這兩名詞代表了兩門專業深奧知識。這裡只能簡單地介紹一下。
(a) 模擬 (類比) 訊號 (Analog signals)
(i) 模擬訊號特性
訊號是可定量之訊息，可以是聲響、温度、速度、壓力、電壓等。模擬訊號指可随時間變動之訊號，是連續的。以上例子皆是模擬訊號。電子學範疇模擬訊號是指隨時間連續變化之電壓。大自然環境之模擬訊號如雷聲或風聲不可以直接輸入電子裝置，必需把訊號源通過探測器 (probe) 人工地變為模擬電壓。例如變化之聲音透過拾音器 (麥克風，microphone) 才可轉變為電壓變動 (電位差) (圖78) 。
(圖78) 聲波波幅與時間一起變動，一種典型模擬訊號
(圖 79) 動圈式拾音器
拾音器 (麥克風，microphone) 雖然發明很早，但在這數字化現代還是一種非常重要的探測器。拾音器有多款。其中一款，動圈式拾音器，結構如 (圖 79) 所示。聲音波 (縱向波) 令圓膜 (diaphragm) 前後移動，線圈也跟着一起波動。線圈內部有一固定強力磁鐵。據電學原理，如此來回振動引起感應電壓，令線圈輸出微弱振幅電壓 (模擬電壓)。
另一款較多見的電子裝置，揚聲器 (喇叭，loudspeaker)。其原理和拾音器剛好相反 (圖80) ，振動圓膜面積大幅度提升，輸出放大音響。
1. Magnet 2. Voice coil 3. Suspension material 4. Diaphragm
(圖 80) 揚聲器之結構
顯示 (1) 物件連續振動產生模擬訊號
需要物料：有揚聲器之收音機，數字萬用錶，示波器
(圖 81) 喇叭紙膜振動發聲
(圖 82) 收音機輸出模擬電壓
(圖 83) 示波器顯示模擬電
人類耳朵可辨別20週 至20,000週聲波
音波和測量幅度
(ii) 模擬訊號儲存
雖然模擬訊號儲存這門技術已被淘汰，但也要回顧一下其發展史。
(a) 攝影技術 (影像儲存)
人們眼睛接收從物件反射之光線看見物件。眼球之感光視網膜 (retina) 接收經晶狀體 (lens) 對焦後之物件反射波 (倒轉影像) 再由神經元 (neuron) 指引腦部成全息三維有視差直立影像。模擬攝影技術基本原理也是如此。相機和菲林 (圖 84, 85) 好比晶狀體和視網膜，不過由感光冲晒後之負片 (negative) 需要再冲晒才變為相片 (圖 86，正片，positive) 。攝影技術刪掉了視覺神經和腦部之神奇機理，產生之相片只紀錄了波長和波幅，沒有相位差，是一張二維但沒有視差之畫面。
(圖 84) 菲林相機
(圖 85) 膠卷(菲林)有感光化學物料
(圖 86) 供欣賞和收藏用之相片
(b) 錄音和錄像技術
模擬訊號是由波幅和時間兩位一體組成的，波幅變動和時間如影隨形。可以單獨儲存波幅，如相片儲存光波，或波幅和時間一起儲存，即錄音和錄像。時間由物體移動或轉動人工地產生。轉動次數需要之時間提供模擬訊號時基。這是為什麼昔日之錄音機和錄像機都有轉動之碟或帶，如唱片 (圖87，record)、卡式帶 (圖88，cassette tape) 和VHS錄像帶 (圖89)。全機械型製式有唱片。當圓形唱片轉動時，表面之凹槽令唱針振動，電磁互動使唱頭輸出微弱模擬電壓，再經擴音機和揚聲器播出聲音。有別於這類全機械式錄播，半機械式錄播聲音和影像則採用轉動磁帶之磁滯現象 (hysteresis) 經電子電路錄音、錄像或播放還原儲存之聲音或影像。
(圖 87) 唱片和唱盤
(圖 88) 卡式錄音磁帶
(圖 89) VHS錄像磁帶
(b) 數字 (數位，數碼) 訊號 (Digital signals)
(i) 數字訊號特性
