Els elements de maquinari de la computació han experimentat una millora significativa durant la seva història. Aquesta millora ha disparat l'ús mundial de la tecnologia, les prestacions han millorat i el preu ha baixat. Els ordinadors han esdevingut comoditats accessibles a sectors cada vegada més grans de la població. El maquinari de computació ha esdevingut una plataforma per a usos diferents dels de la computació, com ara l'automatització, la comunicació, el control, l'entreteniment, i l'educació. Cadascun d'aquests camps ha creat els seus propis requeriments al maquinari, que a la vegada ha evolucionat per donar resposta a aquests requeriments.
Primeres calculadores miniatura|Àbac Els primers indicis de càlcul numèric van ser introduïts el 3000 aC pels babilonis, que van habitar en l'Antiga Mesopotàmia. Aquests empraven unes petites boles fetes de llavors o petites pedres que utilitzaven per fer els seus comptes agrupant-les en carrils de canya. Més tard, els xinesos van desenvolupar l'àbac, amb el qual realitzaven càlculs ràpids i complexos. Aquest instrument tenia un marc de fusta i cables horitzontals amb boles foradades que corrien d'esquerra a dreta.Klein (1989), p. 8
Al John Napier, matemàtic escocès famós per la invenció dels logaritmes (unes funcions matemàtiques que permeten convertir les multiplicacions en sumes i les divisions en restes) va inventar un dispositiu d'un palet amb nombres impresos que, gràcies a un mecanisme enginyós i complicat, li permetia realitzar operacions de multiplicació i divisió. També referit com els ossos de Napier.
Basat en els logaritmes neperians, William Oughtred va inventar el 1610 un regle que mitjançant sumes i restes permetia càlculs aritmètics.
El 1623, Wilhelm Schickard (matemàtic alemany) va dissenyar una primera calculadora capaç de sumar, restar, multiplicar i dividir. Quan acabava el seu invent, un incendi el va destruir, però van quedar uns esquemes que varen permetre reconstruir l'artefacte el 1970.
miniatura|Una pascalina signada per Pascal l'any 1652. El 1642, el físic i matemàtic francès Blaise Pascal va inventar el primer calculador mecànic, la pascalina. Posteriorment Pascal el millorà amb la capacitat de tindre una memòria mecànica que acumulava resultats d'operacions anteriors. Als 18 anys, desitjant reduir la feina de càlcul del seu pare que era funcionari d'impostos, va fabricar un dispositiu de 8 rodes dentades en el qual cada una feia avançar un pas la següent quan completava una volta. Estaven marcades amb nombres del 0 al 9 i n'hi havia dos per als decimals, per tant podia manejar nombres entre 000000,01 i 999999,99. Les rodes giraven mitjançant una manovella, amb la qual cosa per sumar o restar calia fer-li el nombre de voltes corresponent en un sentit o en un altre.
Trenta anys després el filòsof i matemàtic alemany Gottfried Wilhelm Leibniz va inventar una màquina de càlcul que podia multiplicar, dividir i obtenir arrels quadrades en sistema binari basant-se en la pascalina. Feu un estudi sobre la matemàtica binària sobre el qual George Boole desenvolupà un sistema de lògica, l'àlgebra de Boole el 1854, un pas important per als primers ordinadors.Klein (1989), p. 12
Preordinadors: targetes perforades El 1805 l'inventor i mecànic francès Joseph Marie Jacquard, inventà un teler automàtic que utilitzava un mecanisme per a copiar prototips de teles difícils de reproduir mitjançant la classificació, duplicació i còpia de targetes perforades.Klein (1989), p. 9
Charles Babbage miniatura|Màquina diferencial dissenyada per Charles Babbage Charles Babbage (1793-1871), enginyer mecànic anglès i un erudit, va originar el concepte d'ordinador programable. Considerat «el pare dels ordinadors», va idear el primer computador mecànic als inicis del .
