Les premiers instruments de calcul utilisent des techniques naturelles. Par exemple l'utilisation de petits cailloux où chacun représente un objet ou un ensemble d'objets. Le mot calcul dérive d'ailleurs de calculus, mot latin pour caillou. Ou alors l'utilisation des doigts de la main pour calculer en base 5.
Plus formelles sont les tables de calcul. Le plus ancien appareil à calculer est une table de marbre trouvée sur dans l'île de Saramine. La table est striée de manière verticale et horizontale. On place des cailloux ou des pièces et de leur position dépend leur valeur.
C'est un des ancêtres des bouliers, qui ont survécu jusqu'à maintenant (ou presque !). Le boulier est toujours très utilisé en Asie et au Japon. En novembre 1946, une compétition a eu lieu entre un employé du service des communications du Japon muni d'un boulier et un G.I. muni d'une calculatrice moderne de l'époque (avec les 4 signes mathématiques). Dans un concours de vitesse, c'est le boulier qui a gagné.
Bien plus tôt Neper (mathématicien Écossais) inventait un jeu de réglettes (les « bâtons de Neper ») qui permettait de faire des multiplications.
En 1642, Blaise Pascal (19 ans) réalisait la première machine à calculer qui permettait de faire des additions et des soustractions (avec un engrenage on pouvait faire une retenue). Mais elle ne connut aucun succès, malgré l'ajout d'amléiorations comme l'ajout des multiplications par Leibniz 50 ans plus tard.
Jusqu'au XIXe, des machines à calculer sont inventées par plusieurs scientifiques (De Poleni, Caze, Lépine, Hileron De Boistissandeau), mais restent sur les principes des machines du XVIIe siècle.
Vaucanson (1750) réalise des automates à base de bandes perforées, de cames et de mécanismes d'engrenage.C'est une invention fondamentale car elle décrit de manière formelle des étapes nécessaires à l'accomplissement d'un but.
Falcon (mécanicien tisserand) utilise vers 1750 les perforations dans le métier à tisser. Mais Jacquard industrialise l'invention. Par un mouvement sans fin, des cartons perforés passent devant des aiguilles qui peuvent ainsi effectuer un tissage précis.
L'année 1812 voit naître une nouvelle révolution : la machine de Charles Babbage, mathématicien à l'université de Cambridge, définit une nouvelle architecture de machine, très proche des machines électroniques actuelles
· des périphériques d'entrée ;
· une unité centrale ;
· des périphériques de sortie.
Le baron de Prony, ingénieur des Ponts et Chaussées, est responsable du cadastre (1791) qui nécessite des calculs très importants. Il a l'idée de séparer le travail en tâches élémentaires (organisation du travail moderne). Il embauche 80 calculateurs chargé d'écrire des tables trigonométriques et de logarithmes à 14 décimales.
Dès 1760, existaient les tables portatives à 6 décimales imprimées et reliées de Jérôme de la Lande. Mais celles-ci engendraient des fautes qui réapparaissaient à chaque réimpression. On demandait alors à l'utilisateur de signaler les fautes à l'imprimeur.
En 1805,Firmin Didot invente le procédé du stéréotype qui permet de conserver les pages d'une édition à l'autre,de sorte que les fautes sont corrigées d'une édition à l'autre.
Babbage rend visite au baron de Prony en 1819, et est impressionné par l'ampleur du travail et les tâches répétitives. Il décide de tout automatiser , et de concevoir un calculateur entièrement dédié à ce travail. Il conçoit sa « Difference Engine » en 1820, qui se sert de l'invention de Didot pour imprimer les tables de calcul par un estampage des tables de plomb sans impression directe.
Il commence à réaliser sa machine en 1823. Le but est de lire des cartes perforées, et en sortie de poinçonner des cartes, estamper des plaques de plomb, ou afficher des nombres sur des molettes. Mais la technologie de l'époque est insuffisante pour la réaliser. Babbage meurt en 1838, au moment d'assembler les pièces de sa machine qui reste inachevée.Elle est cédée à la Couronne britannique en 1843.