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2026-03-19T00:03:39Z

Linux: Datum korrigiert (übersehen, sorry)

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'''{{lang|en|Physical Address Extension}}''' (englisch für ''Erweiterung (der) physischen Adressierung''), kurz '''PAE''', ist eine technische Erweiterung auf dem Gebiet der [[Rechnerarchitektur]]. Mit PAE kann im [[32-Bit-Architektur|32-Bit]]-Modus eines [[x86-Architektur|x86]]-kompatiblen [[Prozessor]]s (CPUs) mehr physischer [[Arbeitsspeicher]] adressiert werden als die 4 [[Byte#Vergleich|GiB]], die über ein 32-[[Bit]]-[[Register (Prozessor)#Adressregister|Adressregister]] erreichbar sind.<ref>[https://www.intel.com/content/www/us/en/content-details/782158/intel-64-and-ia-32-architectures-software-developer-s-manual-combined-volumes-1-2a-2b-2c-2d-3a-3b-3c-3d-and-4.html?wapkw=intel%2064%20and%20ia-32%20architectures%20software%20developer%27s%20manual&docid=782161%7CIntel%C2%AE ''Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual – Combined Volumes: 1, 2A, 2B, 2C, 2D, 3A, 3B, 3C, 3D, and 4.''] In: ''Content.'' Volume 3A, Kapitel 4.4: „PAE Paging.“ Intel Corporation, Juni 2023. Auf Intel.com, abgerufen am 19. März 2026 (englisch).</ref> Der für ''einen'' [[Prozess (Informatik)|Prozess]] nutzbare Arbeitsspeicher bleibt bei einem linearen Speichermodell („{{lang|en|flat memory}}“) aber auf 4 GiB begrenzt. Das Verfahren wird bei [[Intel]] ab dem [[Intel Pentium Pro|Pentium Pro]] und bei [[AMD]] ab dem [[AMD Athlon|Athlon]] sowie bei Prozessoren der 32-Bit-x86-Architektur [[IA-32]] [[x86-Prozessor#Hersteller|anderer Hersteller]] eingesetzt. Spezielle Erweiterungen in der [[Paging]]-Einheit des Prozessors sorgen dafür, dass längere physische Adressen generiert werden können.

== Begriff ==
Selten wird der Begriff auch mit Bindestrich verwendet („{{lang|en|Physical-Address Extension}}“), was der korrekten Schreibweise gemäß englischer Grammatik entspricht und vor allem seitens AMD auch so verwendet wird. Vorherrschend ist jedoch die Schreibweise ohne Bindestrich.

== Unterstützung durch Hardware ==
[[Datei:X86 Paging PAE 4K.svg|mini|400px|Schematische Darstellung der Umsetzung von linearen in physische Adressen bei x86-kompatiblen CPUs im 32-Bit-{{lang|en|[[Protected Mode|Protected-Mode]]}}. Seitengröße: 4 KiByte, mit PAE.]]
{| class="wikitable"
!Prozessor!!Adress-<br />leitungen!!theoretisch adressierbarer<br />physikalischer Speicher
|-
|''[[Intel 80386|i386]] bis [[Intel Pentium|Pentium]]''||''32''||''{{0|0.000.00}}4 GiB (kein PAE)''
|-
|[[Intel Pentium Pro|Pentium Pro]] ([[Intel P6|P6]]) bis [[Intel Core 2|Core 2]] || 36 || {{0|0.000.0}}64 GiB
|-
|[[Intel Xeon|Xeon]] ||38||{{0|0.000.}}256 GiB
|-
|[[AMD Athlon 64|Athlon 64]] ([[AMD K8|K8]]) ||40|| {{0|0.00}}1.024 GiB = {{0|0.00}}1 TiB
|-
|[[AMD K10|AMD-K10]]-Architektur||48|| {{0|0.}}262.144 GiB = {{0|0.}}256 TiB
|-
|''theoretisches Limit von PAE'' || ''52'' || ''4.194.304 GiB = 4.096 TiB''
|}

x86-Prozessoren, die PAE unterstützen, haben eine erweiterte Paging-Einheit. Die Paging-Einheit (in der Grafik dargestellt) wandelt die lineare Adresse in die physische Adresse um. Um PAE zu aktivieren, muss das Betriebssystem das Bit 5 im Steuerregister CR4 setzen.<ref>[http://support.amd.com/TechDocs/24593.pdf support.amd.com] (PDF) </ref>

Bei aktiviertem PAE verwalten die Page-Directory- und Page-Table-Tabellen (PD und PT) der Paging-Einheit Adress-Einträge mit einer Breite von 64 Bit statt 32 Bit (bei jedem Adress-Eintrag werden einige Bits zur Verwaltung benutzt, sind also keine Adresse im engeren Sinn).

