，500多次乘法运算。用ENIAC计算时，要根据题目的计算步骤预先编写一条条指令，再按照指令连接外部线路，启动后它就自动运行并输出结果。但若要计算另外一个题目，就要重复进行上述动作，所以只有少数专家才能使用它。过去借助机械用7h~20h才能完成的一条弹道的计算工作，ENIAC可在30s完成。ENIAC的问世具有划时代的意义，它的诞生宣布了“电子计算机时代”的到来。
冯·诺依曼在1946年提出了更完善的计算机设计报告《电子计算机逻辑设计初探》，并与莫尔小组合作研制存储程序式计算机，即离散变量自动电子计算机（Electronic Discrete Variable Automatic Computer, EDVAC）。
研究者在EDVAC的研制过程中总结出如下两点。
● 计算机的程序和程序运行所需要的数据以二进制形式存放。
● 计算机采用程序存储方式，控制计算机能自动、连续地执行程序。
EDVAC成功解决了程序的内部存储和自动执行问题，极大地提高了运行速度，这是第一台可使用二进制数并能存储程序的计算机。
由于人们不断将新的科学技术成果应用在计算机上，同时科学技术的发展也对计算机提出了更高的要求，短短几十年，计算机得到了突飞猛进的发展。具体表现是，计算机的体积越来越小、功能越来越强、价格越来越低、应用越来越广。
通常，人们按计算机所采用的电子元器件将其划分为4代，如表1-1所示。
表1-1
第一代计算机的主要电子元器件是电子管，因此第一代计算机被称为电子管计算机。这时的计算机软件还处于初始发展阶段，人们使用机器语言与符号语言编写程序，其应用领域主要是军事和科学研究。第一代计算机体积庞大、运算速度慢（一般为每秒几千次至几万次）、造价高、可靠性较差、内存容量小。UNIVAC是第一代计算机的代表，它标志着计算机从实验室进入市场，从军事和科学研究应用领域扩大到数据处理领域。
第二代计算机的主要电子元器件是晶体管，因此第二代计算机被称为晶体管计算机。与第一代计算机相比，第二代计算机具有体积小、成本低、功能强、可靠性高等优点，其软件开始使用高级语言编写，出现了监控程序，并发展成后来的操作系统。高级语言（BASIC、FORTRAN 和COBOL）使程序的编写更方便，并实现了程序兼容，计算机的工作效率大大提高，计算机在数据处理和事务处理等领域得到更广泛的应用。IBM 7000是第二代计算机的代表。
第三代计算机的主要电子元器件是中小规模集成电路。与第二代计算机相比，第三代计算机的体积和功率进一步减小，运算速度、逻辑运算能力、存储容量和可靠性进一步优化。软件方面，操作系统进一步完善，高级语言种类有所增加，结构化、模块化的程序设计思想也被提了出来。这一时期出现了结构化程序设计语言Pascal，出现了并行处理、多处理机、虚拟存储系统和面向用户的应用软件。计算机被广泛应用到科学计算、数据处理、事务管理、工业控制等领域。这一时期的计算机同时向标准化、多样化、通用化、机种系列化方向发展。IBM 360计算机是最早采用集成电路的通用计算机，也是影响最大的第三代计算机。
第四代计算机的主要电子元器件是大规模集成电路和超大规模集成电路，计算机的体积和功率进一步减小，计算速度基本上每18个月就翻一番，即符合摩尔定律。计算机操作系统向虚拟操作系统方向发展，人们开发了丰富的应用软件产品，扩展了计算机的应用领域。IBM 4300系列、3080系列、3090系列和9000系列都是第四代计算机的代表。
芯片是计算机的核心部件之一，不断进步的芯片制造技术推动了计算机技术的发展。目前制造芯片主要采用光蚀刻技术，即让光线透过刻有线路图的掩模，照射在硅片表面以进行线路蚀刻。当前主要用紫外光进行光蚀刻操作，随着紫外光波长的缩短，芯片上的线宽大幅度缩小，同样大小的芯片上可以容纳更多的晶体管，进而推动了半导体工业的发展。但是当紫外光波长小于193nm 时（蚀刻线宽0.18nm），传统石英透镜组会吸收光线而不会将其折射或弯曲。目前，研究人员正在研究下一代光蚀刻技术，包括极紫外光蚀刻技术、离子束投影光蚀刻技术、角度限制投影电子束光蚀刻技术和X射线光蚀刻技术。
同时，以硅为基础的芯片制造技术的发展不是无限的，随着晶体管尺寸接近纳米级，芯片发热等副作用会逐渐明显，电子运行也难以控制，晶体管将不再可靠。下一代计算机将从体系结构、工作原理、元器件及制造技术等方面进行颠覆性变革。目前可以运用的技术有纳米技术、光技术、生物技术和量子技术。利用这些技术研究新一代计算机是世界各国研究的热点。
量子计算机的概念源于对可逆计算机的研究，是为了解决计算机中的能耗问题而提出的。
传统计算机遵循的是经典的物理规律，量子计算机遵循的是量子动力学规律，这是一种信息处理新模式。在量子计算机中，用“量子位”代替传统电子计算机的二进制位。二进制位只能用“0”和“1”两个状态表示信息，而量子位则用粒子的量子力学状态来表示信息，两个状态可以在一个“量子位”中并存。量子位可以用于表示二进制的“0”和“1”，也可以用这两个状态的组合来表示信息。量子计算机可以进行传统计算机无法完成的复杂计算，其运行速度也是传统计算机无法比拟的。
