[发明专利]一种非易失性布尔逻辑运算电路及其操作方法

说明书

技术领域

本发明属于数字电路领域，更具体的，涉及一种非易失性16种基本布尔逻辑的运算电路及其操作方法。

背景技术

忆阻器(Memristor)被认为是电阻、电容、电感外的第四种基本电路元件，能够记忆流经的电荷量，其电阻值能够通过控制电流变化而随之改变。忆阻器的高阻态和低阻态可以用来存储“0”和“1”，用于信息存储，具有非易失性、低功耗、高速、高集成度等优点。此外，忆阻器还被提出可以实现状态逻辑运算，逻辑运算的结果直接存储在器件的电阻状态中。也就是说，利用忆阻器可以将计算与存储在同一器件或是电路中完成，实现信息存储和计算的融合，提高信息处理的效率，从功能的角度推动信息存储器的发展。这样一种信息存储和计算融合的架构被认为是突破传统计算机发展所面临的冯诺依曼瓶颈的有力途径。而如何基于忆阻器实现非易失性的布尔逻辑运算，是开发非易失性逻辑运算电路、芯片、系统，以及发展新型计算机架构的关键基础。

中国发明专利《一种基于忆阻器的逻辑门电路》(申请号：201210234665.X，申请日：2012年7月9日)所示的电路，采用了3个忆阻器、1个单向导通元件和1个电阻能够实现与逻辑和或逻辑，然而，该装置无法实现完备的16种布尔逻辑，且忆阻器储存的状态采用电流读出方式，不利于数字逻辑的级联。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种可以实现16种布尔逻辑运算的非易失性布尔逻辑运算电路。

本发明提供的非易失性布尔逻辑运算电路具有两个输入端和一个输出端，其包括第一阻变元件M1和第二阻变元件M2；第一阻变元件M1的负极511作为逻辑运算电路的第一输入端，第二阻变元件M2的负极521作为逻辑运算电路的第二输入端，第二阻变元件M2的正极522与第一阻变元件M1的正极512连接后作为逻辑运算电路的输出端。逻辑运算电路的两个输入端用于接收输入信号；逻辑电路的输出端用于输出信号；阻变元件的正极和负极是指当从正极施加足够大的正向偏置时，能使阻变元件从高阻态变为低阻态；当从负极施加足够大的正向偏置时，能使阻变元件从低阻态变为高阻态。

第一阻变元件M₁的阻态随正极和负极之间的电压的变化而变化。

第二阻变元件M₂的阻态随正极和负极之间的电压的变化而变化。

结合本发明第一方面，在本发明第一方面的第一种可能的实现方式中，所述阻变元件为忆阻器，所述忆阻器的正极为所述阻变元件的第一端，所述忆阻器的负极为所述阻变元件的第二端。

所述的正极是指从正极施加大于阈值电压的偏置，会使阻变元件从高阻状态转变为低阻状态；所述的负极是指从负极极施加小于阈值电压的偏置，会使阻变元件从低阻状态转变为高阻状态。

本发明实施例还提供了一种非易失性布尔逻辑电路操作方法，包括下述步骤：

S11：通过给第一输入端输入高电平信号或低电平信号，并给第二输入端输入与所述第一输入端相反的电平信号来控制第一阻变元件和第二阻变元件的初始状态；

其中，当第一输入端的输入信号为高电平，且第二输入端的输入信号为低电平时，第一阻变元件的初始状态写为高阻状态；第二阻变元件的初始状态写为低阻状态；将上述初始状态的写入方式称为正向写入W＝1；

当第一输入端的输入信号为低电平，且第二输入端的输入信号为高电平时，第一阻变元件的初始写入状态为低阻状态；第二阻变元件的初始写入状态为高阻状态；将上述初始写入状态称为反向写入

其中，阻变元件的高阻状态代表和存储着逻辑0，阻变元件的低阻状态代表和存储着逻辑1；

S12：通过给第一输入端输入第信号A，并给第二输入端输入信号B来改变第一阻变元件和第二阻变元件的存储状态；

当A为低电平，且B为高电平时，第一阻变元件的存储状态从初始状态变为低阻态，第二阻变元件的存储状态从初始状态变为高阻态；

当A为高电平，且B为低电平时，第一阻变元件的存储状态从初始状态变为高阻态，第二阻变元件的存储状态从初始状态变为低阻态；

当A和B同时为高电平或同时为低电平时，第一阻变元件和第二阻变元件会保持初始状态不变；

S13：通过给第一输入端或第二输入端输入读电压实现输出端的读操作；

当第一输入端输入读电压，且第二输入端悬空时，通过读取输出端的第一阻变元件的电流获得第一阻变元件的存储状态；这种读取方式记为R＝1；

当第一输入端悬空，且第二输入端输入读电压时，通过读取输出端的第二阻变元件的电流获得第二阻变元件的存储状态；这种读取方式记为