如果说20世纪40年代电子计算机还处于萌芽阶段，那么20世纪50年代就是第一代电子计算机——电子管计算机开始走向实用化的时期。电子管计算机在美国、英国、前苏联和法国等主要工业国家得到了发展，其中在美国发展的速度最迅速，其次是英国。当时美国具有最为优越的条件：雄厚的工业基础、政府的大力支持、军事部门与垄断企业对计算机需要的强大刺激、规模巨大的科研工作，这些条件使美国的电子管计算机行业蓬勃兴起。
在这一时期，随着电子管计算机的大量研制和应用，许多科技工作者对计算机的各个构成部分和外部设备都做了较大的改进。在计算机存储器上用磁心存储器代替了电子射线管存储器，从而使人们可以像磁带记录声音那样记录计算机的信息；在显示设备上增添了交互式显示器，从而使人们可以像看电视那样看计算机处理的信息；在外部设备上增添了数模转换器、磁鼓以及其他终端设备，从而使得人们可以用计算机获取信息、存储信息和输出信息。
自1946年2月5日第一台电子计算机ENIAC诞生，到20世纪70年代微型机问世并迅速发展，短短20年的历程里，计算机已经经历了四代，即第一代电子管计算机（1946—1958年）；第二代晶体管计算机（1959—1964年）；第三代集成电路计算机（1965—1958年）；第四代大规模集成电路（1971至今）。ENIAC用了1.8万只真空电子管，占地170平方米，重30吨，耗电140千瓦，是一个真正的巨无霸，而现在一台完整的微机系统与打字机差不多大，耗电只有几瓦，是个地道的小精灵。
电子管计算机
1946年5月，英国剑桥大学的莫里斯·威尔克斯接待了一位远方来的朋友，这位朋友带来一份冯·诺依曼一年前发表的长篇报告《关于离散变量自动电子计算机的草案》，威尔克斯如获至宝。由于那时还没有复印机，而来人次日又要走，他连夜挑灯夜读，并做了详尽的笔记。对威尔克斯来说，此文是大旱中盼来的甘霖，原来他一直在为剑桥大学的计算机研制工作努力。作为世界顶尖的高等学府，剑桥大学当然不会置身于新兴的计算机热潮之外。1937年10月，剑桥大学成立了一个小型的“剑桥数学实验室”，这个实验室的任务是开发新型差分机，但是成员们已经意识到新的发展方向，威尔克斯当时就是唯一的全职研究人员。第二次世界大战爆发后，威尔克斯离开学校去做别的科研项目。1945年9月，威尔克斯重新回到剑桥，担任“剑桥数学实验室”的主任，重操旧业，负责计算机的研制。
威尔克斯早就听说美国同行在计算机的研制方面大有进展，这回读到冯·诺依曼的大作，真是大开眼界。1946年夏天，他去美国参加宾夕法尼亚大学莫尔学院举办的有关电脑的系列讲座，了解了“爱尼亚克”（即“埃尼阿克”）和新一代计算机的详情。在会上，威尔克斯雄心勃勃演说，准备建造一台剑桥大学自己的计算机。
威尔克斯知道经过两次大战，英国已经元气大伤，百废待兴，科研经费非常紧张，不可能像美国那样有几十万美元的投资，最切实可行的办法就是利用现有的条件，不能四面出击，而是集中解决存储程序的问题，只要攻克这一难题，后面的事情就好做多了。
威尔克斯另辟蹊径，想到用水银传声延迟线来存储信息。他设计出一个存储器，这个存储器由16根钢管组成，每根管子能够存储32个17位字长的字。他给自己将要诞生的计算机起名为电子延迟存储自动电子计算器（ElectronicDelayStrangeAutomaticCalculator），简称“爱达赛克”（EDSAC），表明他的基本思想来自冯·诺依曼。“巧妇难为无米之炊”，虽然有了基本的设计思想，但是要制造一台计算机还需要资金和人手。正在威尔克斯犯愁的时候，一家叫做里昂的大公司找上门来。里昂公司在20世纪30年代末就有3.3万名员工，每天向全国几百家零售店和咖啡馆供货，账务处理不胜其烦，250多台老式计算器根本忙不过来，一直希望找一台能够快速算账的自动计算机。当听说剑桥大学正在研制这种机器时，公司为“剑桥数学实验室”提供了一笔3000英镑的资助，并把公司最出色的技师借调过来，另外一位专家也加入进来，并在设计上提出一些新的建议，这使得这个研制工作顺利展开，最后的设计方案也很快出台了。让威尔克斯大吃一惊的是，他的“爱达赛克”竟然比当初设想的要大5倍，更让威尔克斯做梦也没有想到的是，投资要100万美元，比“爱尼亚克”还要多1倍多。显然，里昂公司的3000英镑是杯水车薪，好在英国政府的研究机构和全国重点大学基金委员会答应投资。“爱达赛克”终于在1949年5月建成，它是世界上第一台实际运行的存储程序计算机。这台计算机继承“爱尼阿克”而来，又凝聚着冯·诺依曼等人设想的机器，就是后来所有电脑的真正原型和范本，它是第一代计算机的代表。
