多媒体计算是目前计算机研究领域的一个热点,其广泛应用于各种嵌入式手持设备。多媒体计算数据处理量大,并且数据类型多样,性能与其在存储系统中的表现有密切关系。嵌入式手持设备由于受到尺寸和重量的限制,供电能力有限。因此,对多媒体计算下存储系统性能和能耗的研究是十分必要的。Cache作为存储系统的重要一环,极大的缩短了处理器与主存之间的速度差距,并且占据了较大的芯片面积,是能耗产生的主要来源之一。为了实现高性能低功耗的存储结构,本文针对多媒体应用程序的特点,提出了三种有效的可重构Cache解决方案。TBLRC是一种基于时间片的行可重构Cache方案。多媒体计算一般采用数据分块策略,分割后的数据块具有良好的空间局部性。针对这一特点,该方案提出了一种邻近行历史访问统计策略,可对时间片内程序空间局部性的变化情况进行整体估计,通过动态改变置换行大小以适应分割后数据块尺寸,从而充分利用数据的空间局部性,提高Cache的预取效率。TBWRC是一种基于时间片的路可重构Cache方案。当相联度增加时,冲突失效的减少使多媒体计算的Cache失效率明显下降,但控制逻辑电路的增加使得Cache命中能耗也随之上升。TBWRC通过动态改变Cache相联度,以较小的性能损失,减少较大的系统能耗。该方案提出了一种自适应阈值策略,并且通过对最少访问路和新增路的命中次数进行统计,为路重构操作提供了较为准确的判断依据,其重构准确度优于对比模型中的搜索启发算法。TBLAWRC是一种基于时间片的行和路可重构Cache方案。它结合了TBLRC和TBWRC两种方案的特点,通过修改Cache地址映像规则和引入重构协调机制,使行重构和路重构策略能够在同一Cache中协同工作。实验结果表明,与前两种方案相比,TBLAWRC对性能和能耗均有进一步的优化。