位址轉換（address translation）

想像一位櫃台人員，他唯一的工作就是把訪客報出的房號（「第 412 號房」）查目錄轉換成大樓的真實位置（「北翼、第 503 號櫃」）——並且若第 412 號房不是這位訪客能進的，就拒絕他。位址轉換（address translation）正是這種查找加檢查，在每一次記憶體存取時都執行，把程式的虛擬位址轉成記憶體晶片聽得懂的實體位址，同時執行權限管控。

具體來說，轉換以分頁為單位進行。虛擬位址拆成虛擬分頁號與位移。分頁號用來索引分頁表；對應的項目給出一個實體頁框號，加上一個有效位元與一些保護位元。硬體檢查有效位元（這一頁在記憶體裡嗎？）與保護位元（這次的讀／寫／執行被允許嗎？）。若一切無誤，就把實體位址組成（頁框號、位移），存取繼續。若分頁不在記憶體中，就引發分頁錯誤陷入作業系統；若違反保護，也會引發錯誤（通常會終止程式）。為了避免每次都付出整套分頁表走訪的代價，最近的轉換會被快取在 TLB 中。

為何重要：轉換是讓整個錯覺成真的機制，而且它位在每一次載入與儲存的關鍵路徑上，所以必須快——這正是為什麼由硬體（MMU 與 TLB）來做，而不是軟體。它同時統合了好幾項功能：重定位（任何虛擬分頁都能對應到任何頁框）、保護（逐頁的權限檢查）與共享（兩張分頁表可以指向同一個頁框）。誠實的代價：一次 TLB 未命中會迫使較慢的分頁表走訪，這份額外開銷乘上數十億次存取後，是真實存在的。