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自从第一台电子计算机诞生到今天，计算机技术得到了突飞猛进的发展，计算机成为人类学习、工作、生活不可或缺的主要工具。
人们根据电子计算机使用的电子元器件的不同，将电子计算机的发展划分为电子管、晶体管、集成电路、大规模超大规模集成电路四个阶段。
第一代计算机的主要元件采用电子管，内存储器采用水银延迟线，外存储器使用纸带、卡片、磁带或磁鼓存储数据。这一代计算机体积庞大、耗电多、运算速度慢、存储容量小、可靠性差、价格昂贵，运算速度只有每秒几千次到几万次基本运算，内存容量只有几千字节。
它几乎没有什么软件配置，最初使用的是二进制代码表示的机器语言进行编程，直到 20 世纪 50 年代末才出现汇编语言。
由于第一代计算机体积庞大、价格昂贵，加之操作指令只是为特定任务而编制，每种机器有各自不同的机器语言，功能受到限制，因此其应用领域主要是军事方面。1951 年，UNIVAC（universal automatic computer）首次交付美国人口统计局使用，标志着计算机由军事领域转入数据处理领域。
1955 年，美国贝尔实验室研制出了世界上第一台晶体管计算机，TRADIC是其代表之一（见图 1-4）。第二代计算机的主要元件采用晶体管，内存储器为磁芯，外存储器出现了磁带和磁盘。这一代计算机体积缩小，功耗减小，可靠性提高，运算速度加快，达到每秒几十万次基本运算，内存容量扩大到几十万字。
1951 年，美国哈佛大学计算机实验室的留学生王安发明了磁芯存储器。该技术改变了继电器存储器的工作方式和存储器与处理器的连接方式，大大缩小了存储器的体积。
计算机软件技术也有了较大的发展，出现了监控程序并发展为后来的操作系统，随之相继出现了大量的高级程序设计语言，如FORTRAN、COBOL、BASIC。这些语言的出现使程序员不需要学习计算机的内部结构，就可以实现计算机编程，大大方便了计算机的使用，加速了计算机的普及。
计算机的应用领域也由单一的科学计算扩大到数据处理、工业过程控制等多个领域，并开始进入商业领域。
1964 年，IBM公司研制出的IBM 360 系列计算机是第三代计算机的代表性产品（见图 1-5）。第三代计算机的主要电子器件采用中、小规模集成电路，通过半导体集成技术将许多逻辑电路集成在一块只有几平方毫米的硅片上。内存储器开始采用半导体存储器，外存储器使用磁带和磁盘。与晶体管电路相比，这一代计算机的特点是小型化、耗电低、可靠性高、运算速度快，运算速度提高到每秒几十万到几百万次基本运算，在存储器容量和可靠性等方面都有了较大的提高。
图 1-4 首台晶体管计算机TRADIC
图 1-5 IBM360 系列计算机
计算机软件技术的进一步发展，尤其是操作系统的逐步成熟是第三代计算机的显著特点。提出了结构化、模块化的程序设计思想，出现了结构化的程序设计语言Pascal。这个时期的另一个特点是小型计算机的应用。这些特点使得计算机在科学计算、数据处理、实时控制等方面得到更加广泛的应用。
ILLIAC-IV计算机标志着计算机进入了第四代，它是第一台全面使用大规模集成电路的计算机。第四代计算机的主要元件采用大规模超大规模集成电路。在 20 世纪 70 年代初期，在一个芯片上可以容纳几千到几万个元件，到了 20 世纪 80 年代初，一个芯片可以容纳的元件达到几十万个，也正是在这个时代出现了微处理器（CPU），将控制器和运算器集成到一个芯片上。1971 年，Intel公司发明的微处理器 4004，开创了微型计算机时代。主存储器采用集成度很高的半导体存储器，外存储器的存储速度和存储容量也大幅上升。从第四代计算机开始，其集成度越来越高，体积小、重量轻、耗电低、可靠性高、运算速度快，运算速度可达每秒几百万次甚至上亿次基本运算。计算机的性能价格比以每 18 个月翻一番的速度上升，这就是著名的摩尔定律。
在这个时期，软件也得到了飞速发展，提出软件工程的概念，出现了数据库系统、分布式操作系统等，应用软件的开发已逐步成为一个庞大的现代产业。
微型计算机问世并迅速得到推广，逐渐成为现代计算机的主流。计算机技术以前所未有的速度在各领域迅速普及应用，快速进入寻常百姓家庭。
随着计算机应用的不断推广和深入，对计算机技术本身提出了更高的要求。当前，计算机的发展主要有巨型化、微型化、网络化、智能化及多媒体化五种发展趋向。
巨型化是指其高速度、高精度、大容量和强功能的巨型计算机。巨型化的计算机是为了满足诸如天文、气象、地质、核反应堆等尖端科学和战略武器研制中的复杂计算需要，也是记忆巨量的知识信息以及使计算机具有类似人脑的学习和复杂推理的功能所必需的。巨型机的发展集中体现了计算机科学技术的发展水平，标志着一个国家的综合科技实力。
随着高性能的超大规模集成电路技术的研究和应用，计算机中开始使用微型处理器。微型化进一步提高集成度，研制功能更加齐全、质量更加可靠、性能更加优良、整机更加小巧、价格更加低廉的微型计算机，使得计算机越来越贴近人们的日常生活，并成为人们生活和学习的必需品。因此，未来计算机仍会不断趋于微型化，体积将越来越小。
