随着处理器频率的提高，处理器与存储系统之间的性能差异越来越大。存储层次的设计，成为计算机系统设计中的重要研究对象。现代微处理器通常使用MMU来对内存空间进行管理。如何设计高性能的MMU，是现代微处理器设计中的重要问题。　　 本文针对上述提到的问题，对PKUnity-3(SK)系统芯片的MMU进行了研究，并提出了UniCore-2微处理器MMU的设计。该设计采用两级TLB微结构，每一级的ITLB和DTLB都是分离的。UniCore-2微处理器的MMU完成了虚实地址转换、存储保护，以及意外和出错处理等功能，并可达到600MHz的工作频率。本文进一步对UniCore-2微处理器的MMU进行了研究，评测了两级TLB在多种配置下的TLB失效率、MMU延迟、面积等因素，进而给出了建议的MMU设计方案。与UniCore-2微处理器采用的MMU设计方案相比，建议的设计方案性能提高接近1％，同时面积降低超过20％。　　 综上所述，本文针对PKUnity-3(SK)系统芯片，提出了UniCore-2微处理器MMU的设计，并分析了各种TLB的结构设计的优缺点，给出了优化的设计方案。