相变存储器作为目前主流存储器FLASH的最佳替代产品，也是下一代存储器的代表性器件之一，具有多样化的优秀特性：非易失性存储、单元尺寸小、循环寿命长、读写速度快、功耗低、成本低、具有多级存储功能等等。其中多级存储也可称作多值存储，该技术是显著有效提高相变存储器单元的利用率和性能表现的途径之一。然而相变存储单元多值存储的实现在实际过程中往往受到电阻漂移现象的不良影响，因此可以采用双向脉冲调制的技术，以抑制相变存储器单元的电阻漂移，从而使其能够实现更加多态的存储功能。本文的研究内容就是利用相变存储器的多值存储技术，进一步实现在相变存储器内的计算与存储一体化功能。　　本文中在相变存储器单元传统的HSPICE物理模型的基础上，提出了一种新的电路行为模型，将相变存储器单元等效为电阻电容电路，相变存储器单元的电阻值等效为电路中电容存储的电荷量，电容的充放电过程则分别模拟相变存储器单元的非晶化与晶化行为。利用该模型可以直观地分析相变存储器单元的晶化和非晶化过程中单元电阻值的变化。　　本文还提出了基于相变存储器单元的能够进行逻辑和算术运算的结构，详述了二值逻辑运算和十进制算术加减运算的实现方法，利用上述模型进行了仿真和分析，并通过部分实验验证了该结构的可行性。文中还涉及了从二值逻辑功能出发，拓展的多输入逻辑功能以及其他进制算术运算等。