La memoria virtual es una abstracción de la memoria principal. Se utiliza para ocultar la información de la memoria física real del sistema. Amplía la memoria disponible de la computadora al almacenar las partes inactivas del contenido de la RAM en un disco, ya que cuando se requiere dicho contenido, lo recupera a la RAM.

La memoria virtual genera direcciones de tres formas (para máquinas RISC): una instrucción de carga, una instrucción de almacenamiento o buscando una instrucción. La memoria virtual tiene varias ventajas, ya que utiliza la memoria principal de manera eficiente. Simplifica la administración de la memoria a medida que cada proceso adquiere el mismo espacio de dirección lineal uniforme. También aísla los espacios de direcciones y evita cualquier conflicto de memoria de proceso.

La memoria caché es una memoria pequeña y de alta velocidad. Almacena datos de las direcciones de la memoria principal que se utilizan varias veces. Puede estar disponible como una parte reservada de la memoria principal o como un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad independiente. Se puede acceder a la memoria caché a una velocidad muy rápida en comparación con la memoria principal normal.

Si un procesador necesita escribir o leer una ubicación en la memoria principal, verifica la disponibilidad de la ubicación de la memoria en el caché. Se realiza comparando la dirección de la ubicación de la memoria con todas las etiquetas en el caché que tienen la posibilidad de contener esa dirección en particular. En el caso de que la ubicación de la memoria se encuentre en el caché, se considera un acierto de caché, y si no, en ese caso se considera falta de caché.

La memoria virtual y la memoria caché son conceptualmente iguales. Sin embargo, difieren en los términos de implementación. Esto se debe a los requisitos de velocidad de la memoria caché.