Va anunciar el seu invent l'any 1822, en un article per a la Royal Astronomical Society, titulat «Nota sobre l'aplicació de maquinaria al càlcul de taules astronòmiques i matemàtiques». Aquest invent també ajudava als càlculs de navegació.
El 1833, va comprendre que era possible un disseny molt més general, la màquina analítica, que permeti sumar, sostreure, multiplicar i dividir sense necessitat d'intervenció humanaKlein (1989), p. 9 a una velocitat de 60 sumes per minut. La introducció de dades i programes s'introdurïen mitjançant targetes perforades. A més a més, la màquina tindria una impressora, un traçador de corbes i una campana. La màquina també seria capaç de perforar números en targetes per a poder ser llegits més tard. L'invent incorporaria una unitat aritmètica lògica, flux de control en forma de bifurcacions condicionals, i memòria integral, cosa que el convertia en el primer disseny d'ordinador de propòsit general que es podia descriure en termes moderns com Turing-complet.
La màquina era un segle més avançada al seu temps. Totes les peces de l'invent s'havien de fabricar a mà, fet que suposava un gran problema per un aparell amb milers de peces. Finalment, el projecte no es va poder realitzar per la decisió del Govern Britànic de cessar-ne el finançament. El fracàs de Babbage a l'hora de completar la màquina analítica es pot atribuir principalment a dificultats polítiques i financeres, així com al seu desig de desenvolupar un ordinador cada vegada més sofisticat. No obstant això, el seu fill, Henry Babbage, va completar una versió simplificada de la unitat de càlcul de la màquina analítica l'any 1888.
Ada Byron El 1843 Ada ByronKlein (1989), p. 51 (1815-1851) va suggerir la idea que les targetes perforades s'adaptessin de manera que el motor de Babbage repetís certes operacions. A causa d'aquest suggeriment alguns consideren Lady Lovelace la primera programadora i Charles Babbage com l'autèntic inventor de l'ordinador digital modern.
Herman Hollerith miniatura|Targeta perforada El 1879, Herman Hollerith, amb dinou anys, va ser contractat com a assistent a les oficines del cens nord-americà i va desenvolupar, basant-se en el teler mecànic de Joseph Marie Jacquard, un sistema de còmput que funcionava primer amb una cinta i després mitjançant targetes perforades, en les quals els forats representaven el sexe, l'edat, raça, etc. Gràcies a la màquina tabuladora de Hollerith el cens de 1890 (de 60 milions d'habitants) es va realitzar en dos anys i mig, cinc menys que el cens de 1880.
En Hollerith va deixar les oficines del cens el 1896 per fundar la seva pròpia empresa: la Tabulating Machine Company. El 1900 havia desenvolupat una màquina que podia classificar 300 targetes per minut (en comptes de les 80 quan es va fer el cens), una perforadora de targetes i una màquina de còmput semiautomàtica. El 1924 Hollerith va fusionar la seva companyia amb dues més per formar la International Business Machines, avui dia coneguda mundialment com a IBM.
Computadors analògics avançats Abans de la Segona Guerra Mundial, els ordinadors analògics elèctrics i mecànics eren considerats l'estat de l'art, i molts pensaven que era el futur de la computació. Els ordinadors analògics prenen l'avantatge de les grans similituds entre les matemàtiques de fenòmens a baixa-escala —la posició i el moviment de les rodes, o el voltatge i el corrent dels components electrònics— i les matemàtiques d'altres fenòmens a més gran escala, com ara les trajectòries balístiques, la inèrcia, la ressonància, la transferència d'energia, el moment, etc. Així doncs, aquests sistemes modelen i simulen aquests últims fenòmens mitjançant els primers, usant el voltatge i el corrent com a quantitats analògiques, permetent als usuaris predir el comportament dels sistemes d'interès observant només els seus anàlegs elèctrics.