{| class="wikitable" style="text-align:center"
|+ 64-Bit-Eintrag im Seitenverzeichnis (Page directory entry)
|- style="border-top:2px solid #777777;"
!Bits:
! 63
!colspan="11"| 62 … 52
!colspan="20"| 51 … 32
|- style="border-bottom:2px solid #777777;"
!Inhalt:
| NX
|colspan="11" style="background-color:#CCCCCC"| ''reserved''
|colspan="20"| Bit 51 … 32 der Basisadresse
|-
!Bits:
!colspan="20"| 31 … 12
!colspan="3"| 11 … 9
!8
!7
!6
!5
!4
!3
!2
!1
!0
|- style="border-bottom:2px solid #777777;"
!Inhalt:
|colspan="20"| Bit 31 … 12 der Basisadresse
|colspan="3"| AVL
|''ig''
| 0
|''ig''
| A
|PCD
|PWT
|U/S
|R/W
|P
|}
Damit die Größe der Tabellen unverändert bei 4 KiB bleibt, verwalten das PD und die PT nur noch jeweils die Hälfte der Einträge (512 statt 1024). Um den Rückgang auf ein Viertel der möglichen Adresseinträge auszugleichen, ist der PD-PT-Kombination eine weitere, sogenannte Page-Directory-Pointer-Tabelle vorgeschaltet, die 4 PDs statt eines PDs ansprechen kann.

Die angegebenen theoretisch adressierbaren Speichermengen des physikalischen Speichers sind Maximalwerte. In der Regel ist trotzdem nur weniger Speicher nutzbar, da einige Adressbereiche für Einblendungen von Hardwarespeicher genutzt werden. In Microsoft Windows kann in den Computereigenschaften gesehen werden, wie viel Speicher dem Betriebssystem tatsächlich zur Verfügung steht. Nur im Idealfall entspricht diese Zahl dem installierten Arbeitsspeicher. Dabei muss auch beachtet werden, dass viele Windows-Versionen willkürliche Speicherobergrenzen haben, die auch von der Edition abhängen. Alle Client-Versionen von 32-Bit-Ausgaben sind zum Beispiel auf 4 GiB beschränkt.

[[Datei:X86 Paging 4K.svg|mini|links|400px|Seitengröße 4 KiByte ohne PAE]]
[[Datei:X86 Paging 4M.svg|mini|rechts|400px|Seitengröße 4 MiByte ohne PAE]]
[[Datei:X86 Paging PAE 2M.svg|mini|links|400px|Seitengröße 2 MiByte mit PAE]]
{{Absatz}}

== Unterstützung durch Betriebssysteme ==
Zur Nutzung von PAE muss dieses auch vom [[Betriebssystem]] unterstützt werden. PAE führt allerdings zu längeren Zugriffszeiten durch die [[virtuelle Speicherverwaltung]], das [[Paging]] und für 32-Bit PCI-Zugriffe, die bei einer Begrenzung des Arbeitsspeichers auf 4 GiB nicht erforderlich wären.

Auf den meisten Rechnern ist PAE dennoch aktiviert, da nur mit eingeschalteter PAE das [[NX-Bit|No-Execute-Bit]] genutzt werden kann. Dieses soll verhindern, dass böswillig eingeschleuster Maschinencode ausgeführt wird. Dazu werden bestimmte Bereiche im Arbeitsspeicher (darunter [[Aufrufstapel|Stack]], [[Dynamischer Speicher|Heap]] und [[Datensegment]]e) als „nicht ausführbar“ markiert. Wenn ein Sprung an eine Adresse in einem solchen Bereich erfolgt, kommt es zu einer Schutzverletzung und das entsprechende Programm wird angehalten. Da einige nicht sauber programmierte Software dadurch nicht mehr funktionieren würde, ist es in Microsoft Windows standardmäßig nur für betriebssystemeigene Prozesse eingeschaltet. Dadurch wird die ursprünglich angedachte höhere Sicherheit nur für OS-eigene Funktionen erreicht.

