近年来,人们对信息处理技术的要求不断提高,迫切希望实现与人脑相似的低功耗的计算能力,因此神经形态系统的研究得到了广泛的关注。而现有的半导体晶体管的集成度很难进一步提高,这使得基于晶体管的神经形态系统很难扩展到生物学的规模,急需体积更小能耗更低的电子突触器件。忆阻器是一种新型的无源器件,有着类似生物神经系统中突触的特性,还有着纳米级尺寸和低功耗的优点,是实现人工突触的最优选择。基于忆阻器的神经形态系统有望改变现有的信息处理方式。生物在不断的进化中形成了自己独特的学习记忆方式,如习惯化、联想记忆等。用忆阻器作为突触设计电路实现生物的学习方式,可以为进一步实现基于忆阻器的神经形态系统奠定基础。本文深入分析了忆阻器的模型,探究了其忆阻特性,并在此基础上设计了忆阻电路用于模拟生物的学习行为。提出了一个习惯化实现电路,用于模拟海兔缩鳃反射中的习惯化现象;设计了一个联想记忆电路,用于模拟巴甫洛夫实验中的联想记忆;设计了识别召回电路,用于模拟人通过特征识别物体、通过物体联想特征的行为。本文的研究内容包括下面的四个部分。首先,本文分析了几种经典的忆阻器模型。对于离子迁移模型,分析了惠普忆阻器模型,并推导了它的忆阻值计算公式;对于阈值模型,分析了一个常用于逻辑电路的电压阈值自适应模型和一个用于神经网络的电压阈值模型;对于遗忘模型,分析了一个一维遗忘模型和一个三维遗忘模型。忆阻器模型的分析为后续的电路设计奠定了基础。其次,对海兔缩鳃反射中的习惯化现象进行了研究,并基于惠普忆阻器设计了习惯化特性实现电路。相比于之前的研究,本文所设计的电路能够实现更为完整的习惯化特性。短期习惯化、长期习惯化、去习惯化和习惯化频率依赖特性都能被所设计的电路实现。用单极性脉冲实现较为完整的习惯化过程为基于突触设备的神经形态系统的设计拓宽了道路。然后,对巴甫洛夫实验中的联想记忆进行了分析,并基于改进的遗忘忆阻器模型,设计了联想记忆电路,实现生物的联想记忆能力。与之前的联想记忆电路相比,该电路用较低的电路复杂度实现了较为完整的联想记忆功能。巴甫洛夫联想记忆中的学习过程和仅铃声刺激的遗忘过程、仅食物刺激的遗忘过程、随时间的遗忘过程都可以被所设计的电路实现。Pspice仿真结果证明了所设计的电路的有效性。最后,提出了基于遗忘忆阻器的识别召回电路。通过对联想记忆过程的进一步分析,提出了非条件刺激反馈学习规则,相比于其它联想记忆规则,该规则能够实现完整的学习遗忘过程。同时基于该规则设计电路实现了物体识别和特征召回的功能。仿真结果表明,所设计的电路有较好的类生物学习和遗忘能力。