组相联方式是目前在Cache中用得比较多的一种地址映象和变换方式，实际上，它是介于全相联和直接相联之间的一种折中方案。
组相联映象方式也采用与全相联映象方式和直接相联映象方式相同的方法把主存和Cache按同样大小划分成块。所不同的地方是：组相联映象方式还把主存和Cache按同样大小划分成组，每一组都由相同的块数组成，如图5.29所示。
由于主存储器的容量要比Cache的容量大得多，因此，主存的组数要比Cache的组数多。从主存的组到Cache的组之间采用直接映象方式。在主存中的一组与Cache中的一组之间建立了直接映象关系之后，在两个对应的组内部采用全相联映象方式。在图5.29中，只画出了组间的直接映象关系。在有直接映象关系的任意一个主存的组与相应的Cache的组之间是全相联映象关系。例如，主存的组0直接映象到Cache的组0，则主存中的块0可以映象到Cache中的块0、块1、……、块Gb-1中的任意一块中。在图5.29中，Gb是每一组的块数，Cg是Cache的组数。另外，与直接映象方式一样，Me是主存的区数，Cb为Cache的块数，Mb为主存的块数。
为了实现主存块号到Cache块号的变换，需要一个由高速小容量存储器做成的块表存储器。块表存储器在块内采用相联方式访问，在块之间采用按地址方式访问。块表的容量与Cache的块数相等，字长为主存地址中的区号E、组内块号B与Cache地址中的组内块号b的长度之和，另外再加一个有效位及其它控制字段等。
为了提高Cache的访问速度，可以把Cache的地址变换与访问Cache并行进行，并采用流水线方式工作。
在组相联映象方式中，组内的块数一般是很小的，如4块左右。因此，可以采用把块表存储器中一个相联比较的组按块方向展开存放，如图5.31所示。这样，可以用多个相等比较器来代替相联访问，以加块查表的速度。许多实用的组相联Cache都采用这种方法，它的地址变换过程与上面的方法类似。
另外，块表中的有效位是用来标记一个块的映象关系是否成立的。它使用和管理方法与直接映象方式中的地址变换过程完全相同。 当一个块内的字数不多时，可以把块表与Cache合并成一个存储器。图5.31中的块号b字段用Cache中的数据字来代替，并且用Cache地址中块内地址部分控制一个多路选择器，从读出的多个数据字中选择一个所需要的数据字。
组相联映象方式与直接映象方式相比，最明显的优点是块的冲突概率大大降低。例如，在直接映象方式中，主存中的一块只能映象到Cache中的一个确定块中。在每组为4块的组相联映象方式中，主存中的一块能够映象到Cache的4个确定的块中。因此，采用组相联映象方式，Cache的块失效率能够明显降低。但是，由于组相联映象方式在组内部需要进行相联比较，因此，实现的难度和造价要比直接映象方式高。
组相联映象方式与全相联映象方式相比，实现起来要容易得多，但Cache的命中率与全相联映象方式很接近。因此，组相联映象方式在许多机器中得到广泛的应用。
在Cache的容量和每块的大小确定之后，可以通过选择每组的块数Gb和Cache的组数Cg，即分配Cache地址中组号g和组内块号b两个字段的长度，来优化Cache的性能。主要包括块冲突概率，块的失效率，查表的速度，实现的复杂性和成本等。一般来说，每组的块数Gb越大，块的冲突概率和Cache的失效率就越低，但由于映象关系复杂，查表的速度就越慢，实现的成本也越高。
表5.3给出了采用组相联映象方式的一些典型机器的Cache分组情况。从表中可以看出，每组的块数一般都很小。有近一半的机器选择每组为两块，最多的为16块，其主要原因是：当每个组的块数增大时，需要进行相联访问的存储器的容量将增加，造成查表的速度降低，实现成本增加。但是，当每个组的块数太少时，块的冲突概率和Cache的失效率就会增大。例如，当每组的块数为2时，主存的各个分区中相对块号相同那些块只能映象到Cache的两个特定块中，当这些块中有两个以上是当前的常用块时，就会出现所谓的颠簸现象。
