计算机系统的主存被组织成一个由M个连续的字节大小的单元组成的数组。每字节都有一个唯一的物理地址（Physical Address，PA）。CPU访问内存的最自然的方式就是使用物理地址。我们把这种方式称为物理寻址（physical addressing）。
现代处理器使用的是一种称为虚拟寻址（virtual addressing）的寻址方式。使用虚拟寻址，CPU通过生成一个虚拟地址（Virtual Address，VA）来访问主存，这个虚拟地址在被送到内存之前先转换成适当的物理地址。将一个虚拟地址转换为物理地址的任务叫做地址翻译（address translation）。CPU芯片上叫做内存管理单元（Memory Management Unit，MMU）的专用硬件，利用存放在主存中的查询表来动态翻译虚拟地址，该表的内容由操作系统管理。
2、地址空间
地址空间（address space）是一个非负整数地址的有序集合。
如果地址空间中的整数是连续的，那么我们说它是一个线性地址空间（linear address space）。在一个带虚拟内存的系统中，CPU从一个有N=2^n个地址的地址空间中生成虚拟地址，这个地址空间称为虚拟地址空间（virtual address space）。
一个系统还有一个物理地址空间（physical address space），对应于系统中物理内存的M个字节。
3、虚拟内存作为缓存的工具
概念上而言，虚拟内存被组织为一个由存放在磁盘上的N个连续的字节大小的单元组成的数组。每个字节都有一个唯一的虚拟地址，作为到数组的索引。磁盘上数组的内容被缓存在主存中。和存储器层次结构中其他缓存一样，磁盘（较低层）上的数据被分割成块，这些块作为磁盘和主存（较高层）之间的传输单元。VM系统通过将虚拟内存分割为称为虚拟页（Virtual Page，VP）的大小固定的块来处理这个问题。每个虚拟页的大小为P=2^p字节。类似的，物理内存被分割为物理页（Physical Page，PP），大小也为P字节（物理页也被称为页帧（page frame））。
在任意时刻，虚拟页面的集合都分为三个不相交的子集：
未分配的：VM系统还未分配（或者创建）的页。未分配的块没有任何数据它们相关联，因此也就不占用任何磁盘空间。
缓存的：当前已缓存在物理内存中的已分配页。
未缓存的：未缓存在物理内存中的已分配页。