Nel '500 e '600 numerose scoperte sono state fatte nella direzione dell'automazione del calcolo: il logaritmo, il regolo calcolatore, l'applicazione della matematica alla fisica. Nel 1623 Schickard ha disegnato il primo modello per un calcolatore, che effettuava addizioni, sottrazioni e parzialmente moltiplicazioni e divisioni. Schickard morì di peste prima di poter costruire l'apparato.

Blaise Pascal (1623-1650) qualche anno dopo inventò una macchina per il calcolo, un pò meno potente di quella di Schickard, ma funzionante. Era basata su sequenze di ruote dentate che effettuavano il riporto delle addizioni e il prestito della sottrazioni.

La macchina di calcolo di Blaise Pascal: la Pascalina.

Leibniz (1646-1716) scrisse: Non è degno di uomini eccellenti perdere ore come schiavi e faticare su calcoli che potrebbero essere affidati a chiunque se venissero usate le macchine. Macchine basate sul modello della ruota di Leibniz sono state sostanzialmente in uso fino a tempi recenti.

Nell'800 l'inglese Charles Babbage (1791-1871), matematico e astronomo, contribuì in modo sostanziale all'automazione di calcoli con le macchine, inventando la macchina alle differenze e la macchina analitica, entrambe macchine a vapore.

Un prototipo della Macchina alle differenze di Babbage (IBM).

La macchina alle differenza, progettata ma mai costruita, era già piuttosto sofisticata ma fu superata dal progetto della macchina analitica. Questa si basava sul concetto di istruzioni comunicate attraverso cartoncini perforati, un anteprima del concetto di programma e di dati: idea mutuata dai telai di Joseph Jaquard, in cui il processo di tessitura era controllato da carte perforate; in questo modo produrre diversi tipi di tessitura era facilmente ottenibile sostituendo la carta perforata. Babbage estende questa funzione e la applica alla macchina analitica che perciò presenta l'idea di macchina programmabile e quella di informazione immagazzinata: entrambe queste funzioni sono realizzate con cartoncini perforati. Assistente entusiasta di Babbage fu Lady Augusta Ada King, contessa di Lovelace, figlia del poeta Byron, a cui fu poi dedicato un linguaggio di programmazione: ADA, appunto.

Il telaio di Jacquard 1801 (IBM).

Tra gli esempi significativi di macchine elettromeccaniche degli anni '40 ricordiamo il calcolatore Mark I, che, progettato da Howard Aiken alla Harvard University a partire dal 1937, venne costruito in collaborazione con IBM. Inaugurato nel 1944, può eseguire calcoli completamente automatici per ore, è costituito da 750.000 parti meccaniche in movimento. Aiken dichiarò che il sogno di Babbage diventava realtà, riconoscendo in questo modo che il progetto si era molto ispirato ai disegni originali di Babbage e ne superava i limiti tecnologici del tempo. Mark I è in mostra al Department of Computer Science della Harvard University ancora oggi.

Il calcolatore Mark I, alla Harvard University.

Il primo calcolatore digitale fu costruito nel 1940 dal fisico John Atanasoff e dal suo studente Berry per risolvere sistemi di equazioni lineari. La macchina, nota come ABC (Atanasoff Berry Computer) faceva uso di tubi catodici sotto vuoto. Non venne mai veramente usato ma influenzò profondamente le successive esperienze, in particolare l'ENIAC di Presper Eckert e John Mauchly del 1945. Questo, costruito alla University of Pennsylvania, è da considerarsi il primo calcolatore generico, composto da 18.000 tubi catodici, 70.000 resistori, 10.000 condensatori, 6.000 interrutori. Era lungo 30 metri e consumava 140 KW. Ma la macchina che viene considerata essere il modello di tutti i calcolatori moderni, ancora in uso sostanzialmente oggi, è quella dovuta a John Von Neumann (1903-1957) della Princeton University. Un matematico di formazione, che aveva lavorato con Hilbert sulla assomatizzazione della meccanica quantistica, che lasciò profondissime traccie in diversi campi: la fisica, la matematica e la nascenda informatica appunto.

John Von Neumann e il calcolatore dell'Institute for Advanced Studies.

Von Neumann, che aveva partecipato al progetto dell'ENIAC, propone innovazioni, che vengono attuate nella costruzione del calcolatore EDVAC, in particolare introducendo il nuovo concetto di programma memorizzato: la nozione di un insieme di istruzioni che vengono applicate ai dati immagazzinati separatamente. Questo concetto consente di rendere il programma modulare rispetto a diversi dati. Inoltre, l'EDAVC introduce la notazione binaria dei numeri, contrapposta a quella decimale, superando così il problema della memoria troppo scarsa dell'ENIAC che poteva contenere solo 20 parole e introduce la nozione di sequenzialità delle operazioni da eseguire per consentire di aumentare la velocità di esecuzione, abbandonando il modo di operare dell'ENIAC, dove diverse operazioni di addizione e moltiplicazione avvenivano in parallelo. I contributi di Von Neumann al disegno del calcolatore in senso moderno sono tali che il termine macchina di Von Neumann si riferisce ad una ampia classe di calcolatori che condividono le caratteristiche di base da lui introdotte.

La prima generazione di computer fino circa al 1959 fa uso di tubi catodici, che avevano l'inconveniente di consumare molta energia, di scaldare molto e di essere piuttosto inaffidabili. La seconda generazione, tra il 1959 e il 1964, introduce i transistor; sono macchine più piccole, più affidabili e più economiche. La terza generazione, tra il 1965 e il 1970, introduce i circuiti integrati e miniaturizzati che contengono molti transistor. La quarta generazione fa uso dei circuiti LSI e VLSI. Anche la memoria è molto cambiata e usa la tecnologia dei semiconduttori. È questa l'epoca dei microcomputer. Infine la quinta generazione dal 1980 introduce nuovi concetti sia nell'hardware (computer RISC, computer paralleli) sia nel software (calcolo parallelo, reti neurali).