一种互补性忆阻交叉阵列及其平衡三值逻辑的实现方法

本发明涉及忆阻器的，更具体地，涉及一种互补性忆阻交叉阵列及其平衡三值逻辑的实现方法。

背景技术：

1、长期以来，传统冯·诺依曼架构中的“内存墙”问题一直困扰着科技界。“内存墙”问题出现的主要原因在于内存和处理单元互相分离，在处理大量数据时，大量数据在分离的内存和处理单元之间移动，导致功耗和延迟增加，导致计算设备面临着计算速度和能源效率无法提升的瓶颈。近年来，人们发现忆阻器既能实现逻辑运算，又能实现数据存储，因此，利用忆阻器克服“内存墙”的解决方案受到了广泛关注。

2、此外，传统的数字计算机系统仅支持二进制(或二值)逻辑运算，在处理海量数据时，速度和功耗难以优化。因此，多值逻辑应运而生。与二进制逻辑相比，支持两种以上逻辑状态的多值逻辑能够减少操作数所需的位数，从而提高计算速度，降低电路的功耗，提高数据密度。

3、现有技术提出了一种基于忆阻器的多值逻辑器件及操作方法，基于忆阻器的多电阻状态转变特性实现了多值逻辑，如三值逻辑的完备集，提出了三值逻辑的取反、右旋以及多值t门逻辑的操作方法。逻辑运算结果都以非易失性电阻状态存储在器件中，从而在器件中实现逻辑运算功能并同时实现数据存储功能，亦即存储和计算的融合，由此为突破计算机架构中冯·诺依曼瓶颈奠定器件基础。但是在该方案中，不同的三值逻辑门的逻辑值定义不同，限制了逻辑门的级联，增加了电路复杂性。

技术实现思路

1、本发明为克服上述现有技术存在的能够实现三值逻辑运算的忆阻器电路复杂性较大的缺陷，提供一种电路复杂性较小的一种互补性忆阻交叉阵列及其平衡三值逻辑的实现方法。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

3、一种互补性忆阻交叉阵列，包括：第一电压控制器、第二电压控制器、w条字线、b条位线和w*b个互补电阻开关；

4、每条字线与b条位线均分别相交，每条位线和每条字线的一端接地，每条位线的另一端作为输入端，连接第一电压控制器的输出端，所述第一电压控制器通过位线向互补电阻开关输出电压；

5、每条字线的另一端作为输入端，连接第二电压控制器的输出端，所述第二电压控制器通过字线向互补电阻开关输出电压。

6、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

7、本发明的互补性忆阻交叉阵列包括：第一电压控制器、第二电压控制器、w条字线、b条位线和w*b个互补电阻开关，使用第一电压控制器和第二电压控制器分别通过位线和字线向互补电阻开关输出电压，即可利用互补电阻开关表示三值逻辑，从而实现互补性忆阻交叉阵列的平衡三值逻辑，电路组成简单，复杂性较小。

技术特征：

1.一种互补性忆阻交叉阵列，其特征在于，包括：第一电压控制器、第二电压控制器、w条字线、b条位线和w*b个互补电阻开关；

2.根据权利要求1所述的互补性忆阻交叉阵列，其特征在于，所述互补电阻开关包括两个忆阻器：第一忆阻器和第二忆阻器，所述互补电阻开关还包括两个端点电极：te端和be端；所述第一忆阻器的负极与所述第二忆阻器的负极相连，且所述第一忆阻器的正极为互补电阻开关的te端，所述第二忆阻器的正极为互补电阻开关的be端。

3.根据权利要求2所述的互补性忆阻交叉阵列，其特征在于，所述互补电阻开关根据所述第一忆阻器和第二忆阻器的阻值状态表示平衡三值逻辑的三个逻辑值；

4.根据权利要求3所述的互补性忆阻交叉阵列，其特征在于，利用所述第一电压控制器和第二电压控制器向所述互补电阻开关施加电压脉冲，使互补电阻开关的逻辑值发生变化，其中，互补电阻开关的逻辑值的变化如下：

5.根据权利要求1所述的互补性忆阻交叉阵列，其特征在于，所述字线和所述位线均为金属纳米线。

6.根据权利要求1～5任一项所述的互补性忆阻交叉阵列，其特征在于，所述位线包括第一位线和第二位线，所述互补电阻开关包括第一互补电阻开关和第二互补电阻开关，所述第一互补电阻开关的te端与第一位线相连，所述第一互补电阻开关的be端与字线相连，所述第二互补电阻开关的te端与第二位线相连，所述第二互补电阻开关的be端与字线相连；

7.一种互补性忆阻交叉阵列的平衡三值cons逻辑实现方法，所述方法用于基于权利要求1～5任一项所述的互补性忆阻交叉阵列实现平衡三值cons逻辑，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种互补性忆阻交叉阵列的平衡三值any逻辑实现方法，所述方法用于基于权利要求1～5任一项所述的互补性忆阻交叉阵列实现平衡三值any逻辑，其特征在于，包括以下步骤：

9.一种互补性忆阻交叉阵列的平衡三值sum逻辑实现方法，所述方法用于基于权利要求6所述的互补性忆阻交叉阵列实现平衡三值sum逻辑，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的互补性忆阻交叉阵列的平衡三值sum逻辑实现方法，其特征在于，在第二互补电阻开关的忆阻器中进行逻辑变量a和逻辑变量b的平衡三值cons逻辑运算，得到平衡三值cons逻辑运算的运算结果，并将平衡三值cons逻辑运算的运算结果存储在第二互补电阻开关的忆阻器中；

技术总结本发明涉及忆阻器的技术领域，提出一种互补性忆阻交叉阵列及其平衡三值逻辑的实现方法，包括：第一电压控制器、第二电压控制器、W条字线、B条位线和W*B个互补电阻开关；每条字线与B条位线均分别相交，每条位线和每条字线的一端接地，每条位线的另一端作为输入端，连接第一电压控制器的输出端，所述第一电压控制器通过位线向互补电阻开关输出电压；每条字线的另一端作为输入端，连接第二电压控制器的输出端，所述第二电压控制器通过字线向互补电阻开关输出电压。技术研发人员：刘鹏,彭志健,姚廉,程其宏受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8