面向数据库应用的忆阻器存储器技术

论文摘要

CMOS电路面临的工艺尺寸极限以及存储墙问题,是当前制约计算机发展与计算效率提高的瓶颈。随着“第四种基本无源元件”忆阻器实物的发现,学界对此投入了极大关注。作为纳米电子学的最新成果,忆阻器具有非易失存储的特性,被认为具有延续摩尔定律10-15年的潜力;忆阻器兼具存储与运算特性,基于忆阻器有望设计存储与运算融合特性的计算机体系结构,提高计算效率,突破存储墙。本课题针对忆阻器的特性,面向数据库应用,从忆阻器建模与存储运算结构等方面进行了研究,研究成果表现在以下四个方面:第一,综述与本课题研究方向相关的忆阻器理论建模、数据存储结构与读写的理论基础以及相关研究成果,通过理论分析与对比找出现有研究尚存在的缺陷,提出新的建模方法。根据忆阻器特点,提出面向数据库的应用。第二,建立了磁控忆阻器模型。本课题根据离子漂移理论,结合已有研究,提出具有记忆磁通量能力（磁控）的忆阻器模型,并在几个主流电路仿真软件中进行验证,结果证明提出的忆阻器模型在符合理论的基础上能更好地与忆阻器实物测试结果相符合。基于提出的模型,本研究给出了过渡时间的显式定量表达,理论上分析了逻辑操作需要的电路结构与器件特性,以及控制电压的方式。第三,提出忆阻器存储运算结构设计。基于数据应用设计了忆阻器的存储结构与读写方式,能实现多位数据的赋值、复制、蕴含以及读取等操作。最后,面向数据库应用,建立面向数据库的应用框架,针对数据库各层次间应用提出基于忆阻器的实现方案,为后续基于忆阻器设计数据安全访问,实现数据库维护奠定基础。通过时序逻辑,设计并仿真比较实验数据之间大小或者相等的算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 课题的相关研究现状
• 1.3 课题研究内容与创新
• 1.4 论文结构
• 第二章 忆阻器机理与研究概述
• 2.1 忆阻器理论的提出与发现
• 2.2 忆阻器机理与建模研究
• 2.2.1 导电机理
• 2.2.2 建模理论
• 2.3 基于忆阻器面向存储与运算结构研究
• 2.3.1 忆阻器的存储结构
• 2.3.2 忆阻器的读写机理
• 2.3.3 数字逻辑运算机理
• 2.4 本章小结
• 第三章 磁通控制忆阻器建模与分析
• 3.1 磁控忆阻器建模框架
• 3.2 忆阻器关键技术研究
• 3.2.1 状态开关过程分析
• 3.2.2 逻辑运算分析
• 3.3 仿真分析
• 3.3.1 不同软件环境模型实现
• 3.3.2 忆阻器关键技术仿真
• 3.4 本章小结
• 第四章 忆阻器智能存储结构设计
• 4.1 忆阻器存储结构
• 4.1.1 忆阻器智能存储结构
• 4.1.2 单存储块结构
• 4.2 数据存储与运算实现
• 4.2.1 数据存储与读写
• 4.2.2 数据复制与逻辑操作
• 4.3 仿真实验
• 4.3.1 仿真结构描述
• 4.3.2 数据赋值与复制仿真
• 4.3.3 数据逻辑操作仿真
• 4.4 本章小结
• 第五章 面向数据库应用数据比较算法
• 5.1 面向数据库应用结构
• 5.1.1 外部层
• 5.1.2 逻辑层
• 5.1.3 内部层
• 5.2 数据比较算法设计
• 5.2.1 组合逻辑操作设计
• 5.2.2 数据相等比较
• 5.2.3 数据大小比较
• 5.2.4 数据比较算法分析
• 5.3 仿真实验
• 5.3.1 数据相等比较
• 5.3.2 数据大小比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果