三态内容寻址存储器(TCAM)是由内容而不是存储地址寻址的存储系统。设计不同结构的TCAM时,以提高存储密度和降低功耗为两个主要目标。然而,基于CMOS技术设计存储容量较大的TCAM芯片时将面临很多问题,功耗和面积过大,且其三态逻辑值存储需要额外的电源来维持。为了下一代计算存储系统能够达到较高的性能,则需要设计出新的电路与系统架构,或者寻找适合TCAM特点的新材料器件来构建新的TCAM电路结构。忆阻器具有非易失性、面积小、低功耗、切换时间短的特点,己被应用于TCAM结构设计。目前,基于忆阻器的TCAM(mTCAM)单元结构设计为实现低功耗、高存储密度TCAM存储系统的发展与研究提供了新的方向与思路。为了进一步提高集成存储电路芯片的存储密度,降低其功耗,丰富mTCAM电路设计,本文提出了以下两种mTCAM单元结构:首先,本文设计了一种由四个忆阻器组成的4M-TCAM单元结构,并进行了结构拓扑。四个忆阻器分别两两反接串联,构成mTCAM的存储部分和搜索/匹配部分。存储数据通过两步写操作完成;搜索/匹配时先进行一个搜索写数据操作,然后输入匹配数据进行匹配。其次,为进一步降低mTCAM单元面积,本文在4M-TCAM设计工作基础上设计了由两个忆阻器组成的2M-TCAM单元结构。两个忆阻器反接组成一个mTCAM单元,用来存储数据。为进一步降低功耗,本文优化2M-TCAM结构,设计出低功耗2M-TCAM结构,将2M-TCAM结构划分成逻辑“0”和逻辑“1”模块并且通过一个与门和晶体管相连后再分块进行相应的操作来减少功耗。最后,通过SPICE仿真,验证了本文所设计mTCAM的批量写数据,搜索/匹配操作的正确性。在功耗方面,提出的低功耗2M-TCAM结构比改进前的结构在搜索/匹配操作中减少约60%。通过基本元器件数目的比较,本文提出的mTCAM与前人工作相比较在存储集成度上得到了很大地提高。