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摘?要 现今微处理器的发展趋势是速度更快，体积更小，功能更密集。纵横栓依靠微小精细的网格结构实现电路的逻辑判断控制，纳米级别的纵横栓更是神经形态计算系统的重要组成部分。应用忆阻器的可操控性和记忆功能是解决纵横栓连接处信号的通断控制的最理想办法，进而实现神经形态计算系统的智能识别。
关键词 忆阻器；纵横栓；逻辑化；神经形态工程
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0145-01
飞速发展的信息处理时代要求功能更密集和智能化的微处理器，神经形态工程是解决电路整体构架建立理想计算的有效途径。忆阻器的记忆功能和可操控性纵横栓中的应用能形成纳米线的智能逻辑阵列使运算电路和记忆电路将可同时共存，而且随需要调整，超出了现有处理器的逻辑设计理念，这或许代表着新一代的智能识别技术的诞生。
1 纵横栓的基本原理
2001年10月惠普公司展示了纵横栓的发明。纵横栓由微小的网格构成，以分子互相连结，以分子取代硅作为制造电路的元素，在交叉部位形成极微小的接合点，可用来执行现由硅晶体管所负责的切换功能，并具有比硅晶体管更小的物力。实现存储数据和逻辑计算的功能。
2012年度3月份，密歇根大学实验室研究人员第一次运作忆阻器阵列建立在一个芯片的应用在神经形态的计算机架构。纵横闩锁包括一个信号线交叉的两根控制线。根据不同的电压降的各种线路，它可以模拟行动的三大逻辑大门：与，或，非。
据菲利浦·逵克对纵横栓的阐述，一个分子交叉锁存器包括两根控制线和信号线交叉的两根控制线相交在一个非零角度，从而形成一个连接各控制线的网络，如图1所示。每个连接形成一个开关和交界处有一个在纳米级别的功能。该信号线选择有至少2个不同的电压状态，从0个到1个单元，其中有一个不对称的方向方面的电流的信号线通过一个路口交界处，另一个比较电流流过一个路口进（出）信号线可以打开（关闭），电流流过的其他结出（入）信号线可以闭（开）开关，而其中有一个电压阈值切换开关和关闭开关。此外，方法是为闭锁逻辑值到纳米线中的一个逻辑阵列，用于反相逻辑值，以及恢复电压信号值。通过设置不同的逻辑输入值X，Y，X，Y控制不同纵横线上的组态，产生半加，取非等运算，通过传统数学体系的元素按，半加的累计为全加。纵横栓的交叉数据储存和逻辑运算功能使之成为神经形态学中神经网络的重要组成部分。
2 忆阻器在纵横栓中的应用
忆阻器早在1971年由华裔科学家蔡少棠在研究电荷、电流、电压和磁通量之间的关系时提出。
忆阻器的是实质是一个非线性记忆元件，它的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，就可以实现存储数据的功能。当电流通过在一个方向记忆电阻，电阻增大；当电流流动方向相反，电阻值下降。当电流停止时，忆阻器保留了最后的抵抗值，当电荷的流动再次启动，电路的电阻是它最后的活动电阻值。只要时间积分的电流保持在一定范围内，这一特性呈现的大约线性关系。
忆阻器的记忆的功能是使处理器趋于智能化。
1）计算机之所以要启动是因为切断电源后，每次都需要重新打开他们的逻辑电路而无法执行断电前的碎片。但由于忆阻器能记得的电压，一个忆阻器构成的计算机可以记住这些碎片，重新启动时直接回复到之前的电压值，而无需进行再次逻辑运算。
2）通过重新设计包括记忆电阻器一些类型的电路，能将记忆与传统的电路设计元素设计在同一装置中，抽象的整个突触的想法，不用1和0，而代之以像明暗不同的灰色之中的几乎所有状态，基本上实现模拟量计算方式，突破传统的数字计算，开创功能更加强大的模拟计算机。
3）忆阻器器件的特征是它可以记忆流经它的电荷数量，计算机将更高能效的以类似人类大脑方式处理与联系信息，实现处理器功能高度密集化。
忆阻器的记忆功能搭配上纵横栓的逻辑运算，而且可以随时调整，可以实现数据运算的智能化。由忆阻器构成的纵横栓，当有信息输入时，纵横栓进行运算和逻辑处理，此时忆阻器进行功能记忆。本文以生物学中神经网络类比纵横栓，纵横线相当于互相接触胞神经元之间的联系如图2所示。
