随着集成电路产业的高速发展，晶体管的特征尺寸迅速缩小，电路复杂度不断增大，芯片对功耗和速度的要求越来越高，同步电路技术在设计、制造和应用中的局限性和缺陷日趋明显，因此异步电路设计重新成为人们关注的热点。本文对异步电路系统中的运算和存储部分进行了研究，采用NCL逻辑全定制方式完成了异步电路中运算以及存储等关键模块的电路设计。首先，在Cadence环境下使用smic18rf工艺库完成了NCL基本门限门单元以及逻辑运算电路模块的设计和仿真。其次，对NCL流水线进行研究分析，对比不同流水线的性能，并通过流水线的方式设计实现异步带符号运算乘法器。最后，针对四相双轨编码的数据存储问题对存储器外围电路进行改进，通过单双轨转换电路使得存储的数据为异步单轨有效数据，从而减小了存储空间的使用，完成了异步数据的存储。本文对通过全定制设计实现异步电路的方法进行研究，在一定程度上解决了异步电路系统设计到实现的技术问题，对于异步电路系统的设计实现和应用研究有一定的参考价值。