При полностью ассоциативном размещении блоков в кэш-памяти допускается размещение каждого блока b из ОП в любом месте m кэш-памяти.

Механизм преобразования адресов должен быстро дать ответ, существует ли копия блока b в кэш-памяти, и, если существует, то в каком месте m она находится.

Исходя из этого рассмотрим структуру полностью ассоциативной кэш-памяти.

Рис. 1. 43. Структура полностью ассоциативной кэш-памяти

А – это адрес, состоящий из двух частей: номера блока и смещения, требуемых данных внутри этого блока. Часть адреса b передается в ассоциативную память тегов. Блок поступает и на выходе этой памяти имеется схема опознавания действительного или недействительного номера места. Число ячеек в памяти тегов равно числу мест в кэш-памяти с линейной организации, но эта кэш-память возвращает номер места, где хранится нужный блок.

Недостаток: необходимо использовать ассоциативную память, реализующую большое число сравнений для определения кэш-попаданий и место блока в кэш-памяти.

В ассоциативной памяти тегов фактически существует две части: первая часть, которая подвергается ассоциативному сравнению, то есть предъявили входные данные b, а она отвечает путем одновременного сравнивания всех тегов ячеек, есть ли ячейка, которая ассоциирована с этим номером блоком или нет. Для последовательного сравнивания нет времени (10нс). Получается, сколько ячеек, столько компараторов адреса. Вся ассоциативная память строится по принципу распараллеливания в пространстве.

Если у нас размер кэш-памяти 512Кб, а размер слова 8 Байт, то число мест равно М=512к/8=64к. Впервые полностью ассоциативная память была применена в Intel4086 и объем ее был 4 места.