Chế độ mở rộng 64 bit là sự nâng cao kiến trúc IA-32 nguyên thủy được thiết kế bởi AMD và sau đó được thừa nhận bởi Intel.
Năm 2003, AMD giới thiệu bộ xử lý 64 bit đầu tiên cho các máy tính để bàn tương thích x86 Athlon 64 và tiếp theo là bộ xử lý máy chủ 64 bit đầu tiên - Opteron. Năm 2004, Intel giới thiệu một dây phiên bản có khả năng 64 bit của bộ xử lý để bàn Pentium 4.
Bộ xử lý với công nghệ 64 bit mở rộng có thể chạy ở chế độ thực (8086), chế độ IA-32, chế độ IA-32e. Chế độ IA-32 cho bộ xử lý chạy trong chế độ được bảo vệ và chế độ thực ảo. Chế độ IA-32e cho phép bộ xử lý chạy ở chế độ 64 bit và chế độ tương thích, nghĩa là có thể chạy cả hai ứng dụng 32 bit và 64 bit cùng một lúc. IA-32e bao gồm hai tiểu chế độ:
■ Chế độ 64 bit: cho phép hệ điều hành 64 bit chạy những ứng dụng 64 bit.
■ Chế độ tương thích: cho phép hệ điều hành 64 bit chạy phần lớn phần mềm 32 bit.
■ Chế độ 64bit IA-32e thực thi trên hệ điều hành 64 bit và được sử dụng bởi những ứng dụng 64 bit.
Đặc điểm trong tiểu chế độ 64 bit những tính năng mới như sau:
Định vị bộ nhớ tuyến 64 bit.
Bộ nhớ vật lý hỗ trợ trên 4GB (được giới hạn theo từng loại bộ xử lý)
Tám thanh ghi đa năng mới (GPRs- General-Purpose Registers)
Tám thanh ghi mới cho dòng SIMD mở rộng (MMX, SSE, SSE2, SSE3).
Thanh ghi đa năng 64 bit và con trỏ tập lệnh.
Chế độ tương thích 1E-32e cho phép ứng dụng 32 bit và 16 bit chạy trên hệ điều hành 64 bit. Thật không may mắn các chương trình 16 bit cũ chạy trên chế độ thực ảo (chương trình DOS) không được hỗ trợ và sẽ không thực thi, một sự cố lớn cho nhiều người sử dụng. Tương tự với chế độ 64 bit, hệ điều hành cho phép chế độ tương thích trên cơ sở mã riêng biệt, nghĩa là các ứng dụng chạy ở chế độ 64 bit có thể hoạt động cùng lúc với các ứng dụng 32 bit chạy ở chế độ tương thích.
Cái mà chúng ta cần để thực hiện công việc này là một hệ điều hành 64 bit và khá quan trọng, các trình điều khiển 64 bit cho tất cả phần cứng vận hành dưới hệ điều hành này. Mặc dù Microsoft phát hành phiên bản 64 bit của Windows XP, một số ít công ty cho ra các trình điều khiển XP 64 bit, song mãi đến khi phát hành Windows Vista và đặc biệt phiên bản Windows 7x64 thì các trình điều khiển 64 bit mới trở nên đủ dồi dào hỗ trợ phần cứng 64 bit.
Lưu ý rằng Microsoft sử dụng thuật ngữ x64 để chi các bộ xử lý hỗ trợ AMD64 hoặc EM64T do những mở rộng của AMD và Intel đối với cấu trúc IA32 tiêu chuẩn thì giống nhau trên thực tế và có thể được hỗ trợ với một phiên bản của Windows.
Lưu ý:
Những phiên bản đầu của bộ xử lý được trang bị EM64T từ Intel thiếu hỗ trợ các chỉ lệnh LAHF và SAHF được dùng trong bộ chỉ lệnh AMD64. Tuy nhiên, bộ xử lý Pentium 4 và Xeon DP dùng các core stepping GI và cao hơn hỗ trợ hoàn toàn những chỉ lệnh này. Những bộ xử lý đa nhân mới hơn với hỗ trợ 64 bit cũng bao gồm những tập lệnh này.