數字訊號之發明和發展是電子處理訊號一大飛躍。這次 (數字革命) 可媲美以前的 (工業革命)。一般人以為電腦發明和應用是這次飛躍之大功臣，不過更早期追溯便發現二百多年前發現電力之富蘭克林才是首位功臣。電力不僅孕育數字革命，更重要的是主導後鐵器時代，即現代，之來臨（思考歷史、化工科技和時代之發展）。
有別於模擬訊號，數字訊號和時間可以有 / 或沒有關係。數字訊號是一大堆經處理後之二進制 (binary) (0, 1) bits (位元，比特) 以不同組合 byte (位元組，字節) 運作。1 bit (比特) 是 0 (0V) 或 1 (5V)，可以看成是一個開關。二進2 bit 是 (0 0), (0 1), (1 0) 或 (1 1), 兩者於數字電子處理都沒有任何用途。雖然沒有實用 二進3 bit，但近期有人把二進3 bit和易經卦象聯繫起來，可參考維基百科網頁。二進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種變化，即16種可能性。1 byte 位元組內有8 bit。早期電腦16 bit CPU (Central Processing Unit) 處理器可處理2位元組，合成1字組 (word)。1990 微軟推出Windows 3 系列16 bit CPU (80386) 個人電腦一道風行全球。現今主流個人電腦用64 bit CPU，處理4字組，每字組2 byte 16二進制比特。例如英特爾 (Intel) 之Pentium (奔騰) 和超微半導體 (Advanced Micro Devices, Inc. AMD) 之Athlon (速龍)。
基本上一大堆以x為 0 或1 比特之離散位元組 (x x x x) 二進數字訊號是沒有意義的，除非用有效方法去處理。這就是硬件和軟件要達到的目的。位元組分配為人類可認知之數字、字母或符號才起作用。1975 Motorola 推出第一代 8 bit 處理器6800，軟件程式以鍵盤 (keyboard) 輸入，並建立以拉丁語為本之ASCII coding (主題 9.2)。因8 bit 位元組有28，即256次方式演繹，可以分配英語26個字母、一般和數學常用符號和十進數字。例如 (0 1 1 0 0 0 0 0) 代表英語字母 a，(0 1 0 0 0 0 0 0) 代表符號 @，(0 0 1 1 0 0 0 1) 代表十進數字1 等。編寫之程式經鍵盤輸入至電腦主體，編排好之位元組再配合一精準時基 (time clock) 產生之0V, 5V 或 (0 1) 方波鏈，分配至主板機 CPU和其週邊設施，通過複雜數據總線 (data bus) 和位址匯流排 (address bus) 等互通，進行程式各種指令
總而言之，不像模擬訊號之波幅和波長與時間一起變動，數字訊號之高壓, 5V (即1) 和低壓, 0V (即0) 可以是離散的 (discrete)，存儲起來，和時間沒有關係。也可以是依附人工產生之時基 (clock) 訊號鏈串，處理成可編寫為與時間有直接關係電腦程式之位元組 (byte)。再者，模擬訊號之幅會上下波動，大小不一。但數字訊號大小只有兩種可能性，即高壓5V和低壓0V。處理數字訊號需要硬件和軟件。硬件就是所有處理經程式編寫後低電壓和高電壓訊號鏈串之複雜電子電路，即電腦。軟件 (電腦程式)，就是複雜程序，透過位元組編排，指令硬件操作。真實情況當然複雜得很多很多，如何處理數字訊號是一門高門檻專業知識。
數字訊號和模擬訊號可以互相轉換。
(Fig. 90) 用6800微型處理器之Tektronix 4051運算系統
(ii) 數字方波和模擬正弦波互相轉換
顯示 (2) 正弦脈衝訊號轉為方形脈衝訊號
