1，基本概念
一個程序運行時沒必要全部都同時裝入內存，只需要把當前需要運行的部分裝入內存即可，這樣就使得一個大程序可以在較小的內存中運行，也使得內存中可以同時裝入更多的程序並發執行，從用戶角度看，該系統擁有的內存容量比實際的內存容量大的多，這樣的存儲器稱為虛擬存儲器。虛擬存儲器從邏輯上對內存容量進行了擴充，用戶看到的大容量是虛的。
在沒有使用虛擬存儲器的機器上，地址被直接送到內存總線上，使具有相同地址的物理存儲器被讀寫；而在使用了虛擬存儲器的情況下，虛擬地址不是被直接送到內存地址總線上，而是送到存儲器管理單元MMU，把虛擬地址映射為物理地址。（即MMU把虛擬地址空間和物理地址空間給隔開了）
虛擬地址空間：大小由CPU的位數決定，例如在一個32位的CPU系統中，這個虛擬內存地址范圍是0~0xFFFFFFFF （4G)，這個地址范圍稱為虛擬地址空間。
虛擬地址：虛擬地址空間中的某一個地址我們稱之為虛擬地址。
物理地址空間和物理地址就是對應實際的內存。
頁表（Page Table）：把虛擬內存轉換為物理內存，一般有兩種辦法，其一用一個數學公式進行轉換；另一個就是用表格存儲虛擬地址對應的物理地址，這個表格就稱為頁表。頁表有一個個條目（Entry）（條目也稱為描述符）組成，每個條目存儲了一段虛擬地址對應的物理地址及其訪問權限，或者下一級頁表的地址。我們以兩級頁表為例簡單說一下 虛 到 實的轉換過程：開始是頁表基址寄存器（存了一級頁表的基地址），這樣就來到了一級頁表，根據要找的虛擬地址找到一級頁表中的條目，如果此條目是段描述符，則返回物理地址結束；如果是二級頁表的描述符，則繼續利用虛擬地址在 此二級也頁表中找到條目，如果找到的條目是頁描述符，則返回物理地址，結束。
單獨說一下一級頁表，32位CPU的虛擬地址空間為4GB，一級頁表中使用了4096個描述符來表示這4GB空間，即每個描述符對應1MB的虛擬地址，這4096個描述符中存儲了它各種對應的1MB物理空間的起始地址 或者 下一級頁表的地址。
TLB(Translation Lookaside Buffer)轉換檢測緩沖區是一個內存管理單元,用於改進虛擬地址到物理地址轉換速度的緩存。
CPU每次拿着虛擬內存去找物理地址，從概念上說，這個轉換需要遍歷頁表，如果頁表是二級頁表，就需要2次內存訪問才能拿個物理地址，讀寫數據還得訪問一次。這一遍遍訪問內存，遍歷頁表太慢。所以出現了TLB（常用的幾十個虛擬地址與物理地址的對應表，當然滿了會有算法去更新），CPU發出虛擬地址，MMU先訪問TLB，如果有這個虛擬地址則直接用這個描述符進行地址轉換和權限檢查，沒有再去遍歷頁表，找到描述符進行那倆工作，並把描述符填入TLB（TLB已滿，用round-robin算法找到一個條目，覆蓋它）。
Cache高速緩沖存儲器，在主存和CPU通用寄存器間設置的一個高速的小存儲器，，把正在執行的指令地址附近的指令或數據從主存中調入這個存儲器，供CPU在一段時間內使用。啟用Cache后，CPU讀數據，如果Cache中有這個數據的復本則直接返回，否則從主存中讀取。
TLB 和 Cache的都是一種緩存。
2，MMU
內存管理單元（Memory Management Unit）簡稱MMU，兩個功能：虛擬地址到物理地址的映射；提供硬件機制的內存訪問權限檢查。
1）虛擬地址到物理地址的映射
現代的多用戶多進程操作系統，通過MMU使每個用戶進程都擁有自己獨立的地址空間：地址映射功能使得各進程擁有“看起來”一樣的地址空間。
例如WINDOWS操作系統將地址范圍4M-2G划分為用戶地址空間，進程A在地址0X400000（4M）映射了可執行文件，進程B同樣在地址0X400000（4M）映射了可執行文件，如果A進程讀地址0X400000，讀到的是A的可執行文件映射到RAM的內容，而進程B讀取地址0X400000時，則讀到的是B的可執行文件映射到RAM的內容。
ARM的CPU上地址轉換有3個概念：虛擬地址VA、變換后的虛擬地址MVA、物理地址PA。
- 沒啟動MMU時，CPU、cache、MMU、外設等所有部件使用的是物理地址；
- 啟動MMU之后，CPU對外發出虛擬地址VA，VA被轉換為MVA供cache、MMU使用，MVA在這里被轉換為PA，最后使用PA讀寫實際的硬件設備(內部寄存器或外接設備)。
CPU核看到的、用到的只是虛擬地址VA。實際設備看不到VA和MVA，讀寫他們時使用的是物理地址PA。
2）提供硬件機制的內存訪問權限檢查
簡單來說就是決定一塊內存是否允許讀，是否允許寫。頁表描述符的域（domain），描述符的AP位，CP15寄存器C3，CP15寄存器C1D R/S/A位。MMU根據這些值來進行權限檢查。
《嵌入式Linux應用開發完全手冊》