Una computadora digital es una máquina que almacena datos en un formato numérico y realiza operaciones sobre esos datos mediante manipulación matemática. Este tipo de computadora generalmente incluye algún tipo de dispositivo para almacenar información, algún método para la entrada y salida de datos y componentes que permiten realizar operaciones matemáticas en los datos almacenados. Las computadoras digitales son casi siempre electrónicas, pero no necesariamente tienen que serlo.
Hay dos métodos principales para modelar el mundo con una máquina de computación. Las computadoras analógicas usan algún fenómeno físico, como voltaje eléctrico, para modelar un fenómeno diferente y realizar operaciones modificando directamente los datos almacenados. Sin embargo, una computadora digital almacena todos los datos como números y realiza operaciones con esos datos de forma aritmética. La mayoría de las computadoras usan números binarios para almacenar datos, ya que los unos y los ceros que componen estos números se representan fácilmente con estados eléctricos simples de encendido y apagado.
Las computadoras basadas en principios analógicos tienen ventajas en algunas áreas especializadas, como su capacidad para modelar continuamente una ecuación. Sin embargo, una computadora digital tiene la ventaja de ser fácilmente programable. Esto significa que pueden procesar muchos conjuntos de instrucciones diferentes sin tener que reconfigurarlos físicamente.
Las primeras computadoras digitales se remontan al siglo XIX. Un ejemplo temprano es el motor analítico teorizado por Charles Babbage. Esta máquina habría almacenado y procesado datos mecánicamente. Sin embargo, esos datos no se habrían almacenado mecánicamente, sino más bien como una serie de dígitos representados por estados físicos discretos. Esta computadora habría sido programable, la primera en computación.
La informática digital se generalizó durante el siglo XX. Las presiones de la guerra llevaron a grandes avances en el campo, y las computadoras electrónicas surgieron de la Segunda Guerra Mundial. Este tipo de computadora digital generalmente usaba matrices de tubos de vacío para almacenar información para uso activo en computación. Se utilizó papel o tarjetas perforadas para el almacenamiento a largo plazo. La entrada de teclado y los monitores surgieron a finales de siglo.
A principios del siglo XXI, las computadoras se basan en circuitos integrados en lugar de tubos de vacío. Todavía emplean memoria activa, almacenamiento a largo plazo y unidades de procesamiento central. Los dispositivos de entrada y salida se han multiplicado enormemente pero aún cumplen las mismas funciones básicas.
En 2011, las computadoras están comenzando a superar los límites de los circuitos convencionales. Las rutas de los circuitos en una computadora digital ahora se pueden imprimir tan juntas que se deben tener en cuenta efectos como el túnel de electrones. Trabajar en computadoras ópticas digitales, que procesan y almacenan datos usando luz y lentes, puede ayudar a superar esta limitación.
La nanotecnología puede conducir a una variedad completamente nueva de computación mecánica. Los datos pueden almacenarse y procesarse digitalmente a nivel de moléculas individuales o pequeños grupos de moléculas. Un número asombroso de elementos de computación molecular cabría en un espacio comparativamente pequeño. Esto podría aumentar considerablemente la velocidad y la potencia de las computadoras digitales.