需要物料：220V AC轉12V AC變壓器，運算集成電路 (例如 LM 358) ， 接駁成比較器，麵包板，示波器
(圖 91) 低壓變壓器
(圖 92) 30 mV50Hz正弦波
(圖 93) 1.04V 50Hz方波
市電提供220V AC電源，一般非高壓電子裝置不可以直接使用。第一步是用變壓器把220V AC電壓轉為低壓，如12V AC。IC之比較器電路可在麵包板上完成 (主題7和8.3對麵包板和比較器IC應用有較詳細論述)。電阻分壓器 (variable resistor voltage divider) 從低壓輸出產生30 mV正弦波，輸入比較器 (+) 和 (-) 兩端。測得輸出1.04 V方波脈衝訊號 (圖92，93)。
習作 (1) 圖解正弦波和方形波互相轉換
假設：
(i) 正弦波幅為 +5V/ -5V，方形波幅為 0V / 5V
(ii) 比較器IC輸入正弦波，輸出方波
(iii) 輸入 0V，輸出 0V
(iv) 閾值電壓 (threshold voltage，主題9.1有較詳細論述) 為 ±5V和0V
(v) 起始為 0V
如圖 (94) 所示，起始至正弦波為 -5V 之前，方波都處於 0V。正弦波幅達 -5V時 (即到閾值電壓)，比較器IC被啟動，立刻產生飽和輸出 +5V方波 (主題9.1)。正弦波返回 0V時，方波也下跌至0V。正弦波升至 +5V (閾值電壓)，再次啟動比較器IC，方波也即時升為 +5V。正弦波再返回 0V，完成一週期而同時方波也返回 0V。第二週期重複一次，第三週期再次重複，如此類推，產生方波脈衝訊號。
(圖 94) 模擬 / 數字訊號轉換
參考 (圖 93) 之轉換方法，試把 (圖 94) 之數字訊號轉换為相關之模擬訊號。試用下圖框架繪製相關之模擬訊號 (圖 95)，你可以採用任何波幅幅度 (提示：考慮每週期次)。
(Fig. 94) 數字訊號之低電壓和高電壓
(圖 95) 完成相應之模擬訊號
(圖 96) 答案
(iii) 模擬訊號轉為數字訊號 (analogue to digital converter, ADC)，數字訊號轉為模擬訊號 (digital to analogue converter, DAC)
現實之模擬/數字訊號互換往往不是簡單的正弦波/方波互換。現實模擬訊號之波幅和波長不會固定不變，而相關數字訊號之電壓也不會一樣。
(圖 97) 現實模擬/數字訊號轉換 (ADC)
(iv) 數字訊號儲存
自然界模擬訊號儲存只有一個途徑，就是人類透過極之神奇而非常複雜的神經傳遞機制和腦功能回憶事情、感情、思維、人物、物件等。非自然界，即人工的，模擬訊號儲存是利用電磁學原理。本節主題提及的唱片、錄音帶和錄像帶皆用這方面技巧，但已被淘汰。
模擬訊號之波幅和傳播時間是孖生兄弟，不離不棄。與模擬訊號不同，數字訊號之波幅 (固定於0V或5V)，波長 (決定於處理方法) 和傳播時間不一定有相關。數字計算機 (電腦) 只接受和輸出數字訊號。人們日常活動如聲音和書寫都發出模擬訊號，不可以直接輸入電腦。一定要通過傳感器 (sensor) 和電子取樣（sampling）程序，涉及的硬件叫模擬/數字對換器（A/D converter)，才可轉化為數字訊號，作適當的儲存或運算。
(v) 數字訊號儲存方式
(a) 揮發性記憶體 (volatile memory)
最簡單的電子記憶單位是一個雙穩態多諧振盪器 (bistable multivibrator)，或正反器 (Flip-Flop)。實際運作單位叫鎖存器 (latch)。這種電路的兩種狀態都是穩態。如果沒有特定訊號觸發的話，它會一直處於其中一種狀態 (0 或 1) (圖98)。若是有特定訊號觸發，此電路可以由一種狀態轉變到另一種狀態 (圖99)。如果關掉電源，所有記憶都會消失。這類記憶體叫揮發性記憶體，電腦內部之RAM卡便是這類記憶體 (圖100)。
