解決するにはいくつかのコンポーネントが必要なので、かなり複雑な質問です。それらのコンポーネントは次のとおりです。
- 中央処理装置
- メモリコントローラーユニット
- BIOS /（U）EFI
- オペレーティング・システム
- 応用
最後の項目は問題に直接関係しませんが、完全を期すために追加しました。
簡単に言えば、上記のコンポーネントはすべて、成功するために4 GB以上のメモリをサポートする必要があります。
中央処理装置
CPUから始めましょう。しかし、最初に注意することが重要です。CPUには、メモリを使用する魔法の能力がまったくありません。代わりに、アドレス可能なスペース内の任意のアドレスにアクセスできます。さあ、ここからがビットネスです。32ビットCPUは、0〜4 GiBの範囲のアドレスにアクセスできます。ただし、この範囲は、使用可能なRAM、ROM、SMRAM、グラフィックアドレス再マッピングテーブルだけでなく、必要なすべてのメモリマップI / Oにも対応する必要があります。 その他、このアドレス範囲のかなりの部分が必要になる場合があります。結果として、一部のメモリアドレスがこれらの使用によってシャドウイングされたため、RAMでの操作に使用できない可能性があります。隠しメモリを取り戻すには、CPU アクセス可能なアドレス空間を拡張する必要があります。32ビットCPUの場合、Physical Address Extensionが役立ちます。最大64 GiBのアドレス指定が可能です。ネイティブ64ビットモードで動作する64ビットCPUはデフォルトでアクセス可能最大16 EiB。これはかなり大きく、そのようなトリックは必要ありません。しかし一方で、64ビットCPUが64ビットアドレッシングを使用することは非実用的であるため、実際にはアドレスバスによって16 EiB未満の範囲に制限されています。
メモリコントローラーユニット
最初はNorthbridgeにありましたが、AMDがAMD64プロセッサから、IntelがNehalemプロセッサから、プロセッサダイに移動しました。PAEを搭載したCPUが64 GiBに単独でアクセスできる場合でも、RAMにアクセスするにはMCUが必要です。簡単に言えば、特定のアドレスにアクセスするCPU は、要求されたアドレスがRAMなどにある場合、PCIデバイス、BIOS ROMフラッシュ、またはMCUから応答を受け取ります。ただし、MCU（ノースブリッジまたはCPU）が、たとえばマーケティング上の理由で64 GiBよりもはるかに少ないアドレス可能スペースをサポートすることは珍しくありません。
BIOS /（U）EFI
BIOS /（U）EFIも重要です。これは、実際に動作する前にハードウェアを構成することが彼らの義務であるためです。特に、ハードウェアデバイス、バス、RAMなどのメモリ範囲でプロセッサのアドレス可能なスペース全体をマッピングする役割を担っています。おもしろいことに、RAM全体が断片的に分割され、いくつかの利用可能な非隣接スポットにマッピングされることがあります。BIOSの問題は、開発者がシステム内で3 GiBを超えるRAMの使用を期待していない可能性があり、そのためBIOSが使用するすべてのメモリを適切にマップしないことです。ほとんどの場合、これは（U）EFIには発生しません。
オペレーティング・システム
オペレーティングシステムは、4 GiBを超えるメモリのアドレス指定もサポートする必要があります。具体的には、PAEを使用するようにCPUを構成する必要があります。一部の32ビットOSはPAEを完全に使用し、4 GiB以上にアクセスできますが、セキュリティを強化するためにPAEを有効にしている場合でも（Windows XPなど）、最大メモリにソフトウェア制限があります。ここでも、64ビットOSには当然このような問題はなく、通常4 GiBを超えるメモリをサポートします。
応用
最後のポイントは異なる世界からです。アプリケーションは通常仮想アドレス空間で動作するため、完全を期すために追加しました。それにもかかわらず、アプリケーションがより多くのメモリを使用できるようにコンパイルする間、いくつかの追加手順が必要です。デフォルトでは、32ビットアプリケーションは2 GiBのメモリしか使用できません。OSがそれをサポートし、CPU PAEを有効にしている場合、同じ32ビットアプリケーションは最大4 GiBのメモリをアドレス指定できます。具体的には、それは可能性があり使用します最大3 GiBのメモリ、他の1 GiBは共通ライブラリおよびOSカーネルとしてアドレス指定可能ですが、書き込み可能ではありません（最終的には、アプリケーション自体ではなくOSアーキテクチャに依存します）。繰り返しになりますが、64ビットアプリケーションはネイティブで4 GiBを超えるメモリのアドレス指定をサポートしており、そもそもこのような問題はありません。
これらすべてを理解するために、いくつかの例を考えてみましょう。
インテル®82945Gメモリコントローラーを検討してください。Intel Webサイトでは、PAEをサポートせず、4 GBのRAMに制限されていると述べています。9 System Address Mapデータシートの段落を参照してください。たくさんの情報があります。最も興味深いのはFigure 9-3. Main Memory Address Range：
および段落で9.2 Main Memory Address Range (1 MB to TOLUD)、次のとおりです。
