在计算机早期阶段时候（比如使用DOS系统甚至更早），内存很小一般以KB为单位。那时候程序并不大，内存可以容纳。工程师对内存直接进行物理寻址，即程序中所用的地址是可以直接送进地址总线进行内存寻址的，地址与内存单元对应。
后来程序的规模不断增加，程序对内存的需求超过了内存的实际容量，例如4KB的内存，但是程序的大小为8KB。工程师将程序分段，先将需要运行的一段载入内存，等到需要另一段的时候，再将另一段换入。早期采取覆盖的方式，需要工程师手动分割程序。后来，操作系统完成这一任务，将程序分段，并在需要的时候，将内存中的段换出，再将新的段换入内存。后来，这种超过内存实际寻址空间的虚拟地址空间得以广泛使用。工程师抽象出虚拟内存，每个程序都有其独有的虚拟地址空间。
例子：在一个CPU位数为32位、内存为256MB的机器上,采用按字节寻址，可寻址地址范围为：0x00000000~0xFFFFFFFF(4GB)，但其实际内存却只有256MB。因此需要将可寻址的地址（虚拟地址）转换为内存中实际的地址（物理地址），这一任务由MMU（内存管理单元）完成，内存管理单元接收虚拟地址，并转换成物理地址，送入地址总线，以待读写内存数据。
物理地址
CPU地址总线传来的地址，可对内存寻址。物理地址空间中绝大部分是映射到内存条中的内存的，但也常被映射到其他存储器上（如显存、BIOS、设备控制器的端口）。在没有使用虚拟存储器的机器上，虚拟地址被直接送到内存总线上，使具有相同地址的物理存储器被读写；而在使用了虚拟存储器的情况下，虚拟地址不是被直接送到内存地址总线上，而是送到存储器管理单元MMU，把虚拟地址映射为物理地址。
虚拟地址
操作系统加载可执行文件后，创建了一个进程，这个进程就有了自己的虚拟地址空间，每个进程的虚拟地址空间都一样，如下图所示：
在采用段页机制的系统中，由逻辑地址转换得到的线性地址不是物理地址，而是虚拟地址，需要进一步的查找页表，最终生成物理地址。
逻辑地址
逻辑是在指有地址变换功能的计算机中,访内指令给出的地址 (操作数) ,也叫相对地址。要经过寻址方式的计算或变换才得到映射内存中的物理地址。
一个逻辑地址由两部份组成，段标识符: 段内偏移量（段内偏移量在采取段页机制的机器中，由页号：页内偏移量组成）。段标识符是由一个16位长的字段组成，称为段选择符。其中前13位是个索引号，后面3位包含一些硬件细节 。
线性地址
线性地址，是逻辑地址到物理地址变换之间的中间层。**在分段部件中逻辑地址包含段中的偏移地址，然后加上基地址就是线性地址（若采用段页机制，则该线性地址为虚拟地址，需进一步转换）。**线性地址通常用十六进制数字表示，程序代码会产生逻辑地址，通过逻辑地址变换就可以生成一个线性地址。如果启用了分页机制（见上图），那么线性地址可以再经过变换以产生一个物理地址。如果没有启用分页机制，那么线性地址直接就是物理地址。
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