(圖98) 雙穩態 ”正反” 儲存器
Position of SPDT switch | Output | |
A | 1 | 0 |
B | 0 | 1 |
(圖99) (0 1) 若觸發，(0 1) 態互變。重置回零若電源消失。
(圖100) 電腦之RAM卡
(b) 非揮發性記憶體 (non-volatile memory)
顧名思義，非揮發性記憶體指關閉電源後儲存了的數據沒有消失。這類最早期儲存器 (上世紀70年代, 圖101) 是機械式把資料在咭上打孔(punched card)。跟着發明用電磁原理把數字數據寫/讀在一極速轉動特製圓碟上，市場叫硬碟 (hard disk drive, HDD) (圖102, 103)。若用激光刻製即成唯讀光碟 (CD ROM, read-only-memory) (圖104)。兩者都是機械式 (轉動) 運作。
(圖101) 70年代電腦程式FORTRAN之打孔卡
(圖102) 已被淘汰之 1.44 MB 3.5”軟碟
(圖103) 250GB 3.5” HDD
(圖104) CD ROM
現時主流記憶體為非機械式。市場銷量記憶體主要是快閃記憶體 (Flash memory)。 快閃記憶體機理和工藝生產多種高速、高儲存量市場商品，如MultiMedia Card, MMC, Memory Stick, MS, Secure Digital, SD, SIM Card 等等。快閃記憶體將資料儲存在由浮閘電晶體組成的記憶單元陣列內，每個單元只儲存1位元的資訊。快閃記憶體採用如下工藝：(i) 反及閘快閃技術 (NAND gate flash) technology或 (ii) 非易失快閃技術 (NOR flash) technology.
市面銷售NAND基元快閃記憶體具有耗電量少、快速讀寫和高儲存量，可以應付消費者需求之智能手機、數碼相機和其它可攜電子產品。流行商品有USB (圖105) (Universal Serial Bus) 「手指」 和SD (Secure Digital)卡。隨著飛躍發展，SD卡不斷推出新產品，如SDHC, SDXC, micro/mini SD cards (圖106)，數據傳輸速率高至133MHz和儲存量可由2GB到2TB。電腦啟動驅硬盤 (boot HDD) 現時多採用非機械式NAND flash SSD (Solid State Disk) (圖107)。
(圖105) USB 3 “手指”
(圖106) 64 GB MicroSDXC
(圖107) HDD vs SSD
極高讀取和取址速度NOR基元快閃記憶體多用於主機板 (motherboard) 之BIOS (Basic Input/Output System) ROM芯片，用作電腦開機後啟動系統。
總結
模擬訊號 | 數字訊號 |
大自然或人工產生 | 人工產生 |
訊號波幅和時間要一起處理 | 離散性質，訊號波幅和時間可分開處理 |
訊號波幅電壓大小可變 | 產生之訊號波幅電壓固定在一高壓 (+5 V) 或一低壓 (0 V) |
機械式(轉動)電磁方法儲存模擬數據 | 機械式或非機械式 (較普遍) 儲存數字數據 |
