物理地址擴展

在計算機科學中，物理地址擴展是指x86和x86-64處理器的一個特色，即如果作業系統提供適當支持，則可以在32位的系統中使用超過4GiB位元組的實體記憶體。PAE為IntelPentium Pro及以上級別的CPU（包括除了匯流排頻率為400MHz的這個版本的奔騰M之外的所有新型號奔騰系列處理器）所支持，其他兼容的處理器，如速龍（Athlon）和AMD的較新型號的CPU也支持PAE。

基本介紹

• 中文名：物理地址擴展
• 外文名：Physical address extension
• 又稱：實體位置延伸
• 縮寫：PAE

概述

x86的處理器增加了額外的地址線以選擇那些增加了的記憶體，所以實體記憶體的大小從32位增加到了36位。最大的實體記憶體由4GiB增加到了64GiB。

32位的虛擬地址（線性地址）則沒有變，所以一般的套用軟體可以繼續使用地址為32位的指令；如果用平面記憶體模式的話，這些軟體的地址空間也被限制為4GiB。作業系統用頁表將這4GiB的地址空間映射到大小為64GiB的實體記憶體，而這個映射對各個進程一般是不一樣的。這樣一來，即使不能為單單一個程式所用，那些增加了的物理記憶體仍然可以發揮作用。

對於需要超過4GiB記憶體的套用軟體來說，除了一般的PAE支持，還需要作業系統提供另外的特殊的技術。在Windows上，這種技術叫做Address Windowing Extensions（AWE）。而在類Unix的系統上則有多種技術在使用，例如使用mmap()按需要把一部分檔案映射到地址空間；但是，這還沒有成為一個標準。

頁表結構

在傳統的32位的保護模式中，x86處理器使用一種兩級的轉換方案。在這種方案中，控制暫存器CR3指向一個長4KiB的頁目錄（page directory）；頁目錄又分為1024個每個4KiB的頁表（page table）；最後頁表又分為1024個每個長4KiB的頁。

啟用PAE（通過設定控制暫存器CR4的第5位來啟用）會改變上面的方案。默認情況下，每頁的大小是4KiB的。頁表和頁目錄中的表項都從32位擴為64位（8位元組）以使用附加的地址位。但是，頁表和頁目錄的總大小不變。所以，頁表和頁目錄現在都只有512個表項。因為這變成了原來方案的一半，所以另外的一個級加了進來：CR3現在指向的是頁目錄指針表，即一個包含4個頁目錄指針的表。

頁目錄里的表項的第7位叫做PS（Page Size）。如果這個位設為1，則頁目錄的表項不再指向頁表，而是指向一個2MiB的頁。頁目錄里還有另外一個叫NX位元的標誌位。它是第63位，表示No eXecute。因為頁表項中最低的12位，要么是這種標識位，要么是和作業系統相關的數據，所以最多可有52位在將來用於在2^52位元組，即4pebibyte的物理記憶體中定址。

現在，x86架構只使用該52位中的36位。對於在長模式（long mode）中的x86-64處理器，PAE是必須的；其中使用了52位中的40位或48位[1]。

CPU對PAE模式的支持可以通過CPUID標誌PAE來識別。

未啟用PAE, 4 KB的頁

未啟用PAE, 4 MB的頁

啟用PAE，4 KB的頁

啟用PAE，2 MB的頁

作業系統的支持

FreeBSD

FreeBSD的4.x系列從4.9開始支持PAE，而5.x系列則從5.1開始。6.x及以後的系列都支持PAE。對核心的關於PAE的配置是必須的。如果一個可載入核心模組是啟用了PAE的，則它只可以被載入到一個啟用了PAE的核心；FreeBSD中二進制版本的模組沒有啟用PAE，所以它們不能載入到啟用了PAE的核心。並不是所有驅動程式都支持4GiB的物理記憶體的；這種驅動程式不能在啟用了PAE的核心下正常工作。

Linux

Linux核心從2.6版本開始全面支持PAE，這使得在32位的機器上可以訪問64GB的記憶體。啟用了PAE的Linux核心還需要同樣支持PAE的CPU。從2008年起，很多一般的發布的Linux版本都默認使用啟用了PAE的核心。

Mac OS X

運行在Intel　CPU上的Mac OS X都支持PAE和NX位；在受蘋果支持的CPU上它也支持該兩種特性。即使Mac OS X 10.5 Leopard核心仍然是32位的，但是Mac Pro和Xserve系統現在也是支持32GiB的RAM的。

Solaris

Solaris從版本7開始支持PAE。但是，版本7的那些沒有專門支持PAE的第三方驅動程式在支持PAE的系統上可能會發生錯誤，甚至完全崩潰。

Windows

PAE受下列版本的32位版的Windows所支持：

系統版本	最大物理記憶體支持
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，默認在有no-execute (NX)和execute-disable (XD)特性的處理器上以PAE模式運行以允許NX。NX（或XD）在頁表項的第63位。如果沒有PAE，頁表項只就32位；所以要利用NX這個特性的話，就必須運行在PAE模式下。但是，基於為保證驅動兼容等原因，微軟通過許可證，在核心中把桌面版Windows（包括Windows XP、Windows Vista和Windows 7）和部分低端Windows Server的物理地址空間限制為4GiB。