全相聯映射方式的優點是Cache的空間利用率高，但缺點是相聯存儲器龐大，比較電路複雜，因此只適合於小容量的Cache之用。
訪問過程： 當一個主存塊調入 Cache中時，會同時將主存地址的T標誌存入Cache塊的標誌字段中。當CPU送來一個訪存地址時，首先，根據該主存地址的C字段找到Cache的相 應塊，然後將該塊標誌字段中存放的標誌與主存地址的T標誌進行比較，若相符，說明主存的塊目前已調入該Cache塊中，則命中，於是使用主存地址的W字段 訪問該Cache塊的相應字單元；若不相符，則未命中，於是使用主存地址直接訪主存。
評價： 直接相聯映射方式的優點 是比較電路最簡單，但缺點是Cache塊衝突率較高，從而降低了Cache的利用率。由於主存的每一塊只能映射到Cache的一個特定塊上，當主存的某塊 需調入Cache時，如果對應的Cache特定塊已被佔用，而Cache中的其它塊即使空閒，主存的塊也只能通過替換的方式調入特定塊的位置，不能放置到 其它塊的位置上。
當一個主存塊調入Cache中時，會同時將其主存塊地址的前s位寫入一個由相聯存儲器實現的快表的對應Cache塊項的s字段中。例如，設主存的某塊調入Cache的第1組的第2塊中，則在快表的組1第3項的s字段會登記下該主存塊地址的前s位。
CPU訪存時，首先，根據主存地址中的主存塊號中的u字段找到快表的相應組，然後將該組的所有項的前s位同時與主 存地址的s字段作比較，若相符，則說明主存塊在Cache中，於是將Cache中該項的v字段取出，作爲Cache地址的v字段，而Cache地址的u、 W字段直接由主存地址的u、W字段形成，最後形成一個完整的訪Cache地址。當然，若比較結果是沒有相符項，則未命中，由主存地址直接訪主存。
其實，全相聯映射和直接相聯映射可以看成是組相聯映射的兩個極端情況。若u＝0，v＝C，則Cache只包含1組，此即全相聯映射方式；若u＝C，v＝0，則組內的塊數等於1，此即直接相聯映射。