x86

Reálný režim (někdy také nazývaný jako režim reálných adres) je používán u procesorů 8086 a pozdějších x86 kompatibilních procesorů. Ty jsou v tomto režimu s procesory 8086 plně kompatibilní. V tomto režimu je pro tvorbu adresy používáno 20 bitů. Maximálně tak lze adresovat paměť o velikosti 1 MiB. Paměťový prostor není přístupný jako jeden blok, ale je rozčleněn na čtyři segmenty: CS (code segment) pro paměť programu, DS (data segment) pro paměť dat, SS (stack segment) pro data zásobníku a vyhrazený ES (extra segment). Přístup ke všem částem operační paměti a periferiím je neomezený. Reálný režim neposkytuje hardwarovou podporu pro ochranu paměti či multitasking. Všechny procesory od 80286 výše používají reálný režim při startu počítače. Starší typy procesorů používají pouze jeden režim, který je s reálným režimem novějších procesorů prakticky identický.

Schéma překladu adres.

Chráněný režim poprvé zavádí procesor 80286 a rozšiřuje velikost adresy na 24 bitů, což umožňuje adresovat až 16 MiB paměti. Od procesoru 80386 je velikost šířky adresní sběrnice 32 bitů a je tak možné adresovat až 4 GiB. Hlavním rysem chráněného režimu je ochrana paměti, která procesům zabraňuje ovlivňování jim nepříslušejících částí paměti, což je řešeno pomocí segmentace paměti. Adresa je rozdělena na segment a offset. Segment je však pouze odkazem do tabulky selektorů. V té je každému segmentu přidělena bázová adresa (24 bitů), úroveň oprávnění (8 bitů) a maximální velikost segmentů (16 bitů).

Pro přístup do paměti je u procesorů 80386 a vyšších ještě navíc v tomto režimu dostupné stránkování. Pomocí tohoto procesu je lineární adresa získaná po segmentaci ještě dále převáděna na fyzickou adresu (viz obrázek).

Podrežimem chráněného 32bitového režimu je virtuální 8086 režim. Jedná se o hybridní režim, který umožňuje spouštět programy, které jsou určeny pro běh v reálném režimu při zachování výhod chráněného režimu (zejména ochrany paměti před ostatními procesy). Virtuální 8086 režim neexistuje pro 16bitový chráněný režim ani pro režim long. Paměť je přístupná pomocí segmentace, stejně jako v případě reálného režimu.

Od roku 2002 je totiž zřejmé, že 32bitový adresní prostor architektury x86 omezuje výkon aplikací, které vyžadují přenos či zpracování velkých datových souborů. 32bitový adresní prostor totiž umožňuje adresovat přímo pouze 4 GiB dat (pro data procesu na platformě Windows NT to reálně znamená kvůli dalším omezením a designovým rozhodnutím pouze necelý 1 GiB prostoru), což aplikace pro zpracování obrazu či databázové systémy dnes hravě překonají. Při použití 64bitové adresy, je možné přímo obsloužit 16 777 216 TiB (nebo také 16 000 000 000 GiB) dat, i když většina 64bitových systémů neumožňuje přístup do celého 64bitového adresního prostoru (například AMD64 podporuje aktuálně pouze 48 bitů, navíc rozdělených do čtyř úrovní).

Společnost AMD proto vyvinula novou 64bitovou instrukční sadu jako rozšíření stávající 32bitové (tj. x86) architektury. Původní označení bylo AMD64, později bylo označení kvůli neutrálnosti přejmenováno na x86-64 (instrukční sadu převzala i firma Intel). Tuto 64bitovou architekturu používaly rodiny procesorů Opteron, Athlon 64, Turion 64 a později i Sempron. Úspěch procesorů řady AMD64 společně s neúspěchem firmy Intel prosadit architekturu IA-64 přiměl firmu Intel k tomu, aby převzal instrukční sadu AMD64 (x86-64) do svých vlastních procesorů.

Režim long rozšiřuje šířku adresní sběrnice na 64 bitů. V tomto režimu běží jádro 64bitového operačního systému.

Pro zpětnou kompatibilitu s 32bitovými systémy disponují moderní 64bitové procesory ještě takzvaným 64bitovým kompatibilním režimem. V tomto režimu je pod 64bitovým operačním systémem možné spouštět programy vytvořené pro 32bitový procesor. Ne všechny programy mají totiž svou 64bitovou verzi a bez tohoto režimu by je nebylo možné v 64bitovém operačním systému vůbec spouštět. V tomto režimu však už nelze spouštět 16bitové programy v reálném režimu či režimu virtuální 8086, ty pod 64bitovým operačním systémem nelze spouštět přímo, v případě potřeby je nutné využít virtualizaci.

64bitové procesory mohou také běžet ve zcela zpětně kompatibilním režimu, kdy na procesoru běží 32bitový nebo 16bitový operační systém a 32bitové či 16bitové programy. V takovém případě však nelze spouštět 64bitové programy.