Primers computadors digitals L'era de la computació moderna va començar amb un intens període de desenvolupament abans i durant la Segona Guerra Mundial, amb l'ús d'elements electrònics com a substituts dels seus equivalents mecànics, i amb els càlculs digitals substituint als càlculs analògics. Màquines com la Z3, l'Atanasoff-Berry Computer, els ordinadors Colossus, i l'ENIAC foren construïdes a mà usant circuits que contenien relés i vàlvules (vàlvules de buit) i sovint usaven targetes perforades o paper perforat com a entrada i com la principal (no-volàtil) memòria d'emmagatzematge.
Els primers ordinadors electrònics i programables van ser dissenyats per l'alemany Konrad Zuse: el Z1 (1938) i el Z3 (1941).
Durant la II Guerra Mundial, un equip de científics i matemàtics, dirigits per Alan Mathison Turing, que treballaven a Bletchley Park, al nord de Londres (Anglaterra), van crear el que es va considerar com el primer ordinador digital totalment electrònic: el COLOSSUS. Cap al 1943, ja estava totalment operatiu i va ser utilitzat per descodificar els missatges de ràdio xifrats dels alemanys.
A començaments dels anys 30, John Vincent Atanasoff, un nord-americà doctorat en física teòrica, fill d'un enginyer electrònic emigrat de Bulgària i d'una mestra d'escola, es va trobar que els problemes que havia de resoldre requerien una excessiva quantitat de càlculs. Aficionat a l'electrònica i coneixedor de la màquina de Pascal i les teories de Charles Babbage, va començar a considerar la possibilitat de construir un calculador digital. Va decidir que la màquina hauria d'operar en sistema binari, i fer els càlculs de manera diferent a com els realitzaven les calculadores mecàniques.
Amb 650 dòlars donats pel Consell d'Investigació de l'Estat de Iowa, va demanar la cooperació de Clifford Berry, estudiant d'enginyeria, i els materials per a un model experimental. Posteriorment va rebre altres donacions que van sumar 6460 dòlars. Aquest primer aparell creat va ser conegut com a ABC Atanasoff- Berry-Computer
Pràcticament al mateix temps que Atanasoff, l'enginyer John Mauchly s'havia trobat amb els mateixos problemes quant a velocitat de càlcul, i estava convençut que hi hauria una forma d'accelerar el procés per mitjans electrònics. En mancar de mitjans econòmics, va construir un petit calculador digital i es va presentar al congrés de l'Associació Americana per a l'Avenç de la Ciència per presentar un informe sobre el mateix. Allà, el desembre de 1940, es va trobar amb Atanasoff, i l'intercanvi d'idees que van tenir va originar una disputa sobre la paternitat del computador digital.
Alguns autors consideren que no hi ha una sola persona a qui se li pugui atribuir el mèrit de la creació del primer ordinador, sinó que va ser l'esforç de moltes persones. No obstant en l'antic edifici de Física de la Universitat de Iowa hi figura una placa que diu: "El primer computador digital electrònic d'operació automàtica va ser construït en aquest edifici l'any 1939 per John Vincent Atanasoff, matemàtic i físic de la universitat, i és qui va concebre la idea, i per Clifford Edward Berry, estudiant graduat de física".
Ordinador Z3 L'ordinador Z3, creat per Konrad Zuse, va ser la primera màquina programable i completament automàtica de característiques usades per definir un ordinador. Estava construït amb 2200 relés, tenia una freqüència de refresc d'aproximadament 5 Hz, i una longitud de resposta de 22 bits. Els càlculs eren realitzats amb aritmètica en coma flotant purament binària. La màquina va ser completada el 1941 (el 12 de maig d'aquell mateix any va ser presentada a una audiència de científics a Berlín). El Z3 original va ser destruït el 1944 durant un bombardeig aliat de Berlín. Una rèplica completament funcional va ser construïda durant els anys 60 per la companyia del creador Zuse KG i està en exposició permanent en el Deutsches Museum. El 1998 es va demostrar que el Z3 és Turing complet.
Mark I miniatura|Enigma.