Varhaisimmaksi tietokoneen esilaitteeksi on esitetty 3 000 vuotta sitten keksittyä helmitaulua. Kun tietokoneen kriteerinä pidetään sitä, että sen kuuluu toimia automaattisesti, ei helmitaulu sovi esilaitteeksi.
Ensimmäisenä automaattista laskentaa suoritti matemaatikko ja filosofi Blaise Pascalin (1623-1662) Pascaline vuodelta 1642. Se oli mekaaninen, hammasrattailla toimiva laskukone, joka suoritti yhteen- ja vähennyslaskuja. Pascalinea valmistettiin vain viitisenkymmentä kappaletta, ja valmistava yritys meni nurin laitteiden suuren huoltotarpeen vuoksi.
Gottfried Leibniz (1646-1716), ehkä viimeinen yleisnero, kiinnostui Pascalinesta ja rakensi siitä vuonna 1694 kehittyneemmän version, joka osasi myös kertolaskuja. Kertolaskut tehtiin, kuten nykyisissä tietokoneissa, toistuvilla yhteenlaskuilla.
Leibniz olisi halunnut koneeseen vielä jako- ja neliöjuurien laskemisen. Se olisi kuitenkin vaatinut siirtymistä kymmenjärjestelmästä nykytietokoneiden käyttämään kaksilukujärjestelmään. Tällainen oli aikalaisten mielestä jo liikaa, eikä ominaisuuksia lisätty koneeseen.
Kun tietokoneeksi kutsutaan laitetta, jonka voi ohjelmoida eri tehtäviin, ensimmäisen tietokoneen rakensi englantilainen Cambridgen professori Charles Babbage (1791-1871). Hän eli mekaanisen teknologian kaudella, mikä päätyi koneen kohtaloksi. Kone ei toiminut, mutta sen tekniikat otettiin samanlaisina käyttöön sata vuotta myöhemmin.
Babbage oli koulutukseltaan matemaatikko, luonteeltaan keksijä ja maailmakuvaltaan aito newtonilainen. Hän uskoi, että kaikki maailmassa oleva oli mitattavissa, vaikka se olisi lehmän henkäys. Babbage mittasi senkin.
Babbage keksi muun muassa standardisen raidevälin rautateille, dynamometrin sekä parannuksia majakoiden valoihin ja silmäkirurgiaan. Babbage uskoi niin voimakkaasti tilastomatematiikkaan, että menetti suuria summia hevoskilpailuissa.
Ensimmäisen laitteen, Difference Enginen piti laskea matemaattisia taulukoita. Vaikka laitteen rakentaminen oli vielä kesken, Babbage ryhtyi vuonna 1833 suunnittelemaan kunnianhimoisempaa laitettaan Analytical Engine.
Analyyttinen kone ei ollut vain laskujen suorittamiseen, vaan se voitiin ohjelmoida moniin tehtäviin. Koneeseen sisältyi sekä suoritin, joka suoritti laskutehtäviä, että muistiosa, joka säilytti ohjelmia ja tietoja. Ohjelmakäskyihin kuului rekistereihin kirjoittamisen ja poimimisen lisäksi jopa nykyaikaiseen ohjelmointiin kuuluvia ehdollisia hyppykäskyjä.
Analyyttisen koneen muisti oli noin 1,75 kilotavua, ja se luki metallisia reikäkortteja. Tätä tekniikkaa käytettiin ensi kerran kutomakoneissa. Koneeseen kuului jopa eräänlainen kirjoitin.
Analyyttinen kone ei koskaan toiminut, koska siihen aikaan ei osattu valmistaa niin tarkkoja metalliosia, kuin kone olisi edellyttänyt. Rakentamista ei myöskään helpottanut hänen tapansa pitkin rakennusvaihetta keksiä "parannuksia", jotka vaativat uusia suunnitelmia ja tekniikoita. Kuollessaan Babbage oli lähes täysin unohdettu.