图1 纵横栓逻辑图
图2 神经网络简图
神经元细胞中的突触进行信息的传递和记忆，神经元细进行信息的处理与综合，神经元细胞之间的搭接形成强大的神经网络系统。
3 结论
忆阻器纵横栓特有的介于0和1之间的模拟量，突破传统的0和1的数字计算，开创更强大的模拟计算机功能和通用仿真系统，让处理器真正实现类似于人脑的智能化思考，模拟大脑或模拟大脑的某种功能，例如处理器比较功能，学习功能，人脸识别系
统等。
忆阻器电脑相对于晶体管的跃进，和晶体管相对于真空管的跃进是一样大的。可以逻辑化的网格状设计，来模拟与，或，非三大逻辑门，几个网格的组合甚至可以做出加法之类的运算。这为摆脱晶体管创造了有利条件。忆阻器纵横栓的的记忆能力，代表着运算电路和记忆电路将可同时共存，而且随需要调整。这已经完全超出了这一代电脑的设计逻辑。
参考文献
[1]Chua,Leon O(Sep 1971)."Memristor-The Missing Circuit Element".IEEE Transactions on Circuit Theory CT-18(5):507-519.
[2]Snider,Greg S.(Hewlett-Packard Laboratories,Palo Alto,CA 94304,United States);IEEE Transactions on Nanotechnology, v 4, n 2, p 249-254, March 2005“Crossbar demultiplexers for nanoelectronics based on n-Hot Codes”.
[3]Yakopcic, Chris “Multiple memristor read and write circuit for neuromorphic applications” 2011 International Joint Conference on Neural Networks, IJCNN 2011 - Final Program.
作者简介
刘莹莹，女，河南理工大学；邱实，男，河南理工大学；苗纪青，男，河南理工大学；洪兆溪，女，河南理工大学。
关键词 忆阻器；纵横栓；逻辑化；神经形态工程
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0145-01
飞速发展的信息处理时代要求功能更密集和智能化的微处理器，神经形态工程是解决电路整体构架建立理想计算的有效途径。忆阻器的记忆功能和可操控性纵横栓中的应用能形成纳米线的智能逻辑阵列使运算电路和记忆电路将可同时共存，而且随需要调整，超出了现有处理器的逻辑设计理念，这或许代表着新一代的智能识别技术的诞生。
1 纵横栓的基本原理
2001年10月惠普公司展示了纵横栓的发明。纵横栓由微小的网格构成，以分子互相连结，以分子取代硅作为制造电路的元素，在交叉部位形成极微小的接合点，可用来执行现由硅晶体管所负责的切换功能，并具有比硅晶体管更小的物力。实现存储数据和逻辑计算的功能。
2012年度3月份，密歇根大学实验室研究人员第一次运作忆阻器阵列建立在一个芯片的应用在神经形态的计算机架构。纵横闩锁包括一个信号线交叉的两根控制线。根据不同的电压降的各种线路，它可以模拟行动的三大逻辑大门：与，或，非。
据菲利浦·逵克对纵横栓的阐述，一个分子交叉锁存器包括两根控制线和信号线交叉的两根控制线相交在一个非零角度，从而形成一个连接各控制线的网络，如图1所示。每个连接形成一个开关和交界处有一个在纳米级别的功能。该信号线选择有至少2个不同的电压状态，从0个到1个单元，其中有一个不对称的方向方面的电流的信号线通过一个路口交界处，另一个比较电流流过一个路口进（出）信号线可以打开（关闭），电流流过的其他结出（入）信号线可以闭（开）开关，而其中有一个电压阈值切换开关和关闭开关。此外，方法是为闭锁逻辑值到纳米线中的一个逻辑阵列，用于反相逻辑值，以及恢复电压信号值。通过设置不同的逻辑输入值X，Y，X，Y控制不同纵横线上的组态，产生半加，取非等运算，通过传统数学体系的元素按，半加的累计为全加。纵横栓的交叉数据储存和逻辑运算功能使之成为神经形态学中神经网络的重要组成部分。
