Почему современные персональные
компьютеры в сотни раз меньше, но при этом в
сотни тысяч раз быстрее ЭВМ первого
поколения?

Потому что на одном кристалле кремния, расположены сотни тысяч транзисторов, а первые ЭВМ работали на полупроводниковых лампах. 
Размер одной лампы, равен размеру нескольких современных процессоров :) 
Так вод представь какие раньше процессоры были, размером с трех этажный дом))