模擬訊號技術不會有大發展，早期開發的 linear Op-Amp IC現在還佔有一重要位置。模擬訊號技術不可能被淘汰 | 數字訊號技術正進行飛躍發展。電子邏輯閘 (logic gate) 隨著由早期只處理 8 Bit位元組發展至現今可處理 64 Bit位元組硬件。位元組和比特數目取決於運作之各式各樣軟件和硬件。數字數據儲存器不斷微型化，而儲存量(storage byte) 则作指數式激增。 |
(vi) 為什麼要把模擬訊號轉化為數字訊號？
所有模擬訊號源或多或少都有噪音訊號 (雜訊，即環境訊號) 或稱干擾（noise）。模擬訊號之噪音和訊號本身如影隨形，例如伴隨聲音之(沙沙風聲)。當訊號被放大時，沙沙風聲噪音也跟着一起放大，形成所謂訊號失真（distortion）。要消除這些干擾，一個方法是透過 (ADC，Analogue to Digital Converter) 組件把模擬訊號轉為數字訊號。帶有雜訊之數字訊號再經DSP (Digital Signal Processing) 組件篩選，變為無失真之數字訊號。之後再由DAC (Digital to Analogue Converter) 組件重建為模擬訊號。音波 (聲音) 如此處理後便不會有失真，音質近乎完美，也得了一個Hi-Fi (High fidelity) 稱號。
(圖108) 減少像素之瑪麗蓮夢露䅂仔相照
模擬訊號與數字訊號關係的貼切比喻是把一張數碼相片像素不停地降低。你會看到一張面孔（似是模擬訊號成像）變成了一群格仔（數字訊號，像素，pixel）(圖108)。簡單地說，重整離散數字訊號可產生模擬訊號，反之亦然，模擬訊號可經電子取樣變為二進制位元組，令外界環境訊號得以進入電腦內部結構。這步驟組件叫介面 (interface)。
(vii) 神祕的人腦記憶機理
為什麼和如何我們會回憶？一個簡單但非常困難給予完滿答案的問題。我們用腦去回憶。又帶起另一問題：我們的腦袋是如何運作呢？這問題又是一個更大的問題，儘管目前我們可以閘述腦部區域功能，但說到弄個清楚腦袋如何一步一步運作還是個大謎團。依網上資料，一個粗略概念可如以下兩個一起檢視層次考慮：
(a) 基於功能層次： 這層次類別有感覺記憶 (sensory memory)、短期記憶 (short-term memory) 和長期記憶 (long-term memory)，涉及儲存和提取程序。腦區域功能有如內置軟件，回憶就是執行指令的結果。雖然有點貼切，但人腦功能其實嵌入時間維度，記憶和時間一體化，腦記憶不像電腦分體軟件，不用時收藏起來，用時才輸入。我們不會說記憶版本1或2，記憶要經歷生長、發展、持續、衰退和消失滅亡過程。
(b) 基於細胞激活層次： 這領域主要扮演者是神經元 (neuron) 。 一個非常粗略的比喻是把腦電波和腦神經系統看成一如電子邏輯閘耦合數字脈衝訊號之電腦硬件系統。不過，電腦硬件系統如何微型化也不可以連接和匹配人體神經系統。
近年生物運算科技領域有很大發展。據網上資料，傳統電子運算科技與發展中之生物運算科技主要分別在於前者建構於硅 元素 (silicon-based) 基質硬件而後者之預見 「硬件」 則為有機物料或碳分子 (carbon molecule-based) 基質。若神經脈衝可耦合以分子邏輯閘 (分子開關) 為運算元，發展成為可應用之生物運算機，這樣的全分子架構可望匹配人體器官，帶來醫療科技空前大突破。腦神經元架構和運作機理之複雜程度遠超超級電腦硬件架構。對比起電子邏輯閘 (運算單元) 由線性或平行總線數字脈衝訊號激活，即二維網絡，人腦神經元網絡為三維排列，神經元間不單由腦電波激活，還要依靠化學藥物如血清素 (serotonin) 等傳遞。加之時間維度之參與，人腦繼承這特殊四維度架構如何運作至今還是個謎，絕不可能以程式運算範疇思考。恐怕腦袋是造物主給予人類一份最神祕之禮物，起源只不過是由一精子和一卵子之相遇。