El Colossus, como muchos de los primeros ordenadores, era enorme en comparación con sus homólogos modernos y medía más de dos metros de altura. Utilizó alrededor de 2.500 válvulas termoiónicas, también conocidas como tubos de vacío, para realizar operaciones booleanas y de conteo, lo que la convirtió en la primera computadora digital. En lugar de utilizar un programa almacenado, se programó manualmente mediante varios enchufes e interruptores.
Los datos podrían ingresarse leyendo una transcripción en cinta de papel de mensajes cifrados. Como Colossus no tenía almacenamiento interno, la cinta se alimentaba en un bucle continuo para que la computadora pudiera leerla una y otra vez. La máquina podía leer 5.000 caracteres por segundo y realizar cinco funciones diferentes a la vez, lo que le permitía leer 25.000 palabras por segundo. (En realidad, podría funcionar a casi el doble de esa velocidad, pero la cinta eventualmente se desintegraría).
La máquina, que ocupaba casi el tamaño de una habitación, tenía varios componentes grandes y requería más de una persona para operarla correctamente. Consistía en un transporte de cinta con un mecanismo de lectura de ocho fotocélulas, un registro de desplazamiento FIFO de seis caracteres, 12 almacenes de anillos de tiratrón, múltiples paneles de interruptores para especificar el programa y el conjunto total, un conjunto de unidades funcionales que realizaban operaciones booleanas, un contador de tramos que podía suspender el conteo de parte de la cinta, cinco contadores electrónicos y un control maestro que controlaba el cronometraje, las señales de inicio y parada, la lectura del contador y la impresión. También estaba equipado con una máquina de escribir eléctrica, precursora de los teclados que la mayoría de las computadoras de escritorio y portátiles utilizan hasta el día de hoy.
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