На роль первой в истории электронной вычислительной машины в разные периоды претендовало несколько разработок. Общим у них было использование схем на базе электронно-вакуумных ламп вместо электромеханических реле. Предполагалось, что электронные ключи будут значительно надежнее, поскольку в них отсутствуют движущиеся части, но то оказалось не так. Однако у электронных компонентов имелось одно важное преимущество: выполненные на них ключи могли переключаться примерно в тысячу раз быстрее своих электромеханических аналогов.
Первой электронной вычислительной машиной чаще всего называют специализированный калькулятор ABC (Atanasoff-Berry Computer). Разработан он был в период с 1939 по 1942 год профессором Джоном Атанасовым (John V. Atanasoff, 1903-1995) совместно с аспирантом Клиффордом Берри (Clifford Berry, 1918-1963) и предназначался для решения системы линейных уравнений (до 29 уравнений с 29 переменными). ABC обладал памятью на 50 слов длиной 50 бит, а запоминающими элементами служили конденсаторы с цепями регенерации. В качестве вторичной памяти использовались перфокарты, где отверстия не перфорировались, а прожигались. ABC стал считаться первой электронной ВМ, после того как судебным решением были аннулированы патенты создателей другого электронного калькулятора — ENIАС (Electronic Numerical Integrator and Computer — электронный цифровой интегратор и вычислитель). Необходимо все же отметить, что ни ABC, ни ENIАС не являются вычислительным машинами в современном понимании этого термина и их правильней классифицировать как калькуляторы.
Вторым претендентом на первенство считается вычислитель Colossus, построенный в 1943 году в Англии в местечке Bletchley Park близ Кембриджа. Изобретателем машины был профессор Макс Ньюмен (Max Newman, 1987-1984), а изготовил его Томми Флауэрс (Tommy Flowers, 1905-1998). Colossus был создан для расшифровки кодов немецкой шифровальной машины «Лоренц Шлюссель-цузат-40». В состав команды разработчиков входил также Алан Тьюринг. Машина была выполнена в виде восьми стоек высотой 2,3 м, а общая длина ее составляла 5,5 м. В логических схемах машины и в системе оптического считывания информации использовалось 2400 электронных ламп, главным образом тиратронов. Информация считывалась с пяти вращающихся длинных бумажных колец со скоростью 5000 символов/с.
Наконец, третий кандидат на роль первой электронной ВМ — уже упоминавшийся программируемый электронный калькулятор общего назначения ENIAC. Идея калькулятора, выдвинутая в 1942 году Джоном Мочли (John J. Mauchly, 1907-1980) из университета Пенсильвании, была реализована им совместно с Преспером Эккертом (J. Presper Eckert, 1919-1995) в 1946 году. С самого начала ENIAC активно использовался в программе разработки водородной бомбы. Машина эксплуатировалась до 1955 года и применялась для генерирования случайных чисел, предсказания погоды и проектирования аэродинамических труб. ENIAC весил 30 тонн, содержал 18 000 радиоламп, имел размеры 2,5 х 30 м и обеспечивал выполнение 5000 сложений и 360 умножений в секунду. Использовалась десятичная система счисления. Программа задавалась схемой коммутации триггеров на 40 наборных полях. Когда все лампы работали, инженерный персонал мог настроить ENIAC на новую задачу, вручную изменив подключение 6000 проводов. При пробной эксплуатации выяснилось, что надежность машины чрезвычайно низка – поиск неисправностей занимал от нескольких часов до нескольких суток. По своей структуре ENIAC напоминал механические вычислительные машины. 10 триггеров соединялись в кольцо, образуя десятичный счетчик, который исполнял роль счетного колеса механической машины. Десять таких колец плюс два триггера для представления знака числа представляли запоминающий регистр. Всего в ENIAC было 20 таких регистров. Система переноса десятков в накопителях была аналогична предварительному переносу в машине Бэббиджа.
При всей важности каждой из трех рассмотренных разработок основное событие, произошедшее в этот период, связано с именем Джона фон Неймана. Американский математик Джон фон Нейман (John von Neumann, 1903-1957) принял участие в проекте ENIAC в качестве консультанта. Еще до завершения ENIAC Эккерт, Мочли и фон Нейман приступили к новому проекту — EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), главной особенностью которого стала идея хранимой в памяти программы.
