В простейшей схеме ЛЗУ, изображенной на рис. 1, в ЛЗУ загружается целиком блок последовательно расположенных данных из ОЗУ. Размер этого блока определяется размером ЛЗУ.
Рис. 1.  
Когда МП запрашивает данные по определенному адресу, контроллер ЛЗУ проверяет, есть ли они в ЛЗУ и в случае "кэш-попадания", возвращает их в МП. В случае "кэш-промаха", контроллер ЛЗУ обновляет полностью все данные в ЛЗУ.
Достоинство данной схемы — ее простота. Недостаток — данные в ЛЗУ обновляются всем блоком. При большом количестве промахов это будет приводить к задержкам в работе ЛЗУ и потере его эффективности.
Такая простейшая схема будет эффективно работать только при очень хорошо оптимизированной программе, когда максимальное количество данных сразу попадает в ЛЗУ.
Переключающееся ЛЗУ
Рис. 2.  
Идея переключающегося ЛЗУ представлена на рис. 2. По сути дела мы имеем здесь два ЛЗУ, которые работают независимо, но под управлением одного контроллера. Например, одно ЛЗУ может использоваться для данных, другое — для команд. В этом случае вероятность "кэш-промахов" снижается, так как данные и команды как правило лежат компактно, но отдельно.
Другой вариант использования такой схемы — разделение ЛЗУ на две части. Пока осуществляется поиск данных в одной части ЛЗУ, может "подкачиваться" информация в другую часть. Таким образом, экономится время на обновление ЛЗУ в случае фиксации "кэш-промаха".
Двухпортовое ЛЗУ
Двухпортовое ЛЗУ строится на основе двухпортового ЗУ, архитектура которого представлена на рис. 3.
Рис. 3.  
Двухпортовое ЗУ позволяет выполнять одновременный доступ по двум каналам, например, одновременно считывать и записывать. Таким образом, подкачка данных в ЛЗУ может выполняться одновременно с поиском данных в нем.
Недостатоком двухпортового ЛЗУ является большая стоимость двухпортового ЗУ.
Главной отличительной чертой всех простейших ЛЗУ и их главным недостатком является необходимость переноса из ОЗУ в ЛЗУ сразу целого блока данных. Это приводит к большим потерям времени в случае "кэш-промаха", так как нужно подгружать из ОЗУ большой объем данных.