Paginação
A paginação permite que o programa possa ser espalhado por áreas não contíguas de memória. Com isso, o espaço de endereçamento lógico de um processo é dividido em páginas lógicas de tamanho fixo e a memória física é dividida em páginas com tamanho fixo, com tamanho igual ao da página lógica. Nisso, o programa é carregado página a página, cada página lógica ocupa uma página física e as páginas físicas não são necessariamente contíguas. O endereço lógico é inicialmente dividido em duas partes : um número de página lógica (usado como índice no acesso a tabela de páginas, de forma a obter o número da página física correspondente) e um deslocamento dentro da página. Não existe fragmentação externa, porém existe fragmentação interna.

Segmentação
Técnica de gerência de memória onde programas são divididos em segmentos de tamanhos variados cada um com seu próprio espaço de endereçamento. A principal diferença entre a paginação e a segmentação é a alocação da memória de maneira não fixa, a alocação depende da lógica do programa. O mapeamento é feito através das tabelas de mapeamento de segmentos e os endereços são compostos pelo número do segmento e um deslocamento dentro do segmento. Cada entrada na tabela mantém o endereço físico do segmento, o tamanho do segmento, se ele está ou não na memória e sua proteção. Para isso ocorrer sem problemas, o sistema operacional mantém uma tabela com as áreas livres e ocupadas da memória e somente segmentos referenciados são transferidos para a memória principal. Nesse modelo diferentemente da Paginação, ocorre fragmentação externa.

Paginação com Segmentação
Se os segmentos são grandes, não dá para mantê-los na memória em sua totalidade. Gerando a ideia de paginar os segmentos só deixando na memória as páginas realmente necessárias a cada segmento. Um exemplo de SO que usa esse conceito é o MULTICS que foi o primeiro sistema com suporte a segmentos paginados. E como funciona? Simples, cada segmento é dividido fisicamente em páginas e o endereço é formado pelo número do segmento, número da página dentro desse segmento e o deslocamento dentro dessa página.

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Alocação Não Contigua (Paginação e segmentação)