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物理地址擴展

物理地址擴展（Physical Address Extension，縮寫為PAE），又釋實體位置延伸，是x86處理器的一個功能，讓中央處理器在32位元操作系統下存取超過4GiB的實體記憶體。

PAE為IntelPentium Pro及以上級別的CPU（包括除了總線頻率為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。

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4GB增加到了64GB。

32位的虛擬地址（線性地址）則沒有變，所以一般的應用軟件可以繼續使用地址為32位的指令；如果用平面內存模式的話，這些軟件的地址空間也被限制為4GiB。操作系統用頁表將這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序所用，那些增加了的物理內存仍然可以發揮作用。

對於需要超過4GiB內存的應用軟件來說，除了一般的PAE支持，還需要操作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()按需要把一部分文件映射到地址空間；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（通過設置控制暫存器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字節）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。

頁目錄裡的表項的第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，要麼是這種標識位，要麼是和操作系統相關的數據，所以最多可有52位在將來用於在252 字節，即4pebibyte的物理內存中尋址。

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AMD64使用了52位中的40位或48位[1]，而Intel64將最多使用46位[2]。

CPU對PAE模式的支持可以通過CPUID標誌PAE來識別。

  • 頁表結構
  •  
    未啟用PAE, 4 KB的頁
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    未啟用PAE, 4 MB的頁
  •  
    啟用PAE，4 KB的頁
  •  
    啟用PAE，2 MB的頁

操作系統的支持

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。對內核的PAE的配置是必須的。如果一個可加載內核模塊是啟用了PAE的，則它只可以被加載到一個啟用了PAE的內核；FreeBSD中二進制版本的模塊沒有啟用PAE，所以它們不能加載到啟用了PAE的內核。並不是所有驅動程序都支持4GiB的物理內存的；這種驅動程序不能在啟用了PAE的內核下正常工作[3]。

Linux

Linux內核從2.6版本開始全面支持PAE[4]，這使得在32位的機器上可以訪問高達64GB的物理內存。啟用了PAE的Linux內核還需要同樣支持PAE的CPU。從2008年起，很多一般發布的Linux版本都默認使用啟用了PAE的內核。

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內核仍然是32位的，但是Mac Pro和Xserve系統現在也是支持32GiB的RAM的。[5]

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的第三方驅動程序在支持PAE的系統上可能會發生錯誤，甚至完全崩潰。[6]。

Windows

PAE受下列版本的32位版的Windows所支持：[7][8]

系統版本 最大物理內存支持
Windows 2000 Advanced Server 8 GiB
Windows 2000 Datacenter Server 32 GiB
Windows XP [9] 4 GiB
Windows Server 2003 Enterprise Edition 32 GiB
Windows Server 2003 SP1+ or R2 Enterprise Edition 64 GiB
Windows Server 2003 Datacenter Edition [10] 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，頁表項就只有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，基於保證驅動兼容性等原因，微軟通過許可證，在內核中把桌面版Windows（包括Windows XP、Windows Vista和Windows 7）和部分低端Windows Server的物理地址空間限制為4GiB。

參見

參考資料

  1. ^ Intel 64 and IA-32 Software Developer's Manual—Volume 3A (PDF). Intel. [2007-11-16]. （原始內容存檔 (PDF)於2009-02-20）.  Page 3.42.
  2. ^ 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 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
  3. ^ FreeBSD PAE(4) man page. 2003-04-08 [2007-11-26]. （原始內容存檔於2021-02-25）. 
  4. ^ Wonderful World of Linux 2.6. （原始內容存檔於2003-07-16）. 
  5. ^ Road to Mac OS X 10.6 Snow Leopard: 64-Bits. 2008-09-26 [2008-09-26]. （原始內容存檔於2020-12-10）. 
  6. ^ Solaris 7 5/99 Release Notes (Intel Platform Edition), Appendix B: Hardware Compatibility List and Device Configuration Guide (Intel Platform Edition) 5/99. 1999 [2007-11-26]. [永久失效連結]
  7. ^ Memory Limits for Windows releases. Microsoft. December 5, 2007 [2007-12-10]. （原始內容存檔於2007-12-17）. 
  8. ^ Intel Physical Addressing Extensions (PAE) in Windows 2000. Microsoft. October 26, 2007 [2007-12-29]. （原始內容存檔於2015-03-06）. 
  9. ^ Physical Address Extension. Microsoft. [2008-12-15]. （原始內容存檔於2008-04-30）. 
  10. ^ Memory Support and Windows Operating Systems. 2007 [2008-03-22]. （原始內容存檔於2011-02-19）. 

外部連結

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