基于忆阻存储阵列的读写及逻辑运算研究

发布时间：2017-08-10 02:24

  本文关键词：基于忆阻存储阵列的读写及逻辑运算研究

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【摘要】：作为第四种基本无源电路元件，忆阻不仅可以用于信息的存储，还能实现以忆阻状态为逻辑变量的逻辑操作，从而将数据的存储和逻辑操作紧密地结合。本文以此为思路，主要研究了基于忆阻存储阵列的读写及逻辑操作。 首先对忆阻的两种主要模型—惠普TiO2模型和阈值模型的性质进行比较，并给出了它们的Simscape模型，可用于Matlab中物理系统的仿真。通过对忆阻蕴含、或非等状态逻辑的研究，，给出了相应的或、与非的基本实现电路，并计算了相应的参数，对非线性可分的同或和异或，本文分别用5个忆阻实现。其次探讨了忆阻交叉阵列的读写实现方法，理论计算和实验仿真证实该方案的可行性。通过研究证实随着阵列规模的增大，复制和蕴含等操作受漏电流影响会越来越大，为了克服漏电流，本文采用1个晶体管和一个忆阻串联作为一个存储单元的1T1M结构存储器实现行和列的复制、蕴含等操作。最后利用输入电平和忆阻存储状态的同或逻辑设计了由3个晶体管，2个忆阻和1个电阻构成混合结构的3T2M1R相联存储器(CAM)，分析了其读和写的过程，相比传统9个晶体管或10个晶体管构成的相联存储器，3T2M1R具有集成度高、功耗低等优点，可应用于大规模的CAM阵列。 由于忆阻具有纳米级尺寸，非易失性，转换速度快（小于10ns）和与CMOS技术兼容等特性，不仅可以续写摩尔定律，而且能够将数据的存储和逻辑运算相结合，为克服“存储墙”问题提供新的思路。
【关键词】：忆阻 逻辑运算 读写方法 阵列 相联存储器
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.2 忆阻在存储和逻辑运算方面的应用10-13
• 1.3 本文的研究内容13
• 1.4 本文的内容安排13-15
• 2 忆阻的基本性质与逻辑运算15-31
• 2.1 忆阻的基本性质15-16
• 2.2 忆阻的惠普模型和阈值模型16-19
• 2.3 忆阻的 Simulink/Simscape 模型19-24
• 2.4 忆阻的逻辑运算24-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3 忆阻交叉阵列的读写及逻辑操作31-44
• 3.1 交叉阵列漏电流对读写及逻辑运算的影响31-35
• 3.2 交叉阵列读写操作与功耗分析35-39
• 3.3 基于忆阻交叉阵列的复制与逻辑运算39-41
• 3.4 仿真实验41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 4 忆阻-MOS 的存储与运算结构44-59
• 4.1 1T1M 存储结构的读写44-45
• 4.2 基于 1T1M 的复制与逻辑运算45-48
• 4.3 3T2M1R 结构的相联存储器48-53
• 4.4 仿真实验53-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5 全文总结与展望59-61
• 5.1 全文总结59
• 5.2 研究展望59-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66

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本文编号：648422