在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)所有16種二元布爾邏輯運(yùn)算的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)所有16種二元布爾邏輯運(yùn)算的方法，屬于電 子信息技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于傳統(tǒng)CMOS工藝的邏輯電路是計(jì)算機(jī)的重要組成部分，但是它們的小型化即將 達(dá)到物理極限。為了延續(xù)摩爾定律所指出的半導(dǎo)體器件的小型化趨勢，基于磁阻效應(yīng)的邏 輯電路由于具有結(jié)構(gòu)簡單、易于集成、操作速度快、非易失性等一系列優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到人們 的關(guān)注。
[0003] 在所有基于磁阻效應(yīng)的邏輯電路中，最簡潔明了的當(dāng)屬利用磁阻器件來進(jìn)行邏輯 運(yùn)算。相關(guān)工作已經(jīng)證明了在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)部分二元邏輯運(yùn)算的可行性，但是至今仍 無法在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)所有16種二元布爾邏輯運(yùn)算，因而嚴(yán)重阻礙了基于磁阻效應(yīng)的邏 輯電路的實(shí)用化進(jìn)程。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)所有16種二元布爾 邏輯運(yùn)算的方法，能夠極大地提高單個(gè)磁阻器件的邏輯運(yùn)算功能。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取W下技術(shù)方案:一種在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)所有16種 二元布爾邏輯運(yùn)算的方法，其特征在于，包括W下內(nèi)容：1)定義對磁阻器件所施加磁場的大 小和方向，使得磁阻器件滿足雙駝峰形磁阻特性，并定義磁阻器件的低電阻態(tài)激發(fā)磁場強(qiáng) 度絕對值為Ha和磁阻器件的高電阻態(tài)激發(fā)磁場強(qiáng)度絕對值為化;2)定義磁場的兩個(gè)輸入端 口 Si和S2的磁場方向，設(shè)定輸入端口 Si的磁場方向?yàn)檎?，輸入端?S2的磁場方向?yàn)樨?fù)；3)定 義磁場的兩個(gè)輸入端口 Si和S2的磁場大小，輸入邏輯值0表示磁場強(qiáng)度為0，輸入邏輯值1表 示磁場強(qiáng)度絕對值為也，對磁阻器件依次進(jìn)行Wl寫入操作和W2寫入操作，具體為:3.1)進(jìn)行 Wl寫入操作，通過設(shè)定輸入端口 Si的輸入邏輯值為0且輸入端口 S2的輸入邏輯值為1對磁阻 器件施加磁場;3.2)進(jìn)行W2寫入操作，根據(jù)邏輯運(yùn)算規(guī)則設(shè)定輸入端口 Si和輸入端口 S2的輸 入邏輯值，輸入邏輯值是P、q、1或0，并根據(jù)輸入端口 Si和輸入端口 S2的實(shí)際輸入邏輯值對磁 阻器件施加磁場，其中，P和q為二元布爾邏輯運(yùn)算的兩個(gè)邏輯變量;4)重新定義磁場的兩個(gè) 輸入端口 Si和S2的磁場大小，對于輸入端口 Si，輸入邏輯值0表示磁場強(qiáng)度為0，輸入邏輯值1 表示磁場強(qiáng)度絕對值為化;對于輸入端口 S2，輸入邏輯值0表示磁場強(qiáng)度絕對值為化，輸入邏 輯值1表示磁場強(qiáng)度為0;對磁阻器件進(jìn)行W3寫入操作，根據(jù)邏輯運(yùn)算規(guī)則采用相同的輸入 邏輯值P、T)、1或0同時(shí)控制輸入端口 Si和S2,根據(jù)實(shí)際輸入邏輯值或0對磁阻器件 施加磁場，其中，^.p代表N0T p運(yùn)算。
[0006] 優(yōu)選地，所述邏輯運(yùn)算規(guī)則為：（1 )True:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端 口 Si和S2;在W2寫入操作中，P和0分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入可來同 時(shí)控制輸入端口 Si和S2; (2)化Ise:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2 寫入操作中，P和O分別輸入到輸入端口Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2;(3)p:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和P分 別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入1來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2; (4)q:在Wl 寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和q分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入1來同時(shí)控制輸入端口Si和S2;(5)N0T P:在Wl寫入操作中，O 和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫 入操作中，輸入O來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2;(6)NOT q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到 輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，1和q分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入 O來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2; (7)p AND q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和 S2;在W2寫入操作中，P和q分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時(shí)控制 輸入端口 Si和S2; (S)P NAND q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫 入操作中，P和q分別輸入到輸入端口Si和S2;在W3寫入操作中，輸入來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2;(9)p OR q:在Wl寫入操作中，O和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q 