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=== 64-Bit-Modus ===
{{Hauptartikel|x64}}
Mit der Einführung der [[AMD64]]-Architektur in der [[AMD K8|K8-Prozessorgeneration]] von [[AMD]], welche wenig später auch von Intel unter dem Namen EM64T (auch ''IA-32e'') bzw. inzwischenschließlich [[Intel 64]] übernommen wurde, wurde ein neuer [[64-Bit-Architektur|64-Bit]]-Betriebsmodus bei x86-Prozessoren eingeführt, der sich von dem bisherigen {{lang|en|Protected Mode}} grundlegend unterscheidet. Neben einigen anderen Modernisierungen der [[Prozessorarchitektur]] gibt es in diesem Modus de-facto keine Segmentation mehr (mit einer Ausnahme, siehe weiter im Text). Die Basisadresse der Segmente ist fest auf 0 gesetzt. Der Deskriptor für das Codesegment wird nur noch zur Ermittlung des Sub-Modus, der „{{lang|en|Default Operation Size}}“ und der Privilegienstufe des in diesem Segment ausgeführten Codes verwendet. Einzig die Segmentregister FS und GS können vom Ring 0 aus über spezielle Maschinenbefehle direkt (ohne auf Segmentdeskriptoren zuzugreifen) eine 64-Bit-Segmentbasisadresse erhalten.
 
Die Sub-Modi bei x64 werden „{{lang|en|Long Mode}}“ (64-Bit-Modus; bei Intel auch „IA-32e {{lang|en|Mode}}“) und „{{lang|en|Compatibility Mode}}“ (32-Bit) bezeichnet. Der 32-Bit-Kompatibilitätsmodus ermöglicht die Ausführung von 32-Bit-Programmen unter einem 64-Bit-Betriebssystem.