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数字化并不是新概念，几十年前很多领域已经实现了“数字化”，如数码相机、数字电视。狭义的数字化，是数字格式的采集、通信、存储。20世纪90年代，数字化技术发展迅猛，现在已经趋于成熟。
“数字化”的本意是一种信息的编码方式，是将模拟信号转化为数字信号。狭义的数字化是信息媒介的变化，实践中一般是二进制编码。数字化是从原始的自然媒介（信息是连续变化的模拟信号），转变为电子的数字媒介（信息是离散的数量编码），通过在时间和频率上对有限信道的复用，扩大通信能力。
数字编码扩大了信息的传播，总的信息量持续增长，其中模拟信息的占比越来越少。信息的格式逐渐转变，越来越多的模拟信息被数字化的信息取代，如图1-1所示
。
图1-1 信息存储方式的变化
信息格式的数字化，势必引发连锁反应。信息在处理和使用上产生的深刻影响，促成一波又一波的数字化浪潮。过去发生了三次大的数字化浪潮。
● 1990—2000年：数字音乐、数码相机、流媒体视频、会计电算化。
● 2000—2010年：电子媒体、数字电视、网上购物、办公自动化。
● 2010—2020年：量化金融、数字货币、智能交通、智慧零售、电动车、在线教育。
这30年，数字技术对各行各业产生了深远的影响。1997年尼古拉·尼葛洛庞帝的《数字化生存》被誉为互联网启蒙之作，书中对未来的描绘，使其看上去像一本科幻小说。2000年之后，互联网开始真正蓬勃发展，再读这本书，发现更像在记录过去。
这些以信息格式的改变为特征的数字化，是以新技术导入为主，可以视为狭义的数字化。2020年之后，数字化与实体经济更深度地融合，就不仅仅是信息格式的改变，而是虚拟空间的数据流改造实际业务活动，是以实际业务创新为主，可以视为广义的数字化。
数字化是20世纪50年代后新技术的基本范式。通信技术、计算机技术、控制技术（Communication，Computer，Control，3C）作为信息时代的通用性基础技术，率先实现了数字化，分别发展为数字通信技术、数字计算机技术、数字控制技术。
过去30年，以信息与通信技术（Information and Communications Technology，ICT）为代表的数字化技术发生了翻天覆地的变化，通信的成本迅速下降，性能大幅提升。
早期电视采用模拟信号，每个频道发送不同的内容，而数字电视信号能分时复用信道，不再有雪花、重影，画质更高，音效更佳。而且，从单向传播到双向通信，用户参与内容互动，也变革了影视创作方式，产生了互动电视、互动式电影。最终，有线电视网、电信网和计算机互联网融合，实现了“三网合一”。
20世纪80年代的电话机是固定有线电话，要用手摇号码盘拨号。20世纪90年代，“大哥大”摆脱了电线的束缚，用数码键盘拨号。模拟电话只能传送声音，容易受干扰。数字编码的通信信噪比高，抗干扰能力更强，而且同时传送控制信号和语音信号，能动态扩频、自动跳频。
摩托罗拉随后推出便携蜂窝电话，基于数字技术的GSM（全球移动通信系统）手机，迅速发展成为智能手机。
第一代（First Generation，1G）无线通信技术可以理解为去掉了电话线的模拟通信技术。1995年，我国十几个省市相继推出第二代（Second Generation，2G）无线通信技术，它采用GSM数字移动通信的方式，优点十分明显：通话质量好、噪声小、抗干扰能力强、保密性能好、容易开通多种新业务、便于与数据通信接轨等。之后，第三代（Third Generation，3G）无线通信技术登场，第四代（Fourth Generation，4G）无线通信技术、第五代（Fifth Generation，5G）无线通信技术紧随其后，性能不断突破极限。
计算机技术经历了从模拟计算机到数字计算机的转变。20世纪30年代，图灵设计了现代计算机的原型，它能模拟人类思维中相对机械的计算功能。最初的计算机是基于模拟电路进行计算的，第二次世界大战期间，模拟计算机被用于火炮系统。在一些传统工业领域，至今仍存在部分模拟计算机来执行控制和安全保护。
模拟计算机利用电子、机械、液压等物理现象的不断变化，来模拟所要解决的问题。模拟计算的过程容易受到噪声干扰。在20世纪50年代之后，模拟计算机逐渐被数字计算机取代。数字计算机将连续变量进行离散化，即使受到干扰也能精确可靠地重复计算。
直到电子计算机出现后，人们在“计算机”前面加上“电子”或“数字化”的前缀，特指有别于人类的“计算机”。其实，“计算机”最初的概念并不是指机器，英文原词“Computer”是指从事数据计算的人，他们往往需要借助某些机械计算设备或模拟计算机进行计算。早期计算设备有算盘、古希腊人用于计算行星的安提基特拉机械、使用转动齿轮的“计算钟”等。计算机的数字化产生了独立于人的计算机器，取代了人类思维中的机械部分的工作。
