这两名词代表了两门专业深奥知识。这里只能简单地介绍一下。
(a) 模拟 (类比) 讯号 (Analog signals)
(i) 模拟讯号特性
讯号是可定量之讯息，可以是声响、温度、速度、压力、电压等。模拟讯号指可随时间变动之讯号，是连续的。以上例子皆是模拟讯号。电子学范畴模拟讯号是指随时间连续变化之电压。大自然环境之模拟讯号如雷声或风声不可以直接输入电子装置，必需把讯号源通过探测器 (probe) 人工地变为模拟电压。例如变化之声音透过拾音器 (麦克风，microphone) 才可转变为电压变动 (电位差) (图78) 。
(图 78) 声波波幅与时间一起变动，一种典型模拟讯号
(图 79) 动圈式拾音器
拾音器 (麦克风，microphone) 虽然发明很早，但在这数字化现代还是一种非常重要的探测器。拾音器有多款。其中一款，动圈式拾音器，结构如 (图 79) 所示。声音波 (纵向波) 令圆膜 (diaphragm) 前后移动，线圈也跟着一起波动。线圈内部有一固定强力磁铁。据电学原理，如此来回振动引起感应电压，令线圈输出微弱振幅电压 (模拟电压)。
另一款较多见的电子装置，扬声器 (喇叭，loudspeaker)。其原理和拾音器刚好相反 (图80) ，振动圆膜面积大幅度提升，输出放大音响。
1. Magnet 2. Voice coil 3. Suspension material 4. Diaphragm
(图 80) 扬声器之结构
显示 (1) 对象连续振动产生模拟讯号
需要物料：有扬声器之收音机，数字万用表，示波器
(图 81) 喇叭纸膜振动发声
(图 82) 收音机输出模拟电压
(图 83) 示波器显示模拟电压波动
人类耳朵可辨别20周 至20,000周声波
声波和听觉范围
(ii) 模拟讯号储存
虽然模拟讯号储存这门技术已被淘汰，但也要回顾一下其发展史。
(a) 摄影技术 (影像储存)
人们眼睛接收从对象反射之光线看见对象。眼球之感光视网膜 (rectina) 接收经晶状体 (lens) 对焦后之对象反射波 (倒转影像) 再由神经元 (neuron) 指引脑部成全息三维有视差直立影像。模拟摄影技术基本原理也是如此。相机和菲林 (图 84, 85) 好比晶状体和视网膜，不过由感光冲晒后之负片 (negative) 需要再冲晒才变为相片 (图 86，正片，positive) 。摄影技术删掉了视觉神经和脑部之神奇机理，产生之相片只纪录了波长和波幅，没有相位差，是一张二维但没有视差之画面。
(图 84) 菲林相机
(图 85) 胶卷(菲林)有感光化学物料
(图 86) 供欣赏和收藏用之相片
(b) 录音和录像技术
模拟讯号是由波幅和时间两位一体组成的，波幅变动和时间如影随形。可以单独储存波幅，如相片储存光波，或波幅和时间一起储存，即录音和录像。时间由物体移动或转动人工地产生。转动次数需要之时间提供模拟讯号时基。这是为什么昔日之录音机和录象机都有转动之碟或带，如唱片 (图87，record)、卡式带 (图88，cassette tape) 和VHS录像带 (图89)。全机械型制式有唱片。当圆形唱片转动时，表面之凹槽令唱针振动，电磁互动使唱头输出微弱模拟电压，再经扩音机和扬声器播出声音。有别于这类全机械式录播，半机械式录播声音和影像则采用转动磁带之磁滞现象 (hysteresis) 经电子电路录音、录像或播放还原储存之声音或影像。
(图 87) 唱片和唱盘
(图 88) 卡式录音磁带
(图 89) VHS录像磁带
(b) 数字 (数字，数码) 讯号 (Digital signals)
(i) 数字讯号特性
数字讯号之发明和发展是电子处理讯号一大飞跃。这次 (数字革命) 可媲美以前的 (工业革命)。一般人以为计算机发明和应用是这次飞跃之大功臣，不过更早期追溯便发现二百多年前发现电力之富兰克林才是首位功臣。电力不仅孕育数字革命，更重要的是主导后铁器时代，即现代，之来临（思考历史、化工科技和时代之发展）。
