處理器在進行存儲器訪問時，處理器訪問的是虛擬地址，經過TLB和MMU的映射，最終變成了物理地址。那麼在查詢cache組的時候，需要使用虛擬地址的索引域或者物理地址的索引域（Index），同樣地，在查詢到cache組之後，可以使用虛擬地址的標記域或者物理地址的標記域（Tag）來匹配cache line. cache可以設計成通過虛擬地址或者物理地址來訪問，這個在處理器設計的時候已經確定下來，可以分成如下三種：
- VIVT（Virtual Index Virtual Tag）：使用虛擬地址索引域和虛擬地址的標記域。
- VIPT（Virtual Index Physical Tag）：使用虛擬地址的索引域和物理地址的標記域。
- PIPT（Physical Index Physical Tag）：使用物理地址的索引域和物理地址的標記域。
先來看一下VIVT，這種緩存模式直接使用虛擬地址的索引域和標記域來查找cache line，不經過MMU的翻譯，所以查找速度會快一些。然而VIVT的方式可能會導致緩存別名（cache aliasing）的問題，也就是多個相同的虛擬地址可能會被映射到同一個物理地址（synonyms）例如進程間通信，這會導致指向同一個內存地址的虛擬地址的緩存被分開存儲，所以可能產生一致性問題，比如更改了一個虛擬地址的緩存行後，與它指向相同物理地址的虛擬地址的緩存行沒有更改，導致數據不一致。還有可能是相同的虛擬地址指向不同的物理地址（homonyms）（比如說在不同的進程中），僅僅依靠Virtual Index是不能區分這種情況的，不過可以通過清除緩存來解決這一問題（在進程切換的時候不清除緩存），或者可以爲每個虛擬地址空間加個標記（ASID）來區分不同的地址空間。另外還有一個問題是當虛擬地址到物理地址的映射發生變化時，也需要清除一些緩存。所有的這些問題在使用VIPT之後都會迎刃而解。
再來看一下VIPT，VIPT使用虛擬地址的索引域和物理地址的標記域來查找cache line，它可以避免homonyms問題。至於synonyms問題，以Linux kernel爲例，它是以4kb爲頁面進行管理的，那麼對於一個頁來說，虛擬地址和物理地址的低12bit是相同的，所以不同的虛擬地址映射到同一個物理地址的時候，這些虛擬地址的低12bit也是相同的，在這種情況下，如果索引域在0~12bit之內，那麼這些虛擬地址的cache組是相同的，同樣的它們的Physical Tag也是相同的，那麼這些不同的虛擬地址的cache line在cache裏面是同一個，因此不會產生一致性問題。另外，VIPT其實相比VIVT也沒有太大的性能缺失，按照正常的TLB命中率和一些內部的探測手段可以繞過地址翻譯，那麼VIPT和VIVT相比起來性能也差不多。
最後看一下PIPT，這種方式下索引域和標記域都採用物理地址，這種方式也可以避免緩存別名問題，不過性能方面要差一些，因爲要先經過地址翻譯的過程。
緩存對於CPU的性能來說很關鍵，所以一些L1-cache使用的是virtual index，這樣至少能和TLB的查詢過程一起並行地從cache中取出一組數據，然後根據TLB的結果從中選擇Tag相同的那條數據。但是virtual index並不是對於所有級別的緩存都是最佳選擇，緩存別名問題對於越大的緩存解決起來就越代價越大，所以一些二級或更大的緩存使用的是physical index.在過去CPU曾經使用過virtual tag和physical tag，但是現在使用virtual tag的已經不多了，畢竟如果TLB查詢能夠在從cache中返回數據之前結束的話，那就不需要使用virtual tag了。大的緩存都傾向於使用physical tag，只有一些小的、低延遲的緩存才使用virtual tag。在最近的通用CPU中，virtual tag已經被vhints所取代。