美国Burroughs公司最早提出了“虚拟存储”的概念，并在1963年制造的B5000型计算机配备了“虚拟存储器”。1966年，这个公司宣布制造出第三代电子计算机B2500和B3500。实际上，360系列计算机才是第三代计算机的著名代表，因为它有完善的软件系统，具有通用化、系列化和标准化的特点，对60年代后期的计算机技术的发展产生了很大影响。而在1967年，Burroughs公司开始研制伊利诺斯大学设计的ILLIAC4计算机，这一大型科研用计算机具有64个并行处理单元，主存储器容量达1兆位，每秒钟可操作两亿个指令。
与此同时，计算机时分服务也于60年代初产生，并由美国通用电气公司在1965年正式开放。
1966年，国际商业机器公司用360系列的125型计算机为80个用户提供时分服务。之后，这项服务工作得到了广泛的发展。
大型机固然具备许多优点，但小型机也不甘示弱。自1965年美国数字设备公司制成了12位的小型计算机PDP8以后，小型机便如雨后春笋般研制出来。1969年，这个公司生产出字长36位的PDP10计算机。1970年，又造出更新的PDP11型处理机。由于这种机器适应一般数据处理和工业控制的需要，使用方便可靠，价格又较低廉，推广速度每年约递增20%。
美国计算机行业的后起之秀——人称“超新星”的通用数据公司，成立于1968年4月，不到半年时间就推出“新星”计算机，它突破传统小型机的框架，存储器可容32000个字。27个月后，又推出“超新星”计算机，运算速度超过“新星”15倍。其中的超新星SC计算机是最早使用半导体存储器的小型机。
在这期间，计算机的标准程序语言也得到较快发展。国际商业机器公司在1962年提出APL语言，1965年又编制出通用性更强的PL／1语言。1964年，达特茅茨学院的凯梅尼和克兹创制了BASIC语言，即我们都较熟悉的“初学者通用符号指令码”。
非常值得一提的是，在计算机由小型化向微型化过渡中起到决定性作用的一项重大技术发明——集成电路的产生及其向大规模和超大规模的演进。早在1952年5月，英国皇家雷达公司的工程师杜麦就提出了集成电路的概念，但直到1957年才实施这一方案，同年9月展出了集成电路的金属模型。而集成电路的真正发明人则是美国得克萨斯仪器公司的基尔比和仙童公司的诺伊斯。作为一个电厂经理的儿子，基尔比从小酷爱无线电，高考时因三分之差未能进入梦寐以求的麻省理工学院，只得“屈就“伊利诺斯大学。1952年，他开始参与美国防部的小型化计划，1958年，进入得克萨斯仪器公司。这年7月，他趁该公司职员休假时，在空空荡荡的厂房里尽情地动用一切设备，反复试验，寻找元件微型化的突破口，终于想出了一种方案，于1959年初做出了第一块集成电路。
但是，通过集成电路技术的捷径，是扩散技术、外延技术、半导体平面技术及氧化、光刻蚀和金属蒸发沉淀技术等，而当时只有仙童公司最先创造了这套技术。几乎与基尔比同时，仙童公司的诺伊斯也构思了相似的制造方案。这位麻省理工学院的电子物理学博士在肖克莱晶体管厂刻苦钻研18个月后，自己独立创办了“仙童公司”（1957年），并将平面技术集大成者霍厄尼吸引到自己的麾下。基尔比的成功促使他们愈益紧张地进行试制，终于在1959年7月30日，向美国专利局申请了专利，并于1961年4月赶在基尔比之前三年获得专利。得克萨斯仪器公司和仙童公司虽进行了专利权的争讼，但最终还是被认为是一项“同时发明”，基尔比和诺伊斯同时获得富兰克林学会巴兰丁奖章。
集成电路的产生开辟了电子计算机微型化发展的广阔前景。到20世纪60年代末，由双极集成电路到单极集成电路的演化，为20世纪70年代初电子表、计算器、半导体存储器和微处理机的发展奠定了最重要的基础。1964年，仙童公司的莫尔曾预言，集成电路上的晶体管数目将逐年翻番。到1971年，集成电路的实际集成度证明了这一预言。到1978年，在64K动态存储器上，每个硅片可有135000个元件，虽然出现了不符合莫尔预言的情况，但事实仍表明，集成电路的最小体积可以用物理学能够探测到的最小空间作为它的极限。尽管微小硅片的集成电路确有一个最终极限，但是人们还是从遗传工程学中找到了“分子集成电路”，也就是说，在一个生物大分子上，可以造成目前还难以想象的集成度极高的集成电路。
之后，集成电路的规模由“大”到“超大”，电脑的体积由“小”到“超小”（“微”），便成为电脑更新换代的关键和标志。
计算机的广泛应用