有别于模拟讯号，数字讯号和时间可以有 / 或没有关系。数字讯号是一大堆经处理后之二进制 (binary) (0, 1) bits (位，比特) 以不同组合 byte (字节，字节) 运作。1 bit (比特) 是 0 (0V) 或 1 (5V)，可以看成是一个开关。二进2 bit 是 (0 0), (0 1), (1 0) 或 (1 1), 两者于数字电子处理都没有任何用途。虽然没有实用 二进3 bit，但近期有人把二进3 bit和易经卦象联系起来，可参考维基百科网页。二进4 bit有 (0 0 0 0), (0 0 0 1), (0 0 1 0), (0 0 1 1), (0 1 0 0), (0 1 0 1), (0 1 1 0), (0 1 1 1 ), (1 0 0 0), (1 0 0 1)… 等24种变化，即16种可能性。1 byte 字节内有8 bit。早期计算机16 bit CPU (Central Processing Unit) 处理器可处理2字节，合成1字组 (word)。1990 微软推出Windows 3 系列16 bit CPU (80386) 个人计算机一道风行全球。现今主流个人计算机用64 bit CPU，处理4字组，每字组2 byte 16二进制比特。例如英特尔 (Intel) 之Pentium (奔腾) 和超微半导体 (Advanced Micro Devices, Inc. AMD) 之Athlon (速龙)。
总而言之，不像模拟讯号之波幅和波长与时间一起变动，数字讯号之高压, 5V (即1) 和低压, 0V (即0) 可以是离散的 (discrete)，存储起来，和时间没有关系。也可以是依附人工产生之时基 (clock) 讯号链串，处理成可编写为与时间有直接关系计算机程序之字节 (byte)。再者，模拟讯号之幅会上下波动，大小不一。但数字讯号大小只有两种可能性，即高压5V和低压0V。处理数字讯号需要硬件和软件。硬件就是所有处理经程序编写后低电压和高电压讯号链串之复杂电子电路，即计算机。软件 (计算机程序)，就是复杂程序，透过字节编排，指令硬件操作。真实情况当然复杂得很多很多，如何处理数字讯号是一门高门坎专业知识。
用6800微型处理器之Tektronix 4051运算系统
(ii) 数字方波和模拟正弦波互相转换
显示 (2) 正弦脉冲讯号转为方形脉冲讯号
需要物料：220V AC转12V AC变压器，运算集成电路 (例如 LM 358) ， 接驳成比较器，面包板，示波器
(图 90) 低压变压器
(图 91) 30 mV50Hz正弦波
(图 92) 1.04V 50Hz方波
市电提供220V AC电源，一般非高压电子装置不可以直接使用。第一步是用变压器把220V AC电压转为低压，如12V AC。IC之比较器电路可在面包板上完成 (主题7和8.3对面包板和比较器IC应用有较详细论述)。电阻分压器 (variable resistor voltage divider) 从低压输出产生30 mV正弦波，输入比较器 (+) 和 (-) 两端。测得输出1.04 V方波脉冲讯号 (图92，93)。
习作 (1) 图解正弦波和方形波互相转换
假设：
(i) 正弦波幅为 +5 V/ -5 V，方形波幅为 0 V / 5 V
(ii) 比较器 IC 输入正弦波，输出方波
(iii) 输入 0 V，输出 0 V
(iv) 阈值电压 (threshold voltage，主题9.1有较详细论述) 为 ±5 V 和 0 V
(v) 起始为 0 V
如图 (94) 所示，起始至正弦波为 -5V 之前，方波都处于 0V。正弦波幅达 -5V时 (即到阈值电压)，比较器IC被启动，立刻产生饱和输出 +5V方波 (主题9.1)。正弦波返回 0V时，方波也下跌至0V。正弦波升至 +5V (阈值电压)，再次启动比较器IC，方波也实时升为 +5V。正弦波再返回 0V，完成一周期而同时方波也返回 0V。第二周期重复一次，第三周期再次重复，如此类推，产生方波脉冲讯号。