=== BSD-Familie ===
[[FreeBSD]] unterstützt PAE in der 4.x-Serie ab 4.9, in der 5.x-Serie ab 5.1 und in allen 6.x-Versionen und allen späteren Versionen.<ref name="FreeBSD.org">[https://man.freebsd.org/cgi/man.cgi?query=pae&sektion=4&manpath=FreeBSD+14.0-CURRENT ''PAE -- Physical Address Extensions.''] In: ''FreeBSD 15.0 – i386 Kernel Interfaces Manual.'' 8. April 2003. Auf FreeBSD.org, abgerufen am 19. März 2026 (englisch).</ref> Die PAE-Konfigurationsoption wird im Kernel benötigt. Ladbare Kernelmodule können nur in einen Kernel mit aktiviertem PAE geladen werden, wenn die Module mit aktiviertem PAE erstellt worden sind. Nicht alle [[Gerätetreiber|Treiber]] unterstützen mehr als 4 GiB Arbeitsspeicher, in einem System mit aktiviertem PAE laufen solche Treiber nicht richtig. [[NetBSD]] sowie [[OpenBSD]] (bisher nur in ''-current'') unterstützen PAE ebenfalls. Alle adressieren den gesamten 64-GiB-Adressraum.<ref name="FreeBSD.org" />

=== Haiku ===
Das Betriebssystem [[Haiku (Betriebssystem)|Haiku]] unterstützt PAE ab der Version Haiku R1 Alpha 3.<ref>[https://www.haiku-os.org/get-haiku/r1beta5/release-notes/ ''R1/beta5 – Release Notes.''] In: ''Get Haiku! › R1/beta5.'' Haiku, 2026. Auf Haiku-OS.org, abgerufen am 19. März 2026 (englisch).</ref>

=== Linux ===
Der [[Linux (Kernel)|Linux-Kernel]] enthält ab der Version 2.3.23 vom 22. Oktober 1999 die volle PAE-Unterstützung. Seit 2009 ist PAE bei vielen [[Linux-Distribution]]en per Voreinstellung enthalten, weil PAE für das [[NX-Bit|No-Execute-Bit]] benötigt wird.

Ein [[Patch (Software)|Patch]] von Mitte 2014 führte unter Linux den Kernel-[[Kommandozeilenparameter]] <code>forcepae</code> ein,<ref>{{Internetquelle |autor=Chris Bainbridge |url=https://lkml.org/lkml/2014/3/20/690 |titel=[tip:x86/cpu] x86, cpu: Add forcepae parameter for booting PAE kernels on PAE-disabled Pentium M |werk=Linux-Kernel-Mailingliste (LMKL.com) |datum=2014-03-20 |sprache=en |abruf=2026-03-19}}</ref> der auf einigen [[Intel Pentium M|Pentium-M]]- und [[Intel Celeron M|Celeron-M]]-Prozessoren PAE aktiviert. Frühen Modellen mit ''[[Intel Pentium M#Dothan|Dothan]]''-Kern und allen Modellen mit ''[[Intel Pentium M#Banias|Banias]]''-Kern fehlt die Angabe von PAE in deren [[CPUID]], obwohl die Funktion im Prozessor vorhanden ist. Mitte 2014 endete die Unterstützung von Microsoft für [[Microsoft Windows XP|Windows XP]], gleichzeitig änderten viele [[Linux-Distribution]]en die Mindestanforderungen ihrer 32-Bit-Varianten auf „[[i686]]+pae“,<ref>{{Internetquelle |url=https://lore.kernel.org/all/20140225162611.GA31902@redhat.com/t/ |titel=[PATCH] x86: set Pentium M as PAE capable |werk=lore.kernel.org |datum=2014 |format=[[Mailingliste]] |sprache=en |abruf=2026-03-19 |kommentar=gesamte Diskussion}}</ref> obwohl es teilweise Community-Kernel für ältere Systeme ([[i486]] oder [[i586]], ohne PAE) gibt. Mit „forcepae“ ließen sich viele Standard-Distributionen auch auf Systemen von rund 2004/2005 mit Pentium M bzw. Celeron M ohne Austausch des Kernels nutzen, beispielsweise auf ThinkPads oder Toughbooks.<ref>{{Internetquelle |autor=David Wolski |url=https://www.pcwelt.de/article/1150209/xubuntu_und_lubuntu_mit_uralten_cpus_nutzen-linux_-_hardware___netzwerk.html |titel=Xubuntu und Lubuntu mit uralten CPUs nutzen |werk=Ratgeber › Software & Apps |hrsg=[[PC-Welt]] |datum=2014-10-22 |abruf=2026-03-19 |sprache=de}}</ref>

=== macOS ===
[[macOS]] für Intel-[[Macintosh|Macs]] unterstützt PAE und das [[NX-Bit]] ab der ersten Intel-Version, [[Mac OS X Tiger|Mac OS X Tiger]] (Version 10.4.4) vom Januar 2006, auf allen von [[Apple]] unterstützten x86-Prozessoren. Modelle der [[Mac Pro|Mac-Pro]]-Serie werden seit 2008 mit bis zu 64 GiB RAM ausgeliefert.