1956 年，英国人扎德创立了模糊集理论。依照该理论，判断问题时并非以是、非两种绝对的值或0与1两种数码来表示结果，而是取许多值，如接近、几乎、差不多及差得远等模糊值。用这种模糊的、不确切的判断进行工程处理的计算机就是模糊计算机。模糊计算机是建立在模糊数学基础上的计算机。模糊计算机除具有一般计算机的功能外，还具有学习、思考、判断和对话的能力，可以立即辨识外界物体的形状和特征，甚至可帮助人们从事复杂的脑力劳动。
1985 年，第一个模糊逻辑芯片设计制造成功，它在1s内能进行 8 万次模糊逻辑推理。现在，人们正在制造1s内能进行645000万次模糊推理的模糊逻辑芯片。把模糊逻辑芯片和电路组合在一起，就能制成模糊计算机。
日本科学家把模糊计算机应用在地铁管理上。日本东京以北300多千米的仙台市的地铁，在模糊计算机控制下，自1986年以来，一直安全、平稳地行驶着。车上的乘客可以不必紧抓拉手吊带，因为在列车行进中，模糊逻辑“司机”判断行车情况出现错误的概率，几乎比人类司机要少70%。1990年，日本松下电器有限公司把模糊逻辑芯片装在洗衣机里，该洗衣机能根据衣服的肮脏程度、衣服的质料等调节洗衣程序。我国有些品牌的洗衣机也装上了模糊逻辑芯片。人们还把模糊逻辑芯片装在吸尘器里，这种吸尘器可以根据灰尘量和地毯的厚实程度调整吸尘器功率。模糊计算机还能用于地震灾情判断、疾病医疗诊断、发酵工程控制、海空导航巡视等方面。
生物计算机也称仿生计算机，微电子技术和生物工程这两项高科技的相互渗透，为生物计算机的研制提供了可能。20世纪70年代以来，人们发现脱氧核糖核酸（Deoxyribonucleic Acid，DNA）在不同的状态下，可产生有信息和无信息的变化。科学家们发现生物元件可以实现逻辑电路中的0与1、晶体管的导通或截止、电压的高或低、脉冲信号的有或无等。1995年，来自世界各国及地区的200多位专家共同探讨了生物计算机的可行性，认为生物计算机是用生物元件构建的计算机，不是利用生物大脑和神经系统中的信息传递、处理等相关原理设计形成的计算机。其生物元件利用蛋白质具有的开关特性，用蛋白质分子制成集成电路，形成蛋白质芯片、血红素芯片等。利用DNA化学反应，一种基因代码可以在酶的作用下转变为另10种基因代码，转变前的基因代码可以作为输入数据，转变后的基因代码可以作为运算结果，利用这一过程可以制成新型的生物计算机。如今科学家已研制出了生物计算机的主要部件——生物芯片。
光子计算机是一种用光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存储和处理的新型计算机。科学家运用集成光路技术，把光开关、光存储器等集成在一个芯片上，再用光导纤维连接成计算机。1990年初，美国贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机，尽管它的装置很简单，由激光器、透镜和棱镜等组成，只能用于计算，但它是光子计算机领域的一大突破。电子计算机的发展依赖于电子元器件，尤其是集成电路。同样，光子计算机的发展也依赖于光逻辑元件和光存储元件，即集成光路的突破。近20年，只读存储光盘（Compact Disc Read-Only Memory,CD-ROM）、影音光碟（Video Compact Disc, VCD）和数字通用光盘（Digital Versatile Disc, DVD）等的接连出现，体现了光存储研究的巨大进展。光子计算机的许多关键技术，如光存储技术、光互连技术、光电子集成电路等都已经取得突破，为光子计算机的研制、开发和应用奠定了基础。现在，除了美国贝尔实验室，日本和德国的相关机构也投入巨资研制光子计算机，预计将来会出现更先进的光子计算机。
1911年，荷兰物理学家海克•卡末林-昂内斯（Heike Kamerlingh-Onnes）发现纯汞在足够低的温度下电阻会变为0，这说明超导线圈中的电流可以无损耗地流动。随着计算机的诞生和超导技术的发展，科学家们想到用超导材料来替代半导体制造计算机。早期工作主要是延续传统的半导体计算机的设计思路，将用半导体材料制作的逻辑门电路改为用超导材料制作的逻辑门电路，本质上没有突破传统计算机的设计框架。况且，在20世纪80年代中期以前，超导材料的超导临界温度仅在液氨温区，实现超导计算机的计划费用高昂。然而在1986年左右，情况发生了逆转，高温超导体的发现使人们在液氨温区外也能找到新型的超导材料，超导计算机的研究又重新获得各方重视。超导计算机具有超导逻辑电路和超导存储器，其能耗小、运算速度快的特点是传统计算机无法比拟的。目前，世界各国都有科学家在研究超导计算机，但是还存在许多难以突破的技术问题。