第一代电子计算机以EDSAC为代表，其主要特点是使用电子管作为逻辑元件。整台机器有五个基本组成部分，即运算器、控制器、存储器、输入器和输出器。运算器和控制器采用电子管，存储器采用电子管和延迟线。这一代计算机在控制上的特点是高度的中央集权制，一切操作包括输入、输出在内，都由中央处理机（运算器和控制器的总称）集中控制。由于制造和使用费用极高，当时计算机只用于军事和科学方面的计算。
1951年，冯·诺依曼担任IBM（国际商用机器公司）顾问，并开始了电子计算机的研制工作。1952年底，IBM公司推出了第一台自己的大型计算机IBM701，成为第一代批量生产的电子管计算机。从此，计算机走上了工业生产的阶段。
当所有公司都在大型计算机领域进行竞争时，IBM公司最先发现，大型机受到价格的局限，大量的用户既希望订货又因其价格昂贵而举足不前。通过对客户的分析，IBM公司果断决定要大批量生产、大范围推广应用IBM650小型机。IBM650的价格比较便宜，使用方便，几年间的销售量达到几千台，成为第一代计算机中销售范围最广的计算机。
20世纪50年代中后期，电子计算机已经得到了较为广泛的应用，前苏联、法国、荷兰等国家相继研制出自己的第一代计算机。在科学技术方面，电子计算机充分显示了自己的潜在威力。在天气预报方面，由于天气预报需要处理大量的数据，原有的依靠人的计算方式已经远远跟不上数据处理量的增长，电子计算机的诞生使数值气象预报成为现实。24小时天气预报付诸实施，这是天气预报的一场革命。以后随着电子计算机性能的提高和数学模型的改进，预报范围不断扩大，精确度不断提高。在航空航天技术方面，设计超音速的飞行器也需要大量的数据，这使电子计算机在飞机的设计和制造方面得到了极大的应用，电子计算机主要用来进行飞行器结构设计、空气动力学的计算，以及进行人造地球卫星与运载火箭轨迹的计算等。1958年，我国成功研制出一种能够自动监视内燃机车的计算机控制系统。同年，中国科学院制成我国第一台大型快速电子计算机，计算机的运算速度为每秒2000次。
第一代电子计算机的主要元件电子管耗电量大、易损坏、体积大、寿命短，往往会使计算机由于故障频繁而无法使用。电子计算机获得了成功，电子管的弊端却阻碍了它的发展，如何找到电子管的替代品，变成了一个日益急迫的问题。
晶体管计算机
在美国东部濒临太平洋的加利福尼亚州有一个小小的不起眼的小镇，这个小镇名叫帕洛·阿尔托，在它的附近有一条狭长的山谷，名叫圣克拉拉谷。圣克拉拉谷气候温和，在20世纪30年代以前还是一块没有受到上帝青睐的冷清寂寞的土地。到了20世纪60年代，它却以“硅谷”的别称而名扬天下，成了当代“信息革命”的一个重要发源地。“硅谷”最早的播种人之一是支持发明了半导体三极管（晶体管）的杰出科学家肖克莱。
1936年，肖克莱正在麻省理工学院攻读博士学位。一天，一位中年人彬彬有礼地拜访了他，热诚地邀请他毕业后到贝尔实验室工作，这位来访的中年人是当时担任贝尔实验室研究部真空管分部主任的物理学家凯利。凯利是一位有远见的科技管理人员。自从20世纪初相继发明真空二极管、三极管以后，电子管器件一直在电子技术领域占据统治地位，但是它的许多缺点——寿命短、笨重、噪声大、能耗高、易破碎等，也越来越成为电子技术进一步发展的障碍。凯利在领导改进电子管的同时，一直在考虑寻求某种新的电子管替代器件。这项计划执行了两三年，因第二次世界大战中不少研究人员应召参加军事科学技术的研究而被迫中断。