=== Solaris ===
[[Solaris (Betriebssystem)|Solaris]] unterstützt PAE ab Version 7.

=== Windows ===
PAE wird von [[Microsoft]] [[Microsoft Windows|Windows]] ab [[Microsoft Windows 2000|Version 2000]] (Professional und höher) und [[Microsoft Windows XP|XP]] (alle Varianten) unterstützt und muss hierbei zumeist durch eine Bootoption aktiviert werden. Allerdings ist dabei bei den 32-bit-Desktop-Versionen auch mit aktiviertem PAE der maximal nutzbare Hauptspeicher auf 4 GB beschränkt. Dies wird zum einen damit erklärt, dass es wohl Teil der Vermarktungspolitik von Microsoft sei.<ref name="geoffchappell.com">Geoff Chappell: [https://www.geoffchappell.com/notes/windows/license/memory.htm ''Licensed Memory in 32-Bit Windows Vista.''] In: ''Notes › Windows › License.'' 12. Mai 2023. Auf GeoffChappell.com, abgerufen am 19. März 2026 (englisch).</ref> Microsoft dagegen begründet diese Einschränkung damit, dass einige der verwendeten Gerätetreiber beim Zugriff auf Speicherbereiche jenseits der 4 GB Probleme bereiten würden.<ref name="markr200807">{{cite web |url=http://blogs.technet.com/markrussinovich/archive/2008/07/21/3092070.aspx |title=Pushing the Limits of Windows: Physical Memory |work=Mark’s Blog |publisher=Microsoft TechNet Blog |language=en |date=2008-07-21 |access-date=2026-03-19 |author=Mark Russinovich |archive-url=https://web.archive.org/web/20100428114157/http://blogs.technet.com:80/markrussinovich/archive/2008/07/21/3092070.aspx |archive-date=2010-04-28}}</ref>

Anwendungen können erweiterten Speicher je nach Hardware und Betriebssystem möglicherweise über [[Address Windowing Extension]] (AWE) nutzen. Je nach Windows-Version müssen eventuell zusätzliche Service-Packs eingespielt werden, es existieren auch einige [[Inoffizieller Patch|inoffizielle Patches]] für 32-Bit Vista und Windows 7, die die Nutzung bis 64 GB ermöglichen.<ref name="readyfor4gb">{{cite web |url=https://zh-deepxw.blogspot.com/2009/04/readyfor4gb.html |title=32位Vista/Win 7 4GB大内存补丁 ReadyFor4GB |work=闲人小作 |publisher=Deepxw Blogspot |date=2009-04-26 |access-date=2026-03-19 |language=zh |trans-title=32-Bit Vista/Win 7 – 4 GB großer Speicher-Patch ReadyFor4GB}}</ref><ref name="8GBWin732bit">{{cite web |url=http://www.unawave.de/windows-7-tipps/32-bit-ram-barrier.html?lang=EN |title=Windows 7 32-bit with full 4 GB or 8 GB RAM support |language=en |access-date=2010-07-11 |publisher=Unawave}} </ref>

== Andere CPU-Plattformen ==
Auf ARM gibt es ab ARMv7 die sogenannte ''Large Physical Address Extension'', die einen ähnlichen Ansatz verfolgt und es ermöglicht, im 32-Bit-Modus bis zu 2<sup>40</sup> Bytes physischen Speicher anzusprechen.<ref>''ARM Architecture Reference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition.'' Kapitel B1.6, 9. April 2018. In: ''Documentation › Architectures › CPU Architecture › A-Profile › Armv7-A.'' ARM Limited, 2026. Auf ARM.com ([https://developer.arm.com/documentation/ddi0406/latest/DDI0406C_d_armv7ar_arm.pdf PDF]; 18,6 MB), abgerufen am 19. März 2026 (englisch).</ref>

== Siehe auch ==
* [[Address Windowing Extension]]
* [[Page-Size Extension]]
* [[AMD64]]
* [[IA-64]]
* [[Intel 64]]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Navigationsleiste x86-Erweiterungen}}

[[Kategorie:Rechnerarchitektur]]
[[Kategorie:Speicherverwaltung]]

Physical Address Extension - Versionsgeschichte

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