1970年，美国英特尔公司的青年工程师霍夫等人在0.6×0.8英寸的硅片上摆下了2250个晶体管，并在1971年11月15日制出世界上第一台单片式微处理机——Intel4004，它将四个加法器、16个四位存储器、一个累加器全部集中到一块硅片上。这台微机和得克萨斯仪器公司同年造出的超级计算机“高级科学计算机”，标志着电脑已进入第四代。
微机的出现大大扩展了计算机的服务范围，其通用性和灵活性极大地促进了加工业和制造业的自动化。到70年代中期，世界上用于工业自动化的电脑已超过20万台。同时，服务业、金融业的自动化、信息化便也很快发展起来。奇妙的是，这些行业的自动化又成了电脑加速发展的重大动力。1972年4月，英特尔公司造出8位微处理机8008。1974年，美国又有好几家公司生产出16位微机。这时集成电路便发展到超大规模阶段，已造出具有10万只晶体管的硅芯片。这样，摩托罗拉公司就生产出一种准32位微机——MC68000，这是向32位微机的过渡产品，真正的32位微机则是80年代的事情了。
与之相关的是微机信息存储量的问题，这由半导体存储器的发展来解决。最早的1K位（=1024位）动态随机存储器出现于1970年。1973年出现了4K位。1980-1981年出现了64K位。1982年，美国西方电气公司和摩托罗拉公司几乎同时生产出256K位动态存储器，其元件线宽已达2微米（1微米=10-6米）的水平。日本电气公司则后来居上，到1984年，它已制造出512K位的存储器。在1982年推出的UPD731000G／C的CMOS只读存储器已含有110万只元件，其存储容量已超过1兆位，线宽则微细到1.8微米的水平。
集成电路的大规模和超大规模发展可以说是一场更深刻的技术革命兴起的标志。人们可以借助小型机设计编程计算机芯片，而借助于计算机辅助设计，成十倍、百倍地降低设计工作量，从而也成十倍、百倍地降低了程序芯片的价格。而1977年美国加州理工学院米德教授提出了一种制造超大规模集成电路的工艺，更使集成电路的生产厂获得了“硅翻沙厂”或“硅铸造厂”的形象说法。同时微机的价格和功能几乎成反比地变化。70年代的微机价格平均为100美元，而其速度和可靠性分别超出第一代电脑ENIAC的20倍和1万倍，其能耗和所占空间仅是后者的1／56000和1／30000。集成电路越来越成为最有效的信息载体。这使人们能够想象，书报、纸钞、支票、证券及一切以纸为载体的信息，都可被“印刷”在超大规模集成电路上，这种灵活可变的载体，呼之即来，挥之即去，安全可靠，只要周期性地不断更新，就能永远保存。人们预测，21世纪将是集成电路普遍取代纸张和印刷术的世纪。
超大规模集成电路对无限小空间的追求造成了微机速度的空前提高，微机的功能似乎随着体积的缩小而发生飞跃性进步，它所推动的信息产业深刻地改变着人们的观念和行为方式，也引起社会和产业结构的巨大变革。我们现在已经看到，电子通信已在一定程度上取代了交通，以信息传递和处理为基础的家庭电子化，也就是家里配有联上因特网的多媒体电脑，极大地改变了人们的娱乐方式。作为高容量的信息载体，大规模集成电路引起了“信息爆炸”。
真正的“信息革命”正是在这个意义上表现出了它最深刻的革命性。
我们知道，计算机的大型化和小型化发展是60年代的特点，而自七八十年代以来，现代计算机工业则向超大型机和微型机的两个极端发展。从电脑的造型看，每秒数百万甚至数亿次以上的运算能力的大型和超大型机，仍是各种复杂的科学研究所必需的。而微型机则由于小巧玲珑，内存容量不断增加，也在80年代得到了空前迅速的发展，它体积小、价格低、操作简便、能源消耗也低，因而，国民经济、科学研究、国防军事和文教卫生事业等都与电脑结下了不解之缘。各种办公室工作甚至家庭生活都多方面地应用了电脑。人们正在使电脑成为日常生活须臾不能离开的东西。
在通讯方面，多媒体技术使个人电脑成为通信终端，电脑装上电话器件或传真卡连到网上，就可代替电话和传真机，电子邮件更是方便快捷的国内外通信手段。医疗方面，电脑中医、电脑牙医、电脑针灸、电脑按摩师等已开始为患者诊治疾病，视频会议系统实现了医学专家远距离会诊和其他医疗服务，这使相隔千里的医生和病人，能够像面对面促膝交谈一样，获得对方的信息，最终使病人从多媒体电脑中得到处方。多媒体医疗软件可满足工作繁忙的人们询医问药的要求。公安方面，电脑已成为公安警察的聪慧耳目和得力助手。电脑交警可根据行人、车辆的密度和速度，自动开关红绿灯，保证交通安全。电脑机器人刑警可参与侦察、格斗等。我国研制成功的长城警用GPS指挥系统，首次用于海上缉私，便大获全胜。电脑指纹识别系统为破案提供更准确的信息。文化教育方面，大量的电子出版物正在改变着传统的教育观念和教学方式，不久的将来，人人都可拥有自己的电脑“图书馆”，坐在多媒体机前，只要按几个键就能开始学习、研究和其他工作。
