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忆阻器是一种具有记忆型的非线性电阻元件,其数学模型使用磁通量和电荷量变化率的比值来表示。忆阻器的阻值会根据流过自身电荷量的变化而变化,没有电流流过时,阻值会保持之前的状态不改变,因此具备记忆特性。如果在忆阻器两端施加不同的控制电压,其阻值会在高阻状态和低阻状态之间转换,这种高低阻态可以用来模拟传统CMOS晶体管的开关状态,构建忆阻器逻辑电路,替代晶体管实现状态逻辑计算。本文在HP实验室提出的忆阻器状态逻辑理论的基础上,使用一种阈值型双极性忆阻器SPICE模型,构建忆阻器串并联电路,分析忆阻器串并联特性。再利用忆阻器串并联电路设计阈值型忆阻器逻辑门电路,探索使用忆阻器实现逻辑门电路的方法,最后搭建硬件电路构成二值忆阻器,验证所设计的逻辑门电路的逻辑功能。本文的研究内容主要有以下几个方面:(1)HP实验室提出的状态逻辑电路,基于蕴含操作的状态逻辑可以实现任意的布尔逻辑运算。研究了基于蕴含操作的逻辑门电路实现方法,分析了蕴含操作逻辑电路设计方法对阈值型忆阻器构建的逻辑门电路影响,对蕴含操作逻辑电路的设计方法进行了介绍和评价。(2)研究了阈值型忆阻器mem R_TH特性,构建忆阻器串并联电路,分析在不同极性的忆阻器串并联电路情况下,等效忆阻器是否满足紧致滞回特性,仿真结果证明多个忆阻器无论串联还是并联,即使极性不同,其等效忆阻器电路仍然满足紧致滞回特性。(3)利用忆阻器的高低阻态特性可以实现逻辑门电路,未来可以取代传统的CMOS晶体管电路用于逻辑计算。为了研究忆阻器逻辑门电路特性和实现方法,使用阈值型双极性忆阻器构建与门、或门、非门等三种基本的逻辑门电路,以及与非门和或非门两种组合逻辑门电路,探索能实现这五种布尔逻辑功能的电压范围,使用SPICE仿真实验验证了电路的逻辑功能。并与基于蕴含操作的逻辑门电路设计方法进行对比和评价,说明基于阈值型忆阻器设计逻辑电路的必要性。(4)为进一步验证阈值型忆阻器实现的逻辑电路正确性,设计一种有记忆特性的忆阻器硬件仿真电路,使用该电路构建二值忆阻器,实现非门逻辑电路,验证非门逻辑电路的实验结果是否与仿真结果相一致。实验证明使用硬件电路搭建的非门逻辑电路实验结果与仿真结果一致,证明所设计非门电路逻辑功能正确。