随着制造工艺和体系结构技术的发展，片上多核处理器上集成的处理器核数目急剧增加，给片上存储系统带来越来越大的压力。当前大部分多核处理器均采用大容量的末级Cache结构来缓解“存储墙”问题。如何有效地组织和优化多核处理器的末级 Cache已经成为当前的研究热点。针对这个问题，本文深入研究了当前主要的一些末级 Cache优化技术，提出了一些新的方法和技术。本研究主要内容包括：　　⑴提出了一种信息块的控制复制（CR）策略。信息块的复制技术是一种降低大容量 Cache片上访问延迟的重要方法，但是目前大部分块复制技术要么没有考虑复制的有效性，要么实现比较复杂。本文提出的CR策略通过控制信息块在Cache中进行复制的时机，减少了不必要的复制操作，提高了Cache空间的使用效率，大大降低了片外访存的几率，提高了系统性能。　　⑵提出了基于私有设计的分布式Cache划分（DCP）方法。大容量末级Cache主要有两种组织方式：私有设计和共享设计。目前大部分 Cache划分方法都是针对共享设计而言的，但是，当多个私有Cache采用一些方法实现共享以后，同样存在空间划分的问题。DCP方法采用一种分布式一致性引擎将多个私有Cache变成一个逻辑上共享的Cache，在这之上按照每个应用程序对Cache空间的利用率来划分空间，提高了Cache空间的使用效率。　　⑶提出了一种访存时间最优Cache划分（OMTP）方法。为了提高系统吞吐率，目前的大部分 Cache划分方法都是以失效率作为基本的优化目标。但是，由于存储级并行（MLP）现象的存在，失效率最优并不能代表实际性能最优。OMTP方法将应用程序访存特征与平均失效开销同时纳入考虑，将多个程序在占用不同路数时失效率的变化情况跟每个应用的平均 MLP失效开销一起作为划分的依据，按照每个应用在访存时间上对Cache空间的使用效率来进行划分，进一步提高了划分的性能。　　⑷提出了一种易饱应用优先的公平 Cache划分（FCPP）方法。当前大部分Cache划分方法都以提高系统吞吐率作为优化目标，而忽略了对Cache系统公平性的考虑，而有些划分方法以 Cache系统的公平性为研究目标，但又忽略了系统吞吐率方面的考虑。本文通过研究发现，有一种应用程序只需要很少的Cache空间，就可以满足其对访存的需求，将这一类应用称之为“易饱”应用。在动态给同时执行的多个应用程序划分空间时，优先满足这些易饱应用程序。然后在其余的应用程序之间公平划分Cache空间。跟已有的公平Cache划分方法相比，FCPP方法在不损害公平性的情况下，较大提高了系统吞吐率。