Режим IA-32e (IA-32e mode) фактически является копией режима AMD64, реализованного фирмой AMD в своих 64-разрядных процессорах. IA-32e поддерживается процессорами Intel с технологией EM64T, а также процессорами AMD, в которых он по-прежнему именуется AMD64. В режиме IA-32e можно выделить два подрежима:
- собственно 64-разрядный режим (64-bit mode);
- режим совместимости (compatibility mode), предназначенный для исполнения 32-разрядных программ, созданных для защищённого режима работы процессора.
Режим виртуального процессора 8086 в режиме IA-32e не поддерживается, что означает невозможность выполнения 16-разрядных программ в 64-разрядных операционных системах.
64-разрядный режим имеет ряд существенных отличий от привычного защищённого режима, главными из которых являются следующие:
- расширение разрядности обрабатываемых данных и адресов с 32 до 64 бит;
- удвоение количества регистров общего назначения;
- отказ от сегментной организации памяти;
- отказ от аппаратной поддержки многозадачности;
- отказ от ряда команд, доступных для прикладных программ реального и защищённого режимов;
- отсутствие прямой адресации операндов в памяти (для обращения к ячейке памяти обязательно использовать какой-либо базовый регистр из числа регистров общего назначения либо регистр RIP);
- возможность использования сегментных регистров FS и GS в качестве дополнительных базовых регистров.
Программный переход в режим IA-32e возможен только из защищённого режима; возможен и обратный переход. Предусмотрен механизм программного перехода из 64-разрядного режима IA-32e к режиму совместимости и обратно. Наконец, по сигналу SMI процессор переходит в режим управления системой, а после выполнения команды RSM возвращается в режим IA-32e.