实际上，第五代电脑是日本于1981年首先宣布开始研制的。它以超大规模集成电路为主要元器件，奔腾系列机是它的主要机型，为多媒体技术和网络技术的发展准备了条件。目前，它有电子数字计算机和电子模拟计算机两大类，具有记忆能力、程序操作、逻辑判断、数字化、超高速等功能。电脑的硬件主要有内部设备和外部设备，前者如主板、CDV芯片、硬盘等，后者如键盘、鼠标、显示器等。软件主要是程序设计语言（如FORTRAN语言、ALGOL语言、BASIC语言等），及以此为工具而开发出的系统软件和应用软件。系统软件实现系统管理，如DOS、UCDOS、Windows95、中文之星2.0等，应用软件用来解决计算机应用问题，如办公自动化软件WPS、Office、各种汉字输入方法等，“CSC电脑家庭教师”等教育软件，及警用软件、医疗软件等。如果说前几代电脑都是“诺伊曼型计算机”的话，那么这第五代肯定是“非诺伊曼型”，也就是说，在相当大的程度上，它将模拟人脑的许多功能，尤其具有极大的信息容量和相应的类似人的识别能力。科学家已经发现，人的模拟记忆的存储量已达到1京（1016位），这是短期记忆，而人脑记忆数字信息的存储量的上限则有1010位～1012位，这种容量也在计算机的外存储器中实现了。第五代电脑正是有这种与外界接口的能力。
自动化时代的到来
为迎接21世纪的挑战，世界各国争先恐后地研制新型计算机。美国Oracle公司的互联网络计算机、微电子和计算机公司的全息存储计算机、克雷研究公司的并行计算机，德国克劳斯？萨特勒公司的水下计算机、澳大利亚自动化设备公司的盲人计算机等都已投入使用，最新型的无线计算机、量子计算机、光计算机等尚在紧张地研制之中。这些电脑都是朝着网络化和智能化的方向发展的。随着集成电路在超大规模方向上的不断进步，电脑元器件就不断小型化、轻量化和节能化，如硬盘容量已达70G，外存储器已由磁盘发展到光盘等，电脑的可靠性和速度也都大幅提高。现在出现的MMX芯片大大提高了CPU处理多媒体语言资料的能力。电脑的多媒体技术能够同时采集、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型的信息载体，如方案、图形、图像、音乐、动画等。目前，因特网上传播的信息大多是多媒体的，这使电脑的智能化程度空前提高。
其中，以下几种新一代计算机的研制成功及其普及对21世纪的人类命运有着决定性的影响。
一种是美国国际商业机器公司研制出的约瑟夫森超导计算机，它在绝对温度4K以下的液态氦中进行转换速度为几皮秒（1皮秒=1/1千亿秒）的运算，实现人们对电脑超高速低能耗的理想。但是人们还在精心寻找使这种电脑常年处于4K以下温度的简易技术（如研制常温超导材料等），以便广泛推广。另一类是与生物学的最新进展相结合而出现的分子计算机（也叫“生物计算机”）。美国、日本和前苏联都进行过深入研究，主要力量集中在研究生物分子或有机分子“开关”机制，及研制具有图形识别能力的蛋白质传感器等几个方面。甚至遗传工程的方法也都用于研制生物“电脑”了，这样，超大规模的集成电路就不是在硅片上，而是在生物大分子或一些蛋白质、细胞乃至细菌上了，其功能将大大地接近于人脑，并具有其他计算机的一切优点。第三种是光子计算机，它以集成光路为基础元件，存储容量可达目前电子计算机的100亿倍，运算速度比25亿次的巨型电脑快1000倍，达1万亿次以上。这种可称为“光脑”的计算机，已被纳入我国“863计划”之中。第四种是人工神经网络计算机，它依靠人工神经元的动态互联，模拟人脑的构造机制，使神经元之间相互激活、积累和应用知识，以更接近人的右脑“形象思维”的方式进行工作，它已被确定为今后计算机发展的主要方向。
但人工神经元的光子式、化学式、生物式、分子式、量子式等技术道路尚未成熟，期望21世纪初取得重大突破。这些新型“电脑”比起目前应用最为广泛的第五代电脑（虽然还未达到它的巅峰——真正的人工智能计算机），具有更多的优点和更广阔的应用前景。它们的成功，在信息高速公路日益完备的情况下，真不知要对21世纪的人类生产和生活产生怎样巨大的影响。
显然，21世纪将是一个全新的信息化、智能化、网络化和自动化的时代，电脑成为人们基本的工作、交往和生活工具。中国的电脑行业虽然起步较晚，但现在已经在多个领域走到了世界前列，电脑教育已经从儿童开始普及。