Ensimmäisen toimivan ohjelmoitavan tietokoneen rakensi saksalainen insinööri Konrad Zuse (1910-1995). Zuse halusi välttyä pitkiltä laskelmilta ja halusi siksi laskevan koneen. Zusen suunnitelmat eivät jääneet vain peruslaskutoimitusten automatisointiin. Koneen piti kyetä suorittamaan mitä hyvänsä laskuja.
Zuse ei tuntenut Babbagen työtä tai matemaattista logiikkaa. Hän keksi näiden periaatteet itsenäisesti. Vuosien 1936-1938 aikana kolvinkäytössä taitava Zuse rakensi ensimmäisen binaarijärjestelmään pohjautuvan digitaalisen tietokoneen nimeltään Z1. Koneen bitit tuotettiin ohuilla metallilevyillä, joissa levyn asema vasemmalla tai oikealla tarkoitti 1 tai 0 bittiä. Koneen ainoa sähköinen yksikkö oli sen kello, joka tahditti koneen toimintaa.
Ohjelmointi tehtiin reikänauhalta. Z1 sisälsi, kuten myöhemmin seuraavat Z2, Z3 ja Z4:kin, nykyaikaisesti aritmetiikkayksikön, 1,4 kilotavun muistin, ohjausyksikön ja syöttö- ja tulostusyksiköt. Korkeammat laskutoimitukset tehtiin yhteen- ja vähennyslaskuina.
Z2:ssa metalliliuskat korvattiin puhelinyhtiöltä ostetuilla 800 käytetyllä releellä, sillä Zusella ei sota-ajan Saksassa ollut käytössään elektroniputkia. Rele on sähkömagneettinen laite, joka voi olla auki tai kiinni sen mukaan, miten virta kulkee releessä.
Versio Z3 valmistui vuonna 1941. Se sisälsi releillä 1 800 kilotavun muistin ja ohjausyksikön sekä 600 releen lasku- ja ohjelmayksikön eli "suorittimen". Koska releet toimivat mekaanisesti, koneet olivat hitaita. Tyypillinen kertolasku saattoi kestää yli kolme sekuntia. Nopeuden nosto olisi aiheuttanut releiden kipinöintiä.
Sodan jälkeen Zuze perusti tietokoneita valmistavia yrityksiä ja sai viimeisinä vuosinaan pioneeritöistään tunnustuspalkintoja. Hänen työnsä jäivät unohduksiin, koska kolmannen valtakunnan päättäjät eivät ymmärtäneet tietokoneen merkitystä sodankäynnissä.
Englantilaiset sitä vastoin ymmärsivät tietokoneen hyödyt. Eräs ymmärtäjistä oli loogikko ja matemaatikko Alan Turing (1912-1954). Turing oli tietokonetekniikan teoreetikko, tietokoneiden rakentaja ja yksi tekoälyn isistä.
Toisen maailmansodan aikana Turingin matemaattisia lahjoja tarvittiin saksalaisten Enigma-salakirjoituslaitteen viestien murtamisessa. Juuri Turingin ansiosta brittiläiset osasivat lukea saksalaisten sukellusveneiden viestejä.
Sodan loppuun saakka viestien murtamisessa käytettiin Colossus-nimistä puolidigitaalista laitetta, joka sisälsi 1 500 elektroniputkea. Laite sai Turingin pohtimaan kokonaan digitaalisten laitteiden tekoälymahdollisuuksia.
Vuosina 1946-1947 Turing suunnitteli Britannian ja samalla Euroopan ensimmäisiä tietokoneita. Hänen tuolloin esittämänsä ohjelmointiperiaatteet olivat lähempänä nykyisiä kuin amerikkalaisten ensimmäisten Mark- ja Eniac-koneiden periaatteet.
Turing teki itsemurhan. Hän päätyi tähän olettavasti siksi, että homosuhteiden vuoksi hänet määriteltiin turvallisuusriskiksi ja työt estettiin häneltä. Turingin merkityksestä kertoo se, että tietotekniikan kerran vuodessa jaettava, Nobel-palkintoa vastaava kunnianosoitus on nimeltään Turing Award.