物理地址扩展

物理地址扩展（Physical Address Extension，缩写为PAE），又釋實體位置延伸，是x86处理器的一个功能，讓中央处理器在32位元操作系统下存取超过4GiB的實體記憶體。

PAE为IntelPentium Pro及以上级别的CPU（包括除了总线频率为400MHz的这个版本的奔腾M之外的所有新型号奔腾系列处理器）所支持，其他兼容的处理器，如速龙（Athlon）和AMD的较新型号的CPU也支持PAE。

x86的处理器增加了额外的地址线以选择那些增加了的記憶體，所以實體記憶體的大小从32位增加到了36位。最大的實體記憶體由4GB增加到了64GB。

32位的虚拟地址（线性地址）则没有变，所以一般的应用软件可以继续使用地址为32位的指令；如果用平面内存模式的话，这些软件的地址空间也被限制为4GiB。操作系统用页表将这4GiB的地址空间映射到大小为64GiB的實體記憶體，而这个映射对各个进程一般是不一样的。这样一来，即使不能为单单一个程序所用，那些增加了的物理内存仍然可以发挥作用。

对于需要超过4GiB内存的应用软件来说，除了一般的PAE支持，还需要操作系统提供另外的特殊的技术。在Windows上，这种技术叫做Address Windowing Extensions（AWE）。而在类Unix的系统上则有多种技术在使用，例如使用mmap()按需要把一部分文件映射到地址空间；但是，这还没有成为一个标准。

页表结构
在传统的32位的保护模式中，x86处理器使用一种两级的转换方案。在这种方案中，控制暫存器CR3指向一个长4KiB的页目录（page directory）；页目录又分为1024个每个4KiB的页表（page table）；最后页表又分为1024个每个长4KiB的页。

启用PAE（通过设置控制暫存器CR4的第5位来启用）会改变上面的方案。默认情况下，每页的大小是4KiB的。页表和页目录中的表项都从32位扩为64位（8字节）以使用附加的地址位。但是，页表和页目录的总大小不变。所以，页表和页目录现在都只有512个表项。因为这变成了原来方案的一半，所以另外的一个级加了进来：CR3现在指向的是页目录指针表，即一个包含4个页目录指针的表。

页目录裡的表项的第7位叫做PS（Page Size）。如果这个位设为1，则页目录的表项不再指向页表，而是指向一个2MiB的页。页目录里还有另外一个叫NX位元的标志位。它是第63位，表示No eXecute。因为页表项中最低的12位，要么是这种标识位，要么是和操作系统相关的数据，所以最多可有52位在将来用于在252 字节，即4pebibyte的物理内存中寻址。

现在，x86架构只使用该52位中的36位。对于在长模式（long mode）中的x86-64处理器，PAE是必须的；其中AMD64使用了52位中的40位或48位 Page 3.42.，而Intel64將最多使用46位Intel 64 architecture increases the linear address space for software to 64 bits and supports physical address space up to 46 bits." on page Vol. 1 2-21 of Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer's Manual September 2014 。

CPU对PAE模式的支持可以通过CPUID标志PAE来识别。

操作系统的支持
FreeBSD
FreeBSD的4.x系列从4.9开始支持PAE，而5.x系列则从5.1开始。6.x及以后的系列都支持PAE。对内核的PAE的配置是必须的。如果一个可加载内核模块是启用了PAE的，则它只可以被加载到一个启用了PAE的内核；FreeBSD中二进制版本的模块没有启用PAE，所以它们不能加载到启用了PAE的内核。并不是所有驱动程序都支持4GiB的物理内存的；这种驱动程序不能在启用了PAE的内核下正常工作。

Linux
Linux内核从2.6版本开始全面支持PAE，这使得在32位的机器上可以访问高达64GB的物理内存。启用了PAE的Linux内核还需要同样支持PAE的CPU。从2008年起，很多一般发布的Linux版本都默认使用启用了PAE的内核。

Mac OS X 
运行在Intel　CPU上的Mac OS X都支持PAE和NX位；在受苹果支持的CPU上它也支持该两种特性。即使Mac OS X 10.5 Leopard内核仍然是32位的，但是Mac Pro和Xserve系统现在也是支持32GiB的RAM的。

Solaris
Solaris从版本7开始支持PAE。但是，版本7的那些没有专门支持PAE的第三方驱动程序在支持PAE的系统上可能会发生错误，甚至完全崩溃。。
Windows
PAE受下列版本的32位版的Windows所支持：
 系统版本 最大物理内存支持 Windows 2000 Advanced Server 8 GiB Windows 2000 Datacenter Server 32 GiB Windows XP  4 GiB Windows Server 2003 Enterprise Edition 32 GiB Windows Server 2003 SP1+ or R2 Enterprise Edition 64 GiB Windows Server 2003 Datacenter Edition  64 GiB  Windows Server 2003 Standard Edition 4 GiB Windows Vista 4 GiB Windows Server 2008 Enterprise or Datacenter Edition 64 GiB Windows Server 2008 other editions 4 GiB Windows 7 Starter 2 GiB Windows 7 other editions 4 GiB

Windows XP SP2和其他新的版本，默认在有no-execute (NX)和execute-disable (XD)特性的处理器上以PAE模式运行以允许NX。NX（或XD）在页表项的第63位。如果没有PAE，页表项就只有32位；所以要利用NX这个特性的话，就必须运行在PAE模式下。但是，基于保证驱动兼容性等原因，微软通过许可证，在内核中把桌面版Windows（包括Windows XP、Windows Vista和Windows 7）和部分低端Windows Server的物理地址空间限制为4GiB。

参见
 PSE-36: an alternative to Physical Address Extension
 Page Size Extension
 Architecture of Windows NT
参考资料

外部链接
 Windows PAE entry on MSDN Library
 Windows PAE entry on Microsoft knowledge base 
 Paging Extensions for the Pentium Pro Processor

Category:X86架構
Category:虚拟内存