32位元與4GiB的太平歲月從386問世(1985)開始，差不多有10年的時間，直到Pentium Pro問世，Pentium Pro有36條定址線，所以最大可以存取的記憶體範圍是64GiB，這下子又回到了暫存器小於定址線的老問題，更麻煩的是，當初因為8086/286「本來」暫存器就比定址小，所以對應的機制是一開始就設計好的，問題是Pentium Pro的36 bit定址是後來加上去的，如果改動原來的存取機制，前面十年來為386、486寫的眾多程式還要不要活命？所以Intel的決定是：不改動原來程式的定址方式，麻煩的事情交給作業系統搞定。
在介紹Pentium Pro對付4G問題的機制前，我想應該先解釋計算機結構和作業系統都會提到的兩個名詞：「虛擬記憶體位址」和「實體記憶體位址」。
上次提過，如果把CPU當作一個抽象的黑盒子，這個黑盒子對外的行為就只有「存取記憶體」而已，不過實際的狀況下，一顆CPU會輪流跑很多獨立的程式，這時候出現一個問題，對記憶體來說，它只知道對應送來的位址，準備好要存取的資料，但是不會分辨是哪個程式的，換句話說，整個記憶體對這些程式來說是完全一樣的，你的資料我看得到，我的資料你也可以改，這樣不太好。
所以後來有人想出一種解套的方法，簡單的說，就是在黑盒子外面再包上一層黑盒子，把裡層黑盒子放出來的記憶體位址「攔截」下來，經過另外轉換後才變成真正去存取記憶體的位址，對裡層黑盒子執行的程式來說，並不會感覺到有什麼不同，而控制外層黑盒子的程式，可以對每個裡層程式的位址做出適當的轉換，讓它們每個都覺得自己才是記憶體的唯一擁有者。
在這種機制下，每個程式自己所存取的記憶體位址，叫做「虛擬記憶體位址」，而實際上真正的記憶體位址當然就叫做「實體記憶體位址」，負責轉換這兩種位址的，是CPU裡面一個特別的單元，通常稱為Memory Management Unit，記憶體管理單元，簡稱MMU，不是每個CPU都有這種機制，舉個例子，Intel 8088/86就沒有；另外有些CPU是把MMU當作另外一種「副處理器」，要另外安裝或是當作選項；另外，控制MMU的相關程式，通常是作業系統的一部份，所以兩個名詞在作業系統教科書上也看得到。
為什麼要談這個？因為Intel在32位元系統上企圖解決4G問題時，並不是讓程式「直接」就可以定址超過4G記憶體，而是去修改MMU轉換位址的機制；換句話說，對「單一程式」來說，直接可以存取的記憶體定址空間還是只有4GBytes，但是作業系統可以讓多個程式在一個比4G大的記憶體空間上並存，所以虛擬記憶體位址還是只有4GBytes，但是實體記憶體位址擴大了。
Intel有提供兩套擴展記憶體定址的機制，一套叫「實體位址擴展 」(PAE，Physical Address Extension)，另外一套叫PSE-36 (36-bit Page Size Extension)，因為是淺談，所以詳細的機制就省略不提，有興趣的可以直接找維基百科或是Intel的官方文件；目前的作業系統多半支援PAE，支援PSE-36的比較少；32位元的ARM上面有類似的機制，稱作LPAE(Large Physical Address Extension)。
剛剛的MMU還有後續，回想上面提過的黑盒子，我們一直假設只有CPU會去存取記憶體，其實不一定，聽過「DMA」(Direct Memory Access)和「Bus Mastering」嗎？一般來說，CPU與I/O裝置溝通有兩類方法，一類是「CPU主動」，也就是程式主動去存取I/O裝置，就像是存取記憶體一樣；另外一類是「I/O裝置主動」，這時候I/O裝置就跟CPU一樣，可以主動存取記憶體；不過古早以前，I/O裝置在存取記憶體的時候是當作「實體記憶體定址」來做的，以前是沒有什麼問題，但是當大家引入「虛擬化」的時候就成了大問題，因為虛擬化的時候。這些I/O裝置一樣要被虛擬化，可是它們存取資料的時候就露餡了，所以後來AMD才提出IOMMU這個機制，其實也就是讓I/O裝置跟CPU裡面一樣，存取記憶體時另外有MMU轉換位址。
其實關於32bit和4G還有不少有趣的故事，不過現在大部分都進入64位元時代，只能當作考古，至於64 bit以後還會不會出現類似的狀況，我想有點難，畢竟64位元定址空間並不是32位元的兩倍，而是一個很大的天文數字，不過....誰知道呢？
所以回到一開始那個問題「 在 32 位元 CPU 中，如果單純以 CPU 做記憶體定址時，4GiB 為其極限。 」在x86上，這個敘述的確不能算錯，但是這不是因為「32位元 CPU做不到」，而是Intel和AMD不想做。
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