由于密集光刻成本的增加与晶体管尺寸难于继续缩小,以晶体管为基础的电子技术遭遇了发展瓶颈,导致智能计算机的发展一直停滞不前。而忆阻器的提出为智能计算机的发展提供了新活力,它是一种阻值变化依赖于通过它的电荷量或磁通量的新型电子器件,在此基础上改进的电子自旋忆阻器阻值的变化还与通过的电流密度有关,它们在非易失性存储器和智能控制等应用中具有独特优势。用忆阻器替代晶体管不仅可以延续摩尔定律,而且有望做成即开型电脑,推动计算机技术的发展。PID控制器问世至今已有近70多年历史,因其结构简单、稳定性好、工作可靠而成为最常用的工业控制器。然而,传统PID控制器中参数不易调节,且一旦参数确定,在整个控制过程中不能再改变。进一步,随着工业的发展,控制对象的复杂程度不断加深,比如对于滞后的、时变的、非线性的复杂系统的控制,由于其参数未知或变化缓慢,有延时或干扰,无法建立较为精确的数学模型,这使得传统PID控制的局限性逐渐显露出来,亟需与其它技术相结合。首先,本文在研究传统单神经元和神经网络PID控制器的基础上,引入具有类似于人脑突触行为的忆阻器实现新型的权值更新机制,提出了忆阻单神经元和神经网络PID控制器模型。在理论推导的基础上,进行了编程仿真和Simulink建模。其次,深入研究了传统模糊PID控制器与忆阻交叉阵列理论,将模糊算法存储于忆阻交叉阵列中,并与PID控制器结合,构建了忆阻交叉阵列模糊PID控制器,用MATLAB对所提出的方案进行了数值仿真。最后,介绍了自旋忆阻器的物理模型,工作原理和数学模型,通过数值与电路建模仿真,分析了自旋忆阻器的电压电流关系曲线,探讨了不同输入激励下的阻值变化规律,比较了自旋忆阻器和HP忆阻器的区别。在此基础上,构建了自旋忆阻器的交叉阵列,并运用于数字图像的存储与处理。一系列的仿真结果验证了基于忆阻器件的存储器与控制器在实际应用中的突出优势。