追根溯源，“数字化”源于20世纪40年代美国贝尔实验室提出的奈奎斯特-香农采样定理
，即可以用离散的数字信号不失真地逼近连续的模拟函数。这是数字信号处理领域的重要定理，建立了连续信号（通常称作“模拟信号”）与离散信号（通常称作“数字信号”）之间的桥梁。
由于数字信号具有较强的抗干扰能力，也便于计算处理，因此信息论的研究重点从连续的模拟信号转变为离散的数字信号，发展成为“现代信号处理理论”。在自动控制领域，数字控制可以更精确、可靠地重复控制的效果。控制论从基于连续模拟信号的频域分析，转向离散的数字信号控制，发展成为“现代控制理论”。
数字化的发展如此迅速，时代的变迁让我们每个人都有切身的经历和体验。通过我们熟悉的生活用品，也能窥见时代的变迁。
● 照相机：从胶片相机到数码相机（Digital Camera，DC）和数码摄像机（Digital Video，DV）。
● 数码音乐：20世纪80年代的磁带，20世纪90年代的随身听，2000年前后出现数码音乐。我们熟悉的MP3音乐，就是音乐的一种高压缩率编码技术。
● 数字存储：计算机早期是使用坚硬的磁性旋转盘片存储数据的，包括硬磁盘（Hard Disk Drive，HDD）、5英寸
软盘、3英寸软盘、移动硬盘。现在的硬盘数据存储在半导体芯片上，如Flash，数字化的硬盘被称为固态硬盘（Solid State Drive，SSD）。
20世纪90年代，数字化技术主要指信息载体的变化，如数字电路中的模数转化（Analog to Digital Conversion，ADC）就是将模拟信号转化为数字信号的电路。类似的应用还有：
● 数字化出版：指从印刷的实体书到不再印刷的电子书。
● 数字化教育：指从面对面的教育到线上教育。
● 数字化非遗保护：仅指建立原有系统的数字世界中的模型并呈现。
● 数字货币：既然货币只是一个符号，就可以用数字的符号代替实在的纸币。
● 数字签名：不只是将物理的签名转化为电子信息，更强调信息的防伪，使用非对称密钥加密，不可抵赖。
开关电源是数字化的电源。电子产品离不开电源，早年笔记本电脑的电源适配器是线性电源，又大又重，携带很不方便；20世纪80年代，日本东芝开发了开关电源，电能不再是连续变换，而是脉冲式变换，通过每秒几千次地快速开通、关断供电回路，能减少电源体积，提高充电速度，在实现灵活受控的同时体积和重量大大减小；2000年之后，基于高度集成的数字控制的电源小巧而时尚，DSP（数字信号处理器）逐渐取代了模拟电路和专用控制芯片。设计工作中，电路占比越来越少，软件和编程越来越多。
数控机床是机械加工的数字化。机床是金属零件加工的“母机”，它伴随着工业革命诞生与发展。1774年，威尔金森发明了炮筒镗床，制造了瓦特蒸汽机所需的汽缸，机床和蒸汽机协助发展，促成了轰轰烈烈的工业革命。1947年，受美国空军委托，Parsons公司与麻省理工学院使用计算机控制机床，实现了直升机螺旋桨的精密加工，后来演化为机床的计算机数控（Computer Numerical Control，CNC）系统。
在工程技术方面，传统的过程控制和保护继电器系统，使用模拟计算来执行控制和保护功能，在20世纪90年代也逐渐实现数字化，被称为“微机继电保护”。
在能源电力领域，智能电网的发展为其他工业领域提供了很好的案例。电力系统是目前最庞大、最复杂的人造系统之一，率先采用最新的技术。可以借鉴现代电力系统，研究数字化技术如何改造传统的业务。
自从19世纪末人类发明电力以来，电力系统都是基于发电机、输电线路的自然特性，被动地适应各种设备的电压、电流的特性。1988年，美国电力研究协会（Electric Power Research Institute，EPRI）提出柔性交流输电系统（Flexible Alternating Current Transmission System，FACTS），用可控的新型电力电子器件取代传统的机械式开关，可以根据发电和用电的平衡情况精确地控制电力输送的能力和流向。电网调度人员可以自由地改变电能的电流流向（电力系统的潮流控制）。
柔性交流输电系统是软件定义的硬件，其特性主要取决于软件中的控制策略。随着可控的电力器件和数字化技术的发展，最新的信息技术、物联网技术、通信技术、自动控制技术迅速在电力系统中得到应用。数字化技术让传统的电网升级为智能电网，这又反过来促进能源结构的变革。智能电网支撑了广泛的应用，可以更清洁、更经济地发电，更安全、更高效地传输，更便捷、更可靠地用电。