1945年，肖克莱从海军重返贝尔实验室，经过反复实验，经历无数次失败和失败后新的探索，在1947年圣诞节的前两天终于做出了世界上第一只晶体管——点接触型半导体三极管。肖克莱锲而不舍地继续研究，在1950年研制出性能更优越的晶体三极管，这种以PNP结或NPN结为基本结构的晶体管是现代晶体管的真正始祖。晶体管在发明后迅速应用，在许多领域逐渐取代电子管，使电子技术发生了一次革命。与此同时，美籍华人王安博士提出了“利用磁性材料进行存储”的原理，在此基础上，麻省理工学院的福雷斯特提出了用圆环磁芯存储数据的观点，并于1956年制成了磁芯存储器。1955年美国研制成功装在弹道导弹上的晶体管计算机，1956年又生产出用于军用飞机上的机载计算机。1958年11月，第一批批量生产的大型晶体管通用计算机正式投入使用，这标志着电子计算机开始进入第二代。
第二代计算机的显著特点，首先是所用的晶体管具有优越的性能，比起电子管来，晶体管省电、耐用、体积小、重量轻，全面提高了计算机的性能。
其次，第二代计算机使用了磁记录设备，工作稳定，可以组成很大的存储体，同时，还出现了磁鼓。磁鼓是一个表面涂有磁性材料的高速旋转的鼓型圆筒。磁芯的工作速度比磁鼓快，但价格比磁鼓高，因此人们把相对小容量的磁芯和相对大容量的磁鼓配合使用，前者称为内存，后者称为外存，这样就有了存储分级的概念。
第三，第二代计算机在体系结构方面的重大进展是实现了多道程序并行处理，改变了过去计算机执行两个不同的任务必须有两个不同的程序状况。
第四，程序发展迅速，提出了高级语言及其编译程序的思想，并且开发出“面向任务的语言”，如“FORTRAN”语言、“ALGOL”语言、“COBOL”语言等。
由于第二代计算机采用了性能优越的晶体管取代了电子管为逻辑元件，主存储器用磁芯，外存储器用磁鼓，程序语言方面快速发展，使得计算机总体性能大大提高，运算速度从每秒几千次提高到每秒几十万次，主存储器容量从几千字节提高到了10万字节。因而，在科研和其他事物数据处理方面得到了广泛的应用，并用于航空、宇航和生产过程等实时控制系统。
我国的第一台晶体管电子计算机于1967年研制成功，这台计算机的运算速度是每秒5000次。
50亿美元的“赌博”
1955年肖克莱离开贝尔实验室，回到他的故乡——帕洛·阿尔托。肖克莱在这块处女地上创办了“肖克莱半导体实验室”，在这个实验室工作的人都是博士，因而被戏称为“博士生产线”。1957年，“博士生产线”上多名高才生告别老师走上了独立创业之路。1957年，被肖克莱称为“8名天才叛徒”的诺伊斯等人，在“硅谷”创办了仙童半导体公司。
诺伊斯“背叛”了肖克莱的工厂，却继承了肖克莱的科学事业。在他还是大学生的时候，教授在课堂上展示肖克莱等人发明的晶体三极管，从此把他吸引到半导体技术领域中来。他和肖克莱一样，也是在麻省理工学院获得博士学位的。肖克莱在“博士生产线”上工作了18个月，这使他受到了宝贵的锻炼，羽毛已经丰满，他不愿意再依偎于前辈巨大的羽翼之下。诺伊斯和同伴创办仙童半导体公司，此时他产生了大胆而新奇的设想，正是这个设想让计算机更进一步。
问世刚满10年的晶体管，使电子元件朝着小型化迈出了一大步，就是这一步，已经带来了电子技术的一次革命。下一步，该沿哪条路前进呢？早在1952年，英国皇家雷达公司的一个工程师就曾预言：“随着晶体管和半导体工艺整体地降临，现在看来在一个固体块上的无连线的电子设备可能即将出现。”他所提出的“在一个固体块上的无连线的电子设备”就是集成电路。遗憾的是，这一崭新的构思在英国没有得到及时的支持，思想的种子播下去了，成熟的果实却由美国人培育出来的。
从电子管到晶体管，一直都是作为分立元件通过导线连接而组成具有一定功能的电路的。这有点像盖房子，一块砖并不能成为房间，要用砖和水泥一块一块地砌，才能盖成一间房，最后盖成大楼——一个个分立的元件就是盖房子的砖，导线就是盖房子的水泥。晶体管这种“砖”比电子管那种“砖”小巧和坚固得多，但要把晶体管这种“砖”造得再小巧一些似乎不太可能。集成电路则是一条全新的技术途径，它是要在一块半导体固体材料上制作出具有所需功能的整个电路，相当于盖房子不再是一块砖一块砖地砌，而是直接在工厂里把房间预制成整体的构件，拖到建筑工地就可以组装成大楼。有办法在半导体王国里造出这种“预制构件”吗？
