忆阻器课题 读书笔记（一）

什么是忆阻器?

1971年，在研究电流、电荷、电压和磁通量之间的关系时，加州大学的Chai教授推断除电阻、电容和电感以外，还存在一种新的组件，代表着电荷量和磁通量之间的关系。而这种组件的效果就是电阻会随着通过的电流量而改变，电流停止了也依然能够保持阻值不变。见下图

鄙人对物理不感冒，就不再纠结忆阻器的物理性质，简单地解释忆阻器的逻辑特性。

忆阻器的逻辑特性

忆阻器有两个阻态，分别是高阻态和低阻态，可以对应到数理逻辑中的0和1.
对于一个忆阻器，当是施加的正向电压大于阈值电压 Vclose 时，忆阻器就由高阻态转变为低阻态，当反向的电压的绝对值大于负向阈值电压的绝对值时 Vopen ，忆阻器由低阻态转变为高阻态。当电压在 Vclose 和 Vopen 之间变化时，忆阻器的阻值不变。
下面的I-V图直观的反映了忆阻器的阻值变化的关系。

其中的 Vclear,Vset 分别为清零电压和置1电压。

电路设计

根据忆阻器以上的特点，便可以设计相关的电路来实现忆阻器的逻辑功能，设计逻辑电路。

当我们用忆阻器实现电路时，需要注意逻辑电路包含以下两个要点。一个是电路的状态，即接线、忆阻器的阻值，二是忆阻器的电压序列。前一点只要有数字电路基础好理解，后一点是因为在电路中，很多时候需要实现的逻辑功能并不能一步实现，而是需要一系列的忆阻器和电压，来把一步步的运算结果又转存到其他忆阻器上，从而实现最后的逻辑。这么说可能不好理解，下面直接上实例。

蕴含

蕴含的电路如上图所示。图中P、Q分别为两个忆阻器，分别为低阻值和高阻值，在 P、Q 上分别施加电压 Vcond,Vset 电压，使得P的阻值保持不变， Q 的阻值最终结果为计算的结果。可以根据忆阻器的逻辑特性进行分析，只有当 P=1∧Q=0 时才有 Q=0 。
依照上述的电路和电压，就可以构造出蕴含逻辑对应的忆阻器电路。

非操作

非操作可以利用蕴含操作来实现。根据数理逻辑，我们有 P→Q=¬P∨Q 当 Q=0 时，运算的结果就是 ¬P 因此，只要在蕴含操作之前对 Q 施加一个清零电压，就可以实现 P 非操作。

总结

有了上面两个基本电路的实现，由数理逻辑（我之后会补上-_-|||）可以证明忆阻器实现的电路在逻辑上是完备的，也就是任何一个逻辑电路都可以用上面两个电路的组合表示出来。

Bibliography:
1. 阻器的图像处理技术研究 周静 2014年 国防科技大学
2. 百度……