在内存分段系统中，一个程序的逻辑地址通过分段机制自动地映射（变换）到中间层的4GB（2^32B）线性地址空间中。程序每次对内存的引用都是对内存段中内存的引用。当程序引用一个内存地址时，通过把相应的段基址加到程序员看得见的逻辑地址上就形成了一个对应的线性地址。此时若没有启用分页机制，则该线性地址就被送到CPU的外部地址总线上，用于直接寻址对应的物理内存。如图所示。
那么虚拟存储管理是怎样实现的呢？首先，当一个程序需要使用一块不存在的内存时（即在内存页表项中已标出相应内存页面不在内存中），CPU就需要一种方法来得知这个情况。这是通过80386的页错误异常中断来实现的。当一个进程引用一个不存在页面中的内存地址时，就会触发CPU产生页出错异常中断，并把引起中断的线性地址放到CR2控制寄存器中。因此处理该中断的过程就可以知道发生页异常的确切地址，从而可以把进程要求的页面从二级存储空间（如硬盘上）加载到物理内存中。如果此时物理内存已经被全部占用，那么可以借助二级存储空间的一部分作为交换缓冲区（Swapper）把内存中暂时不使用的页面交换到二级缓冲区中，然后把要求的页面调入内存中。这也就是内存管理的缺页加载机制。通常虚拟内存空间要比实际物理内存量大得多。
那么，分段管理和分页管理的区别在哪里呢？
1、页是信息的物理单位，分页是为实现离散分配方式，以消减内存的外零头，提高内存的利用率；或者说，分页仅仅是由于系统管理的需要，而不是用户的需要。
段是信息的逻辑单位，它含有一组其意义相对完整的信息。分段的目的是为了能更好的满足用户的需要。
2、页的大小固定且由系统确定，把逻辑地址划分为页号和页内地址两部分，是由机器硬件实现的，因而一个系统只能有一种大小的页面。
段的长度却不固定，决定于用户所编写的程序，通常由编辑程序在对源程序进行编辑时，根据信息的性质来划分。
3、分页的作业地址空间是维一的，即单一的线性空间，程序员只须利用一个记忆符，即可表示一地址。
分段的作业地址空间是二维的，程序员在标识一个地址时，既需给出段名，又需给出段内地址。