Технология программирования в рассматриваемый период была еще на зачаточном уровне. Первые программы составлялись в машинных кодах — числах, непосредственно записываемых в память ВМ. Лишь в 50-х годах началось использование языка ассемблера, позволявшего вместо числовой записи команд использовать символьную их нотацию, после чего специальной программой, также называемой ассемблером, эти символьные обозначения транслировались в соответствующие коды.
Несмотря на свою примитивность, машины первого поколения оказались весьма полезными для инженерных целей и в прикладных науках. Так, Атанасофф подсчитал, что решение системы из восьми уравнений с восемью переменными с помощью популярного тогда электромеханического калькулятора Маршана заняло бы восемь часов. В случае же 29 уравнений с 29 переменными, с которыми калькулятор ABC справлялся менее чем за час, устройство с калькулятором Маршана затратило бы 381 час. С первой задачей в рамках проекта водородной бомбы ENIAC справился за 20с, в противовес 40 часам, которые понадобились бы при использовании механических калькуляторов.
В 1947 году под руководством С. А. Лебедева начаты работы по созданию малой электронной счетной машины (МЭСМ). Эта ВМ была запущена в эксплуатацию в 1951 году и стала первой электронной ВМ в СССЗ и континентальной Европе.
В 1952 году Эккерт и Мочли создали первую коммерчески успешную машину UNIVAC (UNIVersal Automatic Computer). Именно с помощью этой ВМ было предсказано, что Эйзенхауэр в результате президентских выборов победит Стивенсона с разрывом в 438 голосов (фактический разрыв составил 442 голоса).
Также в 1952 году в опытную эксплуатацию была запущена вычислительная машина М-1 (И. С. Брук, Н. Я. Матюхин, А. Б. Залкинд). М-1 содержала 730 электронных ламп, оперативную память емкостью 256 25-разрядных слов, рулонный телетайп и обладала производительностью 15-20 операций/с. Впервые была применена двухадресная система команд. Чуть позже группой выпускников МЭИ под руководством И. С. Брука создана машина М-2 с емкостью оперативной памяти 512 34-разрядных слов и быстродействием 2000 операций/с.
В апреле 1953 года в эксплуатацию поступила самая быстродействующая в Европе ВМ БЭСМ. Построена на электронных лампах (5000 ламп). Опытная эксплуатация началась с 1952 года. Быстродействие БЭСМ составило 8—10 тыс. оп./с. Внешняя память была реализована на магнитных барабанах (2 барабана по 512 слов) и магнитных лентах (4 по 30 000 слов). Имела параллельное 39-разрядное АЛУ с плавающей запятой, выполнявшее 20 операций. Была создана только одна машина этого типа. Главный конструктор — Сергей Алексеевич Лебедев. В 1953 году на БЭСМ была опробована оперативная память на ртутных трубках (1024 слова), в начале 1955 года — на потенциалоскопах (1024 слова), в 1957 году — на ферритных сердечниках (2047 слов).
На 1953 год (октябрь — международная конференция в Дармштадте) эта машина оказалась самой производительной в Европе.
Примерно в то же время выпущена ламповая ВМ «Стрела». Разработана в СКБ-245 (с 1986 г. это — НИИ «Аргон»), г. Москва. Главный конструктор — Юрий Яковлевич Базилевский. В числе помощников был Борис Рамеев, генеральный конструктор ЭВМ серии Урал. Разработка завершена в 1953 году. «Стрела» выпускалась серийно на Московском заводе счетно-аналитических машин (САМ), с 1953 по 1956 гг. Всего было выпущено семь машин, которые были установлены в вычислительном центре Академии наук СССР, в МГУ, в вычислительных центрах нескольких министерств. Быстродействие машины составило 2000 оп/с. Элементарная база — 6200 электровакуумных ламп, 60 000 полупроводниковых диодов. Оперативная память на электронно-лучевых трубках, 2048 слов. Длина слова — 43 двоичных разряда (из них — 35 бит на мантиссу и 6 на экспоненту). Постоянное ЗУ на полупроводниковых диодах. Внешнее ЗУ — два накопителя на магнитной ленте. Ввод данных осуществлялся с перфокарт и с магнитной ленты. Вывод данных — на магнитную ленту, на перфокарты и на широкоформатный принтер. Последний вариант «Стрелы» использовал память на магнитном барабане (4096 слов), вращающемся со скоростью 6000 об/мин.