处理器所支持的RAM容量受链接到地址总线上的地址管脚数限制。早起Intel处理器从80386到Pentium使用32位物理地址。从理论上讲，这样的系统上可以安装高达4GB的RAM，而实际上，由于用户进程线性地址空间的需要，内核不能直接对1GB以上的RAM进行寻址1。
然而，大型服务器需要大于4GB的RAM来同时运行上千的进程，实际上我们现在的很多计算机的RAM都可能超过这个量级。所有必须扩展32位的80x86结构所支持的RAM容量。实际上即便是使用32位操作系统模拟64位2，也会遇到一些问题，例如高低两个32位的数据同步问题。
物理地址扩展分页机制
Intel通过在它的处理器上把管脚数从32增加到36已经满足了这些需求。从Pentium Pro开始，Intel所有的处理器现在的寻址能力达2^36=64GB.不过，只有引入一种新的分页机制把32位线性地址转换为36位物理地址才能使用所增加的物理地址。
从Pentium Pro处理器开始，Intel引入一种叫做物理地址扩展的机制（Physical Address Extension，PAE），另外一种叫页大小扩展（Page Size Extension，PSE），但Linux并没有采用这种机制。
通过设置cr4控制寄存起中的物理地址扩展（PAE）标志激活PAE。页目录项中的页大小标志PS启动用大尺寸页，在PAE启用时，大小位2MB。当启用了PAE机制之后，系统的分页机制也做了相应的改变：
64GB的RAM被分为2^24个页框，页表项的物理地址字段从20位扩展到了24位，因为PAE页表项必须包含12个标志位和24个物理地址位，总数之和位36，页表项大小从32位变为64位增加了以北，结果一个4KB的页表包含512个表项而不是1024个表项。
引入一个叫做页目录指针表（Page Directory Pointer Table，PDPT）的页表新级别，它由4个64位表项组成。
cr3控制寄存器包含一个27位的页目录指针表（PDPT）基地址字段。因为PDPT存放在RAM的前4GB中，并在32字节的倍数上对齐，因此27位足以表示这种表的基地址。
把线性地址映射到4KB的页时，页目录项中的PS标志清0，32位线性地址按下列方式解释：
| 字段名 | 说明 |
|---|---|
| cr3 | 指向一个PDPT |
| cr3的31-30位 | 指向PDPT中4个项中的一个 |
| cr3的29-21位 | 指向页目录中512个项中的一个 |
| cr3的20-12位 | 指向页表中512项中的一个 |
| cr3的11-0位 | 4KB页中的偏移量 |
当把线性地址隐射到2MB的页时，页目录项中的PS标志为1，32位线性地址按下列方式解释：
| 字段名 | 说明 |
|---|---|
| cr3 | 指向一个PDPT |
| cr3的31-30位 | 指向PDPT中4个项中的一个 |
| cr3的29-21位 | 指向页目录中512个项中的一个 |
| cr3的20-0位 | 2MB页中的偏移量 |
显然，PAE并没有扩大进程的线性地址空间，因为它只能处理物理地址，此外，只有内核能够修改进程的页表，所以用户态下运行的进程不能使用大于4GB的物理地址空间。另一方面，PAE允许内核使用高达64GB的RAM，从而显著增加了系统中的进程数量。
64位系统中的分页
32为处理器普遍采用两级分页3，但是两级分页并不适用于64位计算机系统。
首先假设一个大小为4KB的标准页，因为1KB覆盖2^10个地址范围，4KB覆盖2^12个地址，所以offset字段时12位，这样线性地址就剩下52位分配给Table和Directory
字段。这样可寻址范围非常之大。
如果现在决定使用64位中的48位来寻址，这样寻址范围页可以寻址256T呃空间！如果剩下的48-12=36位将被分配给Table和Directory，如果决定给两个字段各18位，那么每个进程的页目录和页表都含有2^18个项，即256000个项。还是过于庞大。
由于这个原因，所有的64位处理器的硬件分页都使用了额外的分页级别，也就是说多级分页级别。使用的级别数量取决于处理器的类型。不再深入讨论。
