在微处理器设计技术中,Cache体系结构设计对提高系统性能方面起着至关重要的作用。目前的研究显示几乎没有一个Cache体系结构适合所有的应用。Cache体系结构的性能在很大程度上受到了应用程序的影响。传统Cache的参数是在综合考虑基准程序、工艺技术和成本基础上设计的,设计空间有极大的局限性,因此,对于某些程序这将会导致性能和功耗的非有效性。可重构Cache具有许多可调整的配置,它可以随程序特性的改变而动态调整配置,在性能和功耗上取得很大优势。然而,如何动态调整可重构Cache对于设计者来说仍然是个难点。本文深入研究提出了一种新的可重构Cache组织结构,其大小和组相联度可以通过配置寄存器,在程序运行的时候加以配置,可以为每一个程序专门来配置性能优化的结构,达到运行应用程序时高性能的目的。该可重构Cache结构,容量可以从2K到16K变化,组相联度可以配置成直接映射、2路组相联和4路组相联。本文还提出了一种有效的可重构算法来提高存储器系统的性能。这种可重构算法通过监测可重构Cache的行为、性能,以达到动态重构配置的目的。因此,它可以使可重构Cache更加接近于优化的硬件配置,并且优化性能和功耗。本文在ARM指令集上,对SPEC2000基准测试程序进行了仿真分析。通过对数据结果进行分析和对比,为每一个基准测试程序找到了基于本文提出的可重构Cache结构的优化的参数配置,来提高命中率和降低平均访问时间。比起传统的固定参数的Cache结构,可重构Cache可以明显地提高Cache性能(对一些应用程序,性能提高超过25%)。