nesco, про страничность памяти угадал, так аппаратно и реализовывалось на протяжении 16 (!) лет начиная с Pentium Pro. С 1995 года основные интеловские процессоры до 64 Гигабайт в 32-хбитном режиме поддерживают без проблем.

На данный момент 32-битные приложения, кстати, МОГУТ адресовать более 4Гб памяти, только очень сложным способом (тоже страничками, но не по 4 Гб, а в "окне" - на регион адресного пространства выборочно проецируются разные участки памяти). Приложение должно иметь привелегии блокирования страниц памяти и назначения им (страницам) атрибутов.