随着智能手机、平板电脑等移动设备的盛行,低功耗已成为处理器必不可少的属性,高速缓存作为处理器的主要功耗来源之一,其低功耗设计的需要日益突出。本文提出并研究了三种路预测访问方案,以较少的附加资源,减少高速缓存访问的功耗,同时降低带来的性能损失。本文的主要研究内容和创新点包括：1、基于指令的高速缓存分类路预测。在充分研究各种指令和路预测信息源关系的基础上,将指令根据所需预测源的不同进行划分,并结合处理器不同流水线阶段的指令信息,从多个预测源中选取所需的预测路信息。之后研究程序中各种指令的比例,以较少的附加预测资源和性能损失节省较大的功耗,同时通过实验分析各种预测源中资源与预测效率、功耗、性能之间的关系,以得到最佳的预测资源配置。该方案能够很好的降低缓存功耗,但附加资源稍大,性能损失也较多。2、基于循环的高速缓存单路径路预测。首先根据预测基于历史的性质,分析了分类路预测的缺点,提出了基于循环的单路径路预测。该方案以循环作为路预测开启的先决条件,只在遇到循环且该循环已被记录的情况下,方才开启路预测。之后通过实验分析了单路径路预测系统中资源分配与预测效率的关系,并证实了该预测方案亦能很好的降低缓存功耗,且附加资源和性能损失皆大幅下降。3、基于循环的高速缓存多路径路预测。通过在循环中使用多个路径的方法,解决了循环中因分支指令存在而造成的多个路径之间相互冲突的现象,并分析程序中分支指令与循环的数量,提出最佳的路径个数,并通过实验验证在资源足够的情况下,相同资源配置的多路径路预测优于单路径路预测,尤其是性能损失得到了更大的降低。