2 忆阻器在纵横栓中的应用
忆阻器早在1971年由华裔科学家蔡少棠在研究电荷、电流、电压和磁通量之间的关系时提出。
忆阻器的是实质是一个非线性记忆元件，它的电阻会随着通过的电流量而改变，而且就算电流停止了，它的电阻仍然会停留在之前的值，直到接受到反向的电流它才会被推回去，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，就可以实现存储数据的功能。当电流通过在一个方向记忆电阻，电阻增大；当电流流动方向相反，电阻值下降。当电流停止时，忆阻器保留了最后的抵抗值，当电荷的流动再次启动，电路的电阻是它最后的活动电阻值。只要时间积分的电流保持在一定范围内，这一特性呈现的大约线性关系。
忆阻器的记忆的功能是使处理器趋于智能化。
1）计算机之所以要启动是因为切断电源后，每次都需要重新打开他们的逻辑电路而无法执行断电前的碎片。但由于忆阻器能记得的电压，一个忆阻器构成的计算机可以记住这些碎片，重新启动时直接回复到之前的电压值，而无需进行再次逻辑运算。
2）通过重新设计包括记忆电阻器一些类型的电路，能将记忆与传统的电路设计元素设计在同一装置中，抽象的整个突触的想法，不用1和0，而代之以像明暗不同的灰色之中的几乎所有状态，基本上实现模拟量计算方式，突破传统的数字计算，开创功能更加强大的模拟计算机。
3）忆阻器器件的特征是它可以记忆流经它的电荷数量，计算机将更高能效的以类似人类大脑方式处理与联系信息，实现处理器功能高度密集化。
忆阻器的记忆功能搭配上纵横栓的逻辑运算，而且可以随时调整，可以实现数据运算的智能化。由忆阻器构成的纵横栓，当有信息输入时，纵横栓进行运算和逻辑处理，此时忆阻器进行功能记忆。本文以生物学中神经网络类比纵横栓，纵横线相当于互相接触胞神经元之间的联系如图2所示。
图1 纵横栓逻辑图
图2 神经网络简图
神经元细胞中的突触进行信息的传递和记忆，神经元细进行信息的处理与综合，神经元细胞之间的搭接形成强大的神经网络系统。
3 结论
忆阻器纵横栓特有的介于0和1之间的模拟量，突破传统的0和1的数字计算，开创更强大的模拟计算机功能和通用仿真系统，让处理器真正实现类似于人脑的智能化思考，模拟大脑或模拟大脑的某种功能，例如处理器比较功能，学习功能，人脸识别系
统等。
忆阻器电脑相对于晶体管的跃进，和晶体管相对于真空管的跃进是一样大的。可以逻辑化的网格状设计，来模拟与，或，非三大逻辑门，几个网格的组合甚至可以做出加法之类的运算。这为摆脱晶体管创造了有利条件。忆阻器纵横栓的的记忆能力，代表着运算电路和记忆电路将可同时共存，而且随需要调整。这已经完全超出了这一代电脑的设计逻辑。
参考文献
[1]Chua,Leon O(Sep 1971)."Memristor-The Missing Circuit Element".IEEE Transactions on Circuit Theory CT-18(5):507-519.
[2]Snider,Greg S.(Hewlett-Packard Laboratories,Palo Alto,CA 94304,United States);IEEE Transactions on Nanotechnology, v 4, n 2, p 249-254, March 2005“Crossbar demultiplexers for nanoelectronics based on n-Hot Codes”.
[3]Yakopcic, Chris “Multiple memristor read and write circuit for neuromorphic applications” 2011 International Joint Conference on Neural Networks, IJCNN 2011 - Final Program.
作者简介
刘莹莹，女，河南理工大学；邱实，男，河南理工大学；苗纪青，男，河南理工大学；洪兆溪，女，河南理工大学。