和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2;(10)p NOR q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和P分別輸入 到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入飛)來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2; (11 )P IMP q:在 Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，P和q分別輸入到輸入端 口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入1來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2;(12)p NIMP q:在Wl寫入操 作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，P和q分別輸入到輸入端口 Si和S2; 在W3寫入操作中，輸入0來同時(shí)控制輸入端口Si和S2;(13)p RIMP q:在Wl寫入操作中，0和1 分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入 操作中，輸入1來同時(shí)控制輸入端口Si和S2; (H)P RNIMP q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入 到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和P分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸 入0來同時(shí)控制輸入端口 Si和S2;(15)P XOR q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W2寫入操作中，q和0分別輸入到輸入端口 Si和S2;在W3寫入操作中，輸入P來同時(shí) 控制輸入端口Si和S2; (16)p XNOR q:在Wl寫入操作中，0和1分別輸入到輸入端口 Si和S2;在 W2寫入操作中，q和0分別輸入到輸入端口Si和S2;在W3寫入操作中，輸入來同時(shí)控制輸入 端口 Si和S2。
[0007] 優(yōu)選地，所述磁阻器件采用雙駝峰形磁阻特性的磁阻器件，所述磁阻器件為歴自 旋閥、歴自旋閥型隧道結(jié)、自旋霍爾磁阻器件或各向異性磁阻器件。
[0008] 本發(fā)明由于采取W上技術(shù)方案，其具有W下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明通過對磁阻器件依次進(jìn) 行Wl、W2和W3寫入操作可W完成在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)所有16種二元布爾邏輯運(yùn)算，邏輯運(yùn) 算的結(jié)果自動且非易失地存儲在磁阻器件中，因此可W極大地提高單個(gè)磁阻器件的邏輯運(yùn) 算功能，并結(jié)合磁阻器件的非易失存儲特性，可W獲得兼具非易失存儲功能的邏輯電路，對 磁阻基邏輯電路發(fā)展具有重要意義。本發(fā)明可W廣泛應(yīng)用于基于磁阻效應(yīng)的邏輯電路中。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發(fā)明的雙駝峰形磁阻特性示意圖，其中R和H分別代表電阻和磁場；
[0010] 圖2是本發(fā)明的實(shí)施例所對應(yīng)的控制電路原理示意圖，磁阻器件放置在虛線框中， Ia和Ib流經(jīng)線圈時(shí)可W在虛線框中產(chǎn)生強(qiáng)度絕對值分別為Ha和化的勻強(qiáng)磁場，磁場方向向 下為正，向上為負(fù)。
【具體實(shí)施方式】
[0011] W下結(jié)合附圖來對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描繪。然而應(yīng)當(dāng)理解，附圖的提供僅僅是為 了更好地理解本發(fā)明，而不應(yīng)該理解成對本發(fā)明的限制。
[0012] 如圖1所示，本發(fā)明的單個(gè)磁阻器件是指單個(gè)具有雙駝峰形磁阻特性的磁阻器件， 可W為歴自旋閥（SPV)、歴自旋閥型隧道結(jié)(SPV-MTJ)、自旋霍爾磁阻(SMR)器件和各向異性 磁阻(AMR)器件等。對于一個(gè)具有如圖1所示的雙駝峰形磁阻特性的磁阻器件，無論其初始 處于高電阻態(tài)還是低電阻態(tài)，施加一個(gè)大磁場，比如Ha+和出-，必定能將其寫入到低電阻態(tài)， 要想將它轉(zhuǎn)變到高電阻態(tài)，需要分兩種情況區(qū)別對待:第一，若低電阻態(tài)是由施加低電阻態(tài) 激發(fā)磁場強(qiáng)度Ha+寫入的，必須施加高電阻態(tài)激發(fā)磁場強(qiáng)度化-才能將其轉(zhuǎn)變到高電阻態(tài);第 二，若低電阻態(tài)是由施加低電阻態(tài)激發(fā)磁場強(qiáng)度Ha-寫入的，必須施加高電阻態(tài)激發(fā)磁場強(qiáng) 度化+才能將其轉(zhuǎn)變到高電阻態(tài)。
[0013] 本發(fā)明提供的在單個(gè)磁阻器件實(shí)現(xiàn)所有16種二元布爾邏輯運(yùn)算的方法，包括W下 內(nèi)容：
[0014] 1)定義對磁阻器件所施加磁場的大小和方向，使得磁阻器件滿足如圖1所示的雙 駝峰形磁阻特性，并定義磁阻器件的低電阻態(tài)激發(fā)磁場強(qiáng)度絕對值Ha和高阻態(tài)激發(fā)磁場強(qiáng) 度絕對值化；
[0015] 2)定義磁場的兩個(gè)輸入端口 Si和S2的磁場方向，設(shè)定輸入端口 Si的磁場方向?yàn)檎?輸入端口 S2的磁場方向?yàn)樨?fù)；
[0016] 3)定義磁場的兩個(gè)輸入端口 Si和S2的磁場大小，輸入邏輯值0表示磁場強(qiáng)度為0,輸 入邏輯值1表示磁場強(qiáng)度絕對值為出，對磁阻器件依次進(jìn)行Wl寫入操作和W2寫入操作，具體 為：
[0017] 3.1)進(jìn)行Wl寫入操作，通過設(shè)定輸入端口 Si的輸入邏輯值為0且輸入端口 S2的輸入 邏輯值為1對磁阻器件施加磁場；
[001引3.2)進(jìn)行W2寫入操作，根據(jù)邏輯運(yùn)算規(guī)則設(shè)定輸入端口 Si和輸入端口 S2的輸入邏 輯值，輸入邏輯值可W是P、q、l或0(P和q為二元布爾邏輯運(yùn)算的兩個(gè)邏輯變量），并根據(jù)輸 入端口 Si和輸入端口 S2的實(shí)際輸入邏輯值對磁阻器件施加磁場；
[0019] 4)重新定義磁場的兩個(gè)輸入端口 Si和S2的磁場大小，對于輸入端口 Si,輸入邏輯值 0表示磁場強(qiáng)度為0，輸入邏輯值1表示磁場強(qiáng)度絕對值為化;對于輸入端口 S2，輸入邏輯值0 表示磁場強(qiáng)度絕對值為化，輸入邏輯值1表示磁場強(qiáng)度為0;對磁阻器件進(jìn)行W3寫入操作，根 據(jù)邏輯運(yùn)算規(guī)則采用