(图 93) 模拟 / 数字讯号转换
参考 (图 93) 之转换方法，试把 (图 94) 之数字讯号转换为相关之模拟讯号。试用下图框架绘制相关之模拟讯号 (图 95)，你可以采用任何波幅幅度 (提示：考虑每周期次)。
(图 94) 数字讯号之低电压和高电压
(图 95) 完成相应之模拟讯号
(图 96) 答案
(iii) 模拟讯号转为数字讯号 (analogue to digital converter, ADC)，数字讯号转为模拟讯号 (digital to analogue converter, DAC)
现实之模拟/数字讯号互换往往不是简单的正弦波/方波互换。现实模拟讯号之波幅和波长不会固定不变，而相关数字讯号之电压也不会一样。
(图 97) 现实模拟/数字讯号转换 (ADC)
(iv) 数字讯号储存
自然界模拟讯号储存只有一个途径，就是人类透过极之神奇而非常复杂的神经传递机制和脑功能回忆事情、感情、思维、人物、对象等。非自然界，即人工的，模拟讯号储存是利用电磁学原理。本节主题提及的唱片、录音带和录像带皆用这方面技巧，但已被淘汰。
模拟讯号之波幅和传播时间是孖生兄弟，不离不弃。与模拟讯号不同，数字讯号之波幅 (固定于0V或5V)，波长 (决定于处理方法) 和传播时间不一定有相关。数字计算器 (计算机) 只接受和输出数字讯号。人们日常活动如声音和书写都发出模拟讯号，不可以直接输入计算机。一定要通过传感器 (sensor) 和电子取样（sampling）程序，涉及的硬件叫模拟/数字对换器（A/D converter)，才可转化为数字讯号，作适当的储存或运算。
(v) 数字讯号储存方式
(a) 挥发性内存 (volatile memory)
最简单的电子记忆单位是一个双稳态多谐振荡器 (bistable multivibrator)，或正反器 (Flip-Flop)。实际运作单位叫锁存器 (latch)。这种电路的两种状态都是稳态。如果没有特定讯号触发的话，它会一直处于其中一种状态 (0 或 1) (图98)。若是有特定讯号触发，此电路可以由一种状态转变到另一种状态 (图99)。如果关掉电源，所有记忆都会消失。这类内存叫挥发性内存，计算机内部之RAM卡便是这类内存 (图100)。
(图 98) 双稳态 ”正反” 储存器
Position of SPDT switch | Output | |
A | 1 | 0 |
B | 0 | 1 |
(图 99) (0 1) 若触发，(0 1) 态互变。重置回零若电源消失。
(图 100) 计算机之RAM卡
(b) 非挥发性内存 (non-volatile memory)
顾名思义，非挥发性内存指关闭电源后储存了的数据没有消失。这类最早期储存器 (上世纪70年代, 图101) 是机械式把数据在咭上打孔(punched card)。跟着发明用电磁原理把数字数据写/读在一极速转动特制圆碟上，市场叫硬盘 (hard disk drive, HDD) (图102, 103)。若用激光刻制即成只读光盘 (CD ROM, read-only-memory) (图104)。两者都是机械式 (转动) 运作。
(图 101) 70年代计算机程式 FORTRAN之 打孔卡
(图 102) 已被淘汰之 1.44 MB 3.5″ 软盘
(图 103) 250GB 3.5” HDD
(图 104) CD ROM
现时主流内存为非机械式。市场销量内存主要是闪存 (Flash memory)。 闪存机理和工艺生产多种高速、高储存量市场商品，如MultiMedia Card, MMC, Memory Stick, MS, Secure Digital, SD, SIM Card 等等。闪存将数据储存在由浮闸晶体管组成的记忆单元数组内，每个单元只储存1位的讯息。闪存采用如下工艺：(i) 与非门快闪技术 (NAND gate flash) technology或 (ii) 非易失快闪技术 (NOR flash) technology.