このアドレス範囲は、1 MBから（G）MCH（TOLUDレジスタにプログラムされている）によるアクセスが許可されている物理メモリの先頭までです。この範囲内のアドレスへのすべてのアクセスは、オプションのTSEG、オプションのISAホール、またはオプションのIGD盗難VGAメモリに該当しない限り、（G）MCHによってメインメモリに転送されます。（G）MCHは、最大4 GBのメインメモリアドレスデコードスペース（82945GC / 82945GZ / 82945PLの場合は2 GB）を提供します。（G）MCHは、APICまたはPCI Expressのメモリ空間を再マッピングしません。つまり、システムに搭載されている物理メモリの量が4 GB（82945GC / 82945GZ / 82945PLの場合は2 GB）に達すると、物理メモリが存在しますが、システムではアドレス指定できないため使用できなくなります。
言うように、PAEをサポートしていないため、4 GiBを超える PCIおよびその他すべてのMMIO を最終的に再マップすることはできません。したがって、メモリの一部はシャドウイングされ、使用されません。つまり、36ビットアドレッシングをサポートするCPUで使用した場合でも、4 GiBを超えるメモリは引き続き使用できず、 4 GiBの制限に近いメモリの一部も使用されません。
逆に、Intel®82955X Memory Controllerを考えてみましょう。これは以前のものと関連していますが、以前のものとは反対に8 GBをサポートするように指定されています。データシートの段落2.1 Host Interface Signalsは、CPUへの36ビットアドレスバスを使用することを示唆しています。これは良い兆候です。パラグラフに 7 System Address Mapはさらなる洞察があります。Figure 7-1. System Address Ranges前に見たものと比較して：
これは、36ビットアドレス指定が可能なCPUで使用される場合、4 GiB以上のRAMを使用できることを明確に示唆しています。段落で7 System Address Map述べていることも注目に値するMCH supports 64 GB of addressable memory space。ただし、最大使用可能 RAMは8 GBに制限されていることがさらに明確になります。これは、アドレス可能と使用可能な私はCPU部に伝えるためにしようとしていたとして。
これを結論付けるために、2つの関連するチップセットには実際にメモリ処理に大きな違いがあることに注意したいと思います。
Intel®Pentium®Processor Extreme Edition 840を調べてみましょう。64ビット命令セットはサポートしていますが、PAEはサポートしていません。つまり、32ビットモードで実行すると、4 GiBを超えるRAMを使用できなくなります（この仮定に誤りがある場合は修正してください）。データシートと表を確認しましょうTable 4-3. Signal Description。このCPUは64ビット対応ですが、アドレスバスの幅が36ビットであるため、0〜64 GiBからアクセス可能なアドレス範囲に制限されます。
次に、より最近のCPUを調べてみましょう。インテル®Core™i7-7700プロセッサーを例に取ります。最大64 GBのRAMをサポートするようにアドバタイズされます。次に、そのデータシートを確認します。パラグラフでは、39ビットのアドレスバスにより2.3 System Address Map、このCPUのアドレス可能範囲は0〜512 GiBであると確信しています。64ビットCPUの理論的な16 EiBの範囲からはまだほど遠いことに注意してください。驚くべきことに、このCPUは最大32 GiBの使用可能な RAM をサポートしていることがさらに明確になっています（Webサイトでは64 GBとは対照的です）。ここにも興味深い画像がありますFigure 2-2. System Address Range Example：
PCIデバイスなどによるメモリシャドウイングの問題を説明する良い仕事をします。また、マッピングによってこの問題を克服する方法を提案します。実際のRAMからCPUでアドレス指定可能な範囲内の上位アドレス範囲までの範囲。したがって、使用のためにその隠されたメモリを回収します。この再マッピングは、ハードウェアの初期化時にBIOS /（U）EFIによって行われることに注意してください。これがまさに上記の箇条書きにBIOS /（U）EFIを含めたためです。
Intel製品を例として取り上げましたが、AMDについても同じことが言えます。
次に、オペレーティングシステムがどのように関係しているかを説明しましょう。Linuxカーネルには、バージョン2.3.23以降の完全なPAEモードサポートが含まれており、32ビットシステム上のLinuxカーネルで使用可能なメモリが4 GiBを超えることは完全に可能です。ただし、一部のハードウェアに4 GiBを超えるRAMが搭載されたシステム上の32ビットLinuxカーネルに関する未解決の問題に注意してください（私の経験では、TLBシュートダウンと関係があります）。とにかく、ウィキペディアにはPAEサポートに関する良い情報があります。興味深いのは、Windows XPが4 GBに制限されているのに対し、Windows Server 2003 Enterprise / Datacenter SP2は64 GBをフルに使用できることです。他のデスクトップとサーバーのWindowsペアについても同様です。
ご覧のとおり、リストされているコンポーネントには多くの組み合わせがあり、場合によってはCPUまたはOSの交換が役立つ場合があります。前者はプロプライエタリでシステムに組み込まれ、簡単に変更できないため、BIOS /（U）EFIまたはMCUを扱うことははるかに困難です。後者はCPUに組み込まれるか、ボードにはんだ付けされます。