Архитектуры ассоциативного ЛЗУ и ЛЗУ с прямым отображением представляют собой крайние случаи оптимизации: в первом случае минимизируется количество промахов, во втором — минимизируется время поиска в ЛЗУ. И та и другая архитектуры имеют и свои недостатки. Разумно предположить, что объединение указанных подходов позволит получить весьма эффективное решение. Такой "гибридный" вариант получил название наборно-ассоциативного ЛЗУ.
Архитектура наборно-ассоциативного ЛЗУ похожа на архитектуру ЛЗУ прямого отображения (рис. 1).
Рис. 1.  
Вся основная память разделяется на страницы. Однако само ЛЗУ состоит из нескольких (в данном примере — двух) независимых блоков, каждый из которых представляет собой, по сути, ЛЗУ прямого отображения. Таким образом, ячейка ОЗУ, имеющая определенный индекс на странице, может быть загружена в одну из двух ячеек ЛЗУ, имеющих такой же индекс в блоке 0 или блоке 1. В ЛЗУ одновременно может находиться информация из двух или более ячеек основного ЗУ, имеющих одинаковый индекс и расположенных на разных страницах.
Проверка наличия запрашиваемого адреса в ЛЗУ сводится к сравнению номера страницы, расположенного в соответствующей строке таблицы тэгов, с номером страницы запрашиваемого адреса. При этом количество сравнений равно количеству блоков в ЛЗУ. Поэтому скорость проверки запрашиваемого адреса практически такая же, как и для ЛЗУ прямого отображения и намного меньше, чем в случае ассоциативного ЛЗУ.
При такой архитектуре вероятность "пробуксовки кеша" снижается. Однако усложняется аппаратная реализация ЛЗУ.
В настоящее время ЛЗУ наборно-ассоциативной архитектуры получили наибольшее распространение благодаря удачному сочетанию преимуществ ассоциативных ЛЗУ и ЛЗУ прямого отображения.