Sprzęt komputerowy odpowiedzialny za zarządzanie systemem pamięci komputera nazywany jest jednostką zarządzania pamięcią (MMU). Ten składnik służy jako bufor między procesorem a pamięcią systemową. Funkcje realizowane przez jednostkę zarządzania pamięcią można zwykle podzielić na trzy obszary: zarządzanie pamięcią sprzętową, zarządzanie pamięcią systemu operacyjnego i zarządzanie pamięcią aplikacji. Chociaż jednostka zarządzania pamięcią może być oddzielnym elementem układu scalonego, zwykle jest zintegrowana z jednostką centralną (CPU).
Ogólnie rzecz biorąc, sprzęt związany z zarządzaniem pamięcią obejmuje pamięć o dostępie swobodnym (RAM) i pamięci podręczne. Pamięć RAM to fizyczna komora pamięci znajdująca się na dysku twardym. Jest to główny obszar pamięci komputera, w którym dane są odczytywane i zapisywane. Bufory pamięci służą do przechowywania kopii niektórych danych z pamięci głównej. Procesor uzyskuje dostęp do tych informacji przechowywanych w pamięci podręcznej, co pomaga przyspieszyć czas przetwarzania.
Gdy pamięć fizyczna lub RAM wyczerpie się, komputer automatycznie używa pamięci wirtualnej z dysku twardego do uruchomienia żądanego programu. Jednostka zarządzania pamięcią przydziela pamięć z systemu operacyjnego do różnych aplikacji. Obszar adresu wirtualnego, który znajduje się w jednostce centralnej, składa się z szeregu adresów podzielonych na strony. Strony są dodatkowymi blokami pamięci o równym rozmiarze. Zautomatyzowany proces stronicowania umożliwia systemowi operacyjnemu wykorzystanie przestrzeni dyskowej rozproszonej na dysku twardym.
Zamiast tego, że użytkownik otrzymuje komunikat o błędzie, że nie ma wystarczającej ilości pamięci, MMU automatycznie instruuje system, aby zbudował wystarczającą ilość pamięci wirtualnej do wykonania aplikacji. Ciągła przestrzeń pamięci wirtualnej jest tworzona z puli równych bloków pamięci wirtualnej do uruchamiania aplikacji. Ta funkcja jest głównym kluczem do skutecznego i wydajnego działania tego procesu, ponieważ system nie musi tworzyć jednego kawałka pamięci wirtualnej, aby obsłużyć wymagania programu. Tworzenie różnych rozmiarów przestrzeni pamięci, aby pomieścić programy o różnych rozmiarach, powoduje problem znany jako fragmentacja. Może to prowadzić do braku wystarczającej ilości wolnego miejsca dla większych programów, gdy całkowita dostępna przestrzeń jest faktycznie wystarczająca.
Zarządzanie pamięcią aplikacji obejmuje proces przydzielania pamięci wymaganej do uruchomienia programu z dostępnych zasobów pamięci. W większych systemach operacyjnych może być uruchomionych wiele kopii tej samej aplikacji. Jednostka zarządzania pamięcią często przypisuje aplikacji adres pamięci, który najlepiej odpowiada jej potrzebom. Łatwiej jest przypisać tym programom te same adresy. Ponadto jednostka zarządzająca pamięcią może w razie potrzeby rozdzielać zasoby pamięci do programów. Po zakończeniu operacji pamięć jest odzyskiwana do użytku w innym miejscu.
Jednym z głównych wyzwań dla jednostki zarządzającej pamięcią jest wyczuwanie, kiedy dane nie są już potrzebne i mogą zostać odrzucone. To zwalnia pamięć do wykorzystania w innych procesach. Z tego powodu automatyczne i ręczne zarządzanie pamięcią stało się odrębnym kierunkiem studiów. Nieefektywne zarządzanie pamięcią stanowi poważny problem, jeśli chodzi o optymalną wydajność systemów komputerowych.