物理地址擴展

x86的處理器增加了額外的地址線以選擇那些增加了的內存，所以實體內存的大小從32位增加到了36位。最大的實體內存由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的實體內存，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內存的應用軟件來説，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。 ^[1] 

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。

啓用PAE（通過設置控制暫存器CR4的第5位來啓用）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。

頁目錄裏的表項的第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。頁目錄裏還有另外一個叫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2^52字節，即4pebibyte的物理內存中尋址。

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。

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。對內核的關於PAE的配置是必須的。如果一個可加載內核模塊是啓用了PAE的，則它只可以被加載到一個啓用了PAE的內核；FreeBSD中二進制版本的模塊沒有啓用PAE，所以它們不能加載到啓用了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啓用了PAE的內核下正常工作 ^[2]  。

Linux內核從2.6版本開始全面支持PAE ^[3]  ，這使得在32位的機器上可以訪問64GB的內存。啓用了PAE的Linux內核還需要同樣支持PAE的CPU。從2008年起，很多一般的發佈的Linux版本都默認使用啓用了PAE的內核。

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系統也是支持32GiB的RAM的。 ^[4] 

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。

PAE受下列版本的32位版的Windows所支持

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。