从结绳计算、算筹到计算尺，人类从远古时期就已开始探索提高计算速度和效率的方法。

1642 年，法国数学家使用齿轮等配件制造了世界上第一台机械式计算机——帕斯卡加法器，这是人类从手动计算时代进入机械式计算时代的里程碑。

1801 年，法国机械师将穿孔纸带上的小孔用于自动提花机工作流程和步骤的控制， 这是现代计算机程序设计思想的萌芽。而纸带上的“有孔”和“无孔”分别类似于二进制数的 0 和 1 ，是二进制数在机械控制中的早期应用。 1843 年，英国数学家查尔斯 · 巴贝奇受这种 “穿孔纸带”控制思想的启发，设计了一种通用的自动计算机器——分析机。分析机以齿轮为主要部件，由蒸汽机提供动力，齿轮存放数据，通过齿轮间的啮合完成计算，穿孔纸带控制运算过程。虽然由于设计理念超越时代， 巴贝奇并没有成功地制造出一台实际可用的分析 机，但是分析机已经具备了现代计算机的某些基本特征，如：存放数据的齿轮相当于存储器，齿轮啮合完成了运算器的工作， 而穿孔纸带则是控制机器工作流程的程序。

1854 年， 英国数学家布尔创立了布尔代数，这是现代计算机工作的重要理论基础之 一。 1936 年，“人工智能之父”艾伦 ·麦席森 · 图灵在其论文《论可计算数及其在判定问题 上的应用》中提出了算法(Algorithm)的概念和一种抽象计算机(Computing machine)模 型—— “图灵机”。图灵机的基本思想是用机器模拟人用纸笔进行计算的过程，是现代计算 机和人工智能领域的开端。

与图灵同时代，被称为“计算机之父”的美国数学家冯 ·诺依曼研究了离散变量自动电 子计算机(Electronic Discrete Variable Automatic Computer，EDVAC)，并和他的研究小组发 表了“存储程序的通用计算机方案”。该方案解决了计算机设计中的许多关键问题，其中三 个主要设计思想需要本书读者掌握：

1)计算机采用的数制为二进制。采用二进制设计可降低计算机的结构复杂度。

2)计算机由五部分组成，包括运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备。其 中，运算器可以完成各种算术和逻辑运算; 控制器能够控制计算机的各部件协调工作;存储 器用于存放程序指令和数据; 输入和输出设备用于实现人与计算机之间的交互。

3)计算机的工作原理是“存储程序的原理”，即计算机工作之前， 程序与数据预先存放 在存储器的存储单元中;计算机工作时，控制器按照指令的存放顺序(存储单元的地址顺 序)从存储单元中读取指令，然后分析并执行指令;若被执行的指令具有判断或转移的功 能，则根据判断结果或转移要求确定后续指令读取的顺序，从而控制指令的执行顺序;上述 过程将重复进行， 直到遇到停机指令。

“存储程序的通用计算机方案”的提出标志着人类进入了电子计算机时代，是计算机科学发展的又一座里程碑。而按照该方案设计的计算机被称为“冯 ·诺依曼机”，世界上的第 一台通用计算机“埃尼阿克”(Electronic Numerical Integrator And Calculator，ENIAC)就是 按照该方案设计的。

从埃尼阿克起，微型计算机的发展经历了电子管计算机、晶体管计算机、集成电路计算机和大规模集成电路计算机四个阶段。电子管计算机以电子管为主要逻辑器件，使用磁鼓存储数据，体积大、运算速度慢，编程语言为机器语言; 晶体管计算机以比电子管体积更小的 晶体管为主要器件，采用磁芯存储器，速度快、价格昂贵，可以使用高级语言(如 FORTRAN 语言)进行程序设计;集成电路将多个元器件集成在一片半导体芯片上，以集成电路为主要逻辑器件的计算机体积更小、速度更快、功耗更低; 从 20 世纪 70 年代初开始至 今，计算机进入了大规模集成电路时代，一片半导体芯片上可以集成几十万甚至几百万个元器件，使得计算机的体积更小、价格更低、性能和可靠性更高。