憶阻細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建模及應(yīng)用.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、二十世紀(jì)九十年代末,傳感器技術(shù)革命推動了電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由傳感器獲得大量模擬信號需要用一種新的計(jì)算機(jī)方案來處理。模擬邏輯混合細(xì)胞計(jì)算機(jī)成為一種可行的候選方案,其核心部分是細(xì)胞非線性/神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CellularNonlinear/Neuralnetworks,CNN),即模擬動態(tài)微處理器(或細(xì)胞)陣列。細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由加州大學(xué)伯克利分校的LeonO.Chua和LinYang于1988年提出的,能夠接收和產(chǎn)生時(shí)間連續(xù)的模擬信號。

2、然而,細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有較為復(fù)雜的動態(tài)行為,為使其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),實(shí)現(xiàn)該電路的CMOS半導(dǎo)體器件需要有很好的性能。此外,由于密集光刻成本的增加,CMOS器件本身存在物理缺陷等原因,CMOS技術(shù)將達(dá)到發(fā)展極限,摩爾定律受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的硬件實(shí)現(xiàn)遭遇到了發(fā)展瓶頸。上述兩個(gè)因素制約著細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通用機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用。憶阻器理論提出和物理實(shí)現(xiàn)為細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來了新的曙光。憶阻器是一種具有類似突觸特性、記憶特性的新型非

3、線性納米器件,可用于構(gòu)建結(jié)構(gòu)簡單、權(quán)值靈活可調(diào)、集成度高的細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
   本文深入研究了細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通用機(jī)系統(tǒng)以及憶阻器理論模型,提出了基于憶阻權(quán)值模塊的細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于憶阻存儲模塊的細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通用機(jī)。并且,探討憶阻細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在彩色圖像處理以及偽隨機(jī)比特發(fā)生器(PRBG)方面的應(yīng)用。主要工作包括以下幾個(gè)部分:
   (1)介紹了標(biāo)準(zhǔn)CNN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其工作原理,分析了其數(shù)學(xué)模型和動態(tài)特性。研究了細(xì)

4、胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通用機(jī)結(jié)構(gòu)及其用于模擬和邏輯信息處理的工作原理。針對二者的特點(diǎn)以及發(fā)展所遇到的問題,提出了改進(jìn)思路。
   (2)介紹了HP憶阻器的數(shù)學(xué)模型、物理模型及其特性,通過計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)研究了憶阻器在特定外加信號作用下的瞬態(tài)行為,為之后的研究奠定了理論基礎(chǔ)。
   (3)利用憶阻器阻值隨其外加信號的變化而變化的特性,設(shè)計(jì)了憶阻權(quán)值模板電路,進(jìn)而提出了新型的細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——憶阻細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。改進(jìn)后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有更多優(yōu)勢,

5、處理速度更快,功耗更低、集成度更高。在此基礎(chǔ)上,利用憶阻器在存儲模擬信息方面的天然優(yōu)勢,設(shè)計(jì)基于憶阻模擬存儲模塊的模擬邏輯混合細(xì)胞計(jì)算機(jī)——細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通用機(jī)。
   (4)討論了細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于圖像處理的基本原理,以車牌識別過程中的圖像處理為例,驗(yàn)證新型憶阻細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在信息處理方案的有效性。此外,在介紹由混沌電路產(chǎn)生偽隨機(jī)比特的基本原理后,提出了基于憶阻細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)混沌電路的偽隨機(jī)比特發(fā)生器。
   最后,總結(jié)本文研

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