X86-64新增的幾組CPU寄存器將提供更快的執行效率。寄存器是CPU內部用來創建和儲存CPU運算結果和 其它運算結果的地方。標准的32- bit x86架構包括8個通用寄存器（GPR），AMD在X86-64中又增加了8組 （R8-R9），將寄存器的數目提高到了16組。X86-64寄存器默認位 64-bit。還增加了8組128-bit XMM寄存 器（也叫SSE寄存器，XMM8-XMM15），將能給單指令多數據流技術（SIMD）運算提供更多的空間，這些128 位的寄存器將提供在矢量和標量計算模式下進行128位雙精度處理，為3D建模、矢量分析和虛擬現實的實 現提供了硬件基礎。通過提供了更多的寄存器，按照X86-64標准生產的 CPU可以更有效的處理數據，可以 在一個時鐘周期中傳輸更多的信息。
EM64T技術
Intel官方是給EM64T這樣定義的：EM64T全稱Extended Memory 64 Technology，即擴展64bit內存技術 。EM64T是Intel IA-32架構的擴展，即IA-32e（Intel Architectur-32 extension）。IA-32處理器通過 附加EM64T技術，便可在兼容IA-32軟件的情況下，允許軟件利用更多的內存地址空間，並且允許軟件進行 32 bit線性地址寫入。EM64T特別強調的是對32 bit和64 bit的兼容性。Intel為新核心增加了8個64 bit GPRs（R8-R15），並且把原有GRPs全部擴展為64 bit，如前文所述這樣可以提高整數運算能力。增加8個 128bit SSE寄存器（XMM8-XMM15），是為了增強多媒體性能，包括對SSE、SSE2和SSE3的支持。
Intel為支持EM64T技術的處理器設計了兩大模式：傳統IA-32模式（legacy IA-32 mode）和IA-32e擴 展模式（IA-32e mode）。在支持EM64T技術的處理器內有一個稱之為擴展功能激活寄存器（extended feature enable register，IA32_EFER）的部件，其中的Bit10控制著EM64T是否激活。Bit10被稱作IA- 32e模式有效（IA-32e mode active）或長模式有效（long mode active，LMA)。當LMA＝0時，處理器便 作為一顆標准的32 bit（IA32）處理器運行在傳統IA-32模式；當LMA＝1時，EM64T便被激活，處理器會運 行在IA-32e擴展模式下。
目前AMD方面支持64位技術的CPU有Athlon 64系列、Athlon FX系列和Opteron系列。Intel方面支持64 位技術的CPU有使用Nocona核心的Xeon系列、使用Prescott 2M核心的Pentium 4 6系列和使用Prescott 2M 核心的P4 EE系列。