市面销售NAND基元闪存具有耗电量少、快速读写和高储存量，可以应付消费者需求之智能手机、数码相机和其它可携电子产品。流行商品有USB (图105) (Universal Serial Bus) 「手指」 和SD (Secure Digital)卡。随着飞跃发展，SD卡不断推出新产品，如SDHC, SDXC, micro/mini SD cards (图106)，数据传输速率高至133MHz和储存量可由2GB到2TB。计算机启动驱硬盘 (boot HDD) 现时多采用非机械式NAND flash SSD (Solid State Disk) (图107)。
(图 105) USB 3 “手指”
(图 106) 64 GB MicroSDXC
(图 107) HDD vs SSD
极高读取和取址速度NOR基元闪存多用于主板 (motherboard) 之BIOS (Basic Input/Output System) ROM芯片，用作计算机开机后启动系统。
总结
模拟讯号 | 数字讯号 |
大自然或人工产生 | 人工产生 |
讯号波幅和时间要一起处理 | 离散性质，讯号波幅和时间可分开处理 |
讯号波幅电压大小可变 | 产生之讯号波幅电压固定在一高压 (+5 V) 或一低压 (0 V) |
机械式(转动)电磁方法储存模拟数据 | 机械式或非机械式 (较普遍) 储存数字数据 |
模拟讯号技术不会有大发展，早期开发的 linear Op-Amp IC现在还占 有一重要位置。模拟讯号技术不可能被淘汰 | 数字讯号技术正进行飞跃发展。电子逻辑闸 (logic gate) 随着由早期只处理 8 Bit字节发展 至现今可处理 64 Bit字节硬件。字节和 比特数目取决于运作之各式各样软件和硬件。 数字数据储存器不断微型化，而储存量 (storage byte) 则作指数式激增。 |
(vi) 为什么要把模拟讯号转化为数字讯号？
所有模拟讯号源或多或少都有噪音讯号 (噪声，即环境讯号) 或称干扰（noise）。模拟讯号之噪音和讯号本身如影随形，例如伴随声音之(沙沙风声)。当讯号被放大时，沙沙风声噪音也跟着一起放大，形成所谓讯号失真（distortion）。要消除这些干扰，一个方法是透过 (ADC，Analogue to Digital Converter) 组件把模拟讯号转为数字讯号。带有噪声之数字讯号再经DSP (Digital Signal Processing) 组件筛选，变为无失真之数字讯号。之后再由DAC (Digital to Analogue Converter) 组件重建为模拟讯号。音波 (声音) 如此处理后便不会有失真，音质近乎完美，也得了一个Hi-Fi (High fidelity) 称号。
(图 108) 减少像素之玛丽莲梦露䅂仔相照
模拟讯号与数字讯号关系的贴切比喻是把一张数码相片像素不停地降低。你会看到一张面孔（似是模拟讯号成像）变成了一群格仔（数字讯号，像素，pixel）(图108)。简单地说，重整离散数字讯号可产生模拟讯号，反之亦然，模拟讯号可经电子取样变为二进制字节，令外界环境讯号得以进入计算机内部结构。这步骤组件叫接口 (interface)。
神秘的人脑记忆机理
为什么和如何我们会回忆？一个简单但非常困难给予完满答案的问题。我们用脑去回忆。又带起另一问题：我们的脑袋是如何运作呢？这问题又是一个更大的问题，尽管目前我们可以闸述脑部区域功能，但说到弄个清楚脑袋如何一步一步运作还是个大谜团。依网上数据，一个粗略概念可如以下两个一起检视层次考虑：
(a) 基于功能层次： 这层次类别有感觉记忆 (sensory memory)、短期记忆 (short-term memory) 和长期记忆 (long-term memory)，涉及储存和提取程序。脑区域功能有如内置软件，回忆就是执行指令的结果。虽然有点贴切，但人脑功能其实嵌入时间维度，记忆和时间一体化，脑记忆不像计算机分体软件，不用时收藏起来，用时才输入。我们不会说记忆版本1或2，记忆要经历生长、发展、持续、衰退和消失灭亡过程。
(b) 基于细胞激活层次： 这领域主要扮演者是神经元 (neuron) 。 一个非常粗略的比喻是把脑电波和脑神经系统看成一如电子逻辑闸耦合数字脉冲讯号之计算机硬件系统。不过，计算机硬件系统如何微型化也不可以连接和匹配人体神经系统。
近年生物运算科技领域有很大发展。据网上数据，传统电子运算科技与发展中之生物运算科技主要分别在于前者建构于硅元素 (silicon-based) 基质硬件而后者之预见 「硬件」 则为有机物料或碳分子 (carbon molecule-based) 基质。若神经脉冲可耦合以分子逻辑闸 (分子开关) 为操作数，发展成为可应用之生物运算机，这样的全分子架构可望匹配人体器官，带来医疗科技空前大突破。
脑神经元架构和运作机理之复杂程度远超超级计算机硬件架构。对比起电子逻辑闸 (运算单元) 由线性或平行总线数字脉冲讯号激活，即二维网络，人脑神经元网络为三维排列，神经元间不单由脑电波激活，还要依靠化学药物如血清素 (serotonin) 等传递。加之时间维度之参与，人脑继承这特殊四维度架构如何运作至今还是个谜，绝不可能以程序运算范畴思考。恐怕脑袋是造物主给予人类一份最神秘之礼物，起源只不过是由一精子和一卵子之相遇。