网络化是把各自独立的计算机通过通信线路连接起来，实现各计算机用户的相互通信和资源共享。计算机网络化彻底改变了人类世界，人们能够充分利用计算机的宝贵资源并扩大计算机的使用范围，获得更加快捷、方便、可靠、广泛、灵活的信息服务。尤其是无线网络的出现，极大地提高了人们使用网络的便捷性，未来计算机将会进一步向网络化方向发展。
计算机智能化是指使计算机模拟人的感觉和思维过程，并通过计算机程序来实现这些功能，使计算机具有“人工智能”，即具有学习、推理、计算和自动化等方面的能力。利用人工智能技术，可以实现智能控制、密码破译、专家系统、机器人学、语言和图像理解、遗传编程机器人工厂、自动程序设计、航天应用、庞大的信息处理、存储与管理、执行复杂或规模庞大的任务等。智能化使计算机突破了“计算”这一初级的含义，从本质上扩充了计算机的能力，可以越来越多地代替人类的脑力劳动。计算机智能化是未来发展的必然趋势。
传统的计算机只是处理字符和数字，而多媒体计算机能够综合处理文字、图形、图像、声音、动画等媒体信息，使多种信息建立有机联系，创建一个图文并茂、有声有色的交互性系统，使信息处理的对象和内容更加接近真实世界。
随着第四代计算机技术的日趋成熟，人们已经开始了第五代计算机的研制与开发。日本在 1981 年宣布要在 10 年内研制“能听会说、能识字、会思考”的第五代计算机。作为新一代计算机，第五代计算机将把信息采集、存储、处理、通信和人工智能结合起来，具有形式推理、联想、判断、学习、解释等能力。迄今为止，日本原来的研究计划只有部分实现了，也并没有哪一台计算机被宣称是第五代计算机。但有一点可以肯定，第五代计算机的讨论引发了许多国家对新型计算机的研究，在不久的将来，我们会面对各种各样的计算机。
人类大脑是由数千亿个脑细胞（神经元）组成的网络系统，神经网络计算机是能够完成类似人脑功能的计算机系统。近十年以来，各国都纷纷大力投入对人工神经网络的研究。神经网络计算机除有许多处理器外，还有很多类似神经的节点，每个节点与其他节点相连。每一步运算可以分配给每台微处理器同时运算，从而大大提高信息处理速度。同时，神经网络计算机的信息不是存在存储器中，而是存储在神经元之间的联络网中。若有节点断裂，计算机仍有重建资料的能力。
神经网络计算机具有模仿人类大脑的判断能力和适应能力，具有联想记忆、视觉和声音识别能力，可以判断对象的性质与状态，而且可同时并行处理实时变化的大量数据，并得出结论。神经元计算机最有潜力的应用领域是国防，它可以识别物体和目标，处理复杂的雷达信号，决定要击毁的目标。
生物计算机也称仿生计算机，以生物电子元件构建的计算机。其主要原材料是生物工程技术产生的蛋白质分子，利用有机化合物存储数据。信息以波的形式传播，当波沿着蛋白质分子链传播时，会引起蛋白质分子链中单键、双键结构顺序的变化。用蛋白质构成的集成电路，大小只相当于硅片集成电路的十万分之一，它的一个存储点只有 1 个分子大小，所以它的存储容量可以达到普通计算机的十亿倍，而且运行速度更快，只有 10 -11 秒，大大超过人脑的思维速度。它还具有很强的抗干扰能力，能彻底消除电路间的干扰，能量消耗仅相当于普通计算机的十亿分之一。
生物计算机最大的优点是生物芯片的蛋白质具有生物活性，能够跟人体的组织结合在一起，特别是可以和人的大脑和神经系统有机地连接，使人机接口自然吻合，免除了烦琐的人机对话。这样，生物计算机就可以听人指挥，成为人脑的外延或扩充部分，还能够从人体的细胞中吸收营养来补充能量，不需要任何外界的能源。由于生物计算机的蛋白质分子具有自我组合的能力，从而使生物计算机能发挥生物本身的调节机能，自动修复芯片上发生的故障和自修复，更易于模拟人类大脑的功能。现今科学家已研制出了许多生物计算机的主要部件——生物芯片。
量子计算机是一种全新的基于量子理论的计算机，遵循量子力学规律进行高速数学和逻辑运算、存储及处理量子信息的物理装置。不像传统的电子计算机那样只能处于 0 或 1 的二进制状态，量子计算机应用的是量子比特，运算对象是量子比特序列，可以同时处在多个状态。同时，量子计算机能够实现量子并行计算，其运算速度可能比目前的个人计算快 10 亿倍。量子计算主要应用于复杂的大规模数据处理与计算难题，以及基于量子加密的网络安全服务。基于自身在计算方面的优势，在金融、医药、人工智能等领域，量子计算都有着广阔的市场。
光子计算机是以光子代替现代半导体芯片中电子作为传递信息的载体，以光互连代替导线互连，以光运算代替电运算，并由光导纤维与各种光学元件等构成集成光路，进而完成数据的运算、传输和存储。在光子计算机中，用不同的波长、频率、偏振态及相位的光代表各种数据，可以对复杂度高、计算量大的任务实现快速的并行处理。由于光子比电子速度快，光子计算机的运行速度可高达一万亿次，将使运算速度在目前基础上呈指数上升。它的存储容量是现代计算机的几万倍，还可以对语言、图形和手势进行识别与合成。
目前，许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。随着现代光学与计算机技术、微电子技术相结合，在不久的将来，光子计算机将成为人类应用广泛的工具。