[发明专利]基于阻变存储器的逻辑门、逻辑电路及计算方法

说明书

本发明公开了基于阻变存储器的逻辑门、逻辑电路及计算方法。所述逻辑门包括阻变存储单元、分压电阻，所述阻变存储单元的一端与所述分压电阻的一端共同连接到电路的电压输出端，所述阻变存储单元的另一端用于接地或者用于输入信号，所述分压电阻的另一端为电压输入端；所述阻变存储单元包括一个或多个串联或并联在一起的阻变存储器，所述阻变存储器的低阻态电阻值远小于所述分压电阻的阻值，所述阻变存储器的高阻态电阻值远大于所述分压电阻的阻值。所述逻辑电路基于所述逻辑门。所述计算方法基于所述逻辑门或者所述逻辑电路。本发明能最大地缩减电路的运算步数，同时减少逻辑运算单元外围控制单元的复杂性。

技术领域

本发明涉及逻辑运算技术领域，特别涉及基于阻变存储器的逻辑门、逻辑电路及计算方法。

背景技术

现有技术中，利用阻变存储器进行逻辑运算主要有以下几种方法：

1)IMPLY逻辑

逻辑蕴含操作最先由惠普实验室的Julien Borghetti等人在2010年提出，请参看文献[1]，这是阻变存储器首次发现具有实现完备逻辑运算的能力。基本电路如图1所示，P、Q为阻变存储器，R_G为电阻，R_G的电阻满足：R_close＜＜R_G＜＜R_open。电路用阻变存储器的高阻状态表示逻辑0，低阻状态表示逻辑1。工作时，P、Q上端分别施加Vcond、Vset电压，由于P两端电压小于Vcond，所以P的状态保持不变，当P处于高阻状态时(逻辑0)，电阻R_G上的分压近似为0，Q两端的电压约等于Vset，阻变存储器Q被无条件置为低阻状态(逻辑1)。当P处于低阻状态时(逻辑1)，R_G上的分压近似为Vcond，Q两端的电压约等于V_set-V_cond，这个电压小于使阻变存储器状态改变的阈值电压，保证Q的状态保持不变。蕴含操作的真值表如表一所示：

表一 真值表

pIMPq相当于实现的操作，该操作在逻辑上是完备的。更加深入的研究表明，利用阻变存储器的蕴含操作，不管输入阻变存储器有多少个，只需要2+m个工作阻变存储器就可以实现一个m输出电路的功能，请参看文献[2]，而实现任意的基本布尔逻辑只需要两个工作阻变存储器，请参看文献[3]，使用蕴含逻辑可以极大地减少电路的面积。然而，蕴含逻辑在极低的硬件开销下完成逻辑运算是以牺牲相当多的时间为代价的。由于蕴含操作是用阻变存储器的电阻大小来表示0、1两种逻辑，而电阻不能像电压电流一样在电路中方便地传导，致使基于蕴含操作的电路在一个时钟里面只能完成一步操作，而且由于逻辑是使用电阻大小来表示的，所以电路之间难以进行信号的传输，导致电路较难并行运算。逻辑蕴含操作实质上是牺牲运算速度来换取硬件的减少。

有许多基于蕴含逻辑实现的简单运算电路被提出，例如加法器，请参看文献[4]，作为最基本的算术运算单元，阻变存储器搭建的加法器完成一个一位的加法运算需要19个时钟，这是不能被接受的。为了提升运算速度，多种逻辑综合方法被提出以减少基于蕴含逻辑电路的操作步数，请参看文献[5]和[6]，但由于电阻传递信息不如电压和电流传递信息方便，这难以改变蕴含操作需要很长的操作步数的现状。

2)改进型IMPLY逻辑