你的问题是针对特定的架构，x64基本上是x86架构的扩展。它支持64位地址空间。它提供了一些新的指令和新的寄存器。
你可以在x64机器上运行32位x86 Windows。注意，你不能在Itanium 64位系统上这样做。
目前公认的答案一般是正确的，但并不具体。真的没有一种东西叫做 “32位CPU "或”“64位CPU”–那只是一种描述，它只指CPU架构中的一小部分。特别是，它指的是CPU和内存之间的地址选择线的数量，也就是所谓的可用于内存操作的地址空间。
在以前CPU的时候，当人们坐下来在处理器和内存之间编织(缠绕)线的时候，你必须在CPU和内存控制器之间使用32根或者(理论上，因为当时还不存在)64根线，用来指定你想要访问的内存地址。比如说，我们有一个2位的内存架构：发送00会选择地址0，01会选择地址1，10会选择地址2，11会选择地址3。这2位给我们提供了2^2字节的RAM（4字节）。
如果你把一个32位的CPU，在CPU和内存控制器之间再加上32根线，这样你就神奇地能够支持更多的内存了，现在你就有了一个 “64位CPU"，可以运行32位代码，也可以运行64位代码。这意味着什么，这是如何发生的？好吧，让我们把本答案前面部分的2位CPU再加一根线，把它变成一个3位CPU，使我们的内存从4字节变成2^3或8字节。
现有的 "2字节 "代码将运行，设置最后两根线的值，就像上面指出的那样（00-11）。我们会将额外的连接线默认为0，所以实际上当2字节代码运行时，当它选择00时，实际上是选择000，当它选择11时，实际上是选择011。很简单。
现在，一个程序员想写 "原生 "3字节的代码，并编写她的软件来利用额外的地址空间。她告诉CPU，她知道她在做什么，她将手动控制新的、额外的线。她的软件知道额外的线，并正确地发送了000-111，使她能够完全访问这个新的CPU架构所支持的内存范围。
但这不是必须发生的方式。事实上，这通常不是事情发生的方式。当64位CPU被首次引入时（有很多），它们都采用了全新的架构/设计。他们并不只是多加了32根线，然后说："给你，这是一个64位的CPU，你可以在32位或64位模式下使用。"而是说："这是我们的新CPU，它只需要用这种全新的机器语言进行编程，以这种全新的方式进行行为，解决了无数不同的问题，远比旧的x86/i386 32位CPU更优雅，而且它是一个原生的64位架构。祝你玩得开心。”
这就是英特尔Itanium的故事，现在著名的 “Itanic "就是因为它的沉沦。它本应预示着新的64位时代的到来，它是值得期待的。可变长度的指令，巨大的缓存，64位的地址空间，大量的寄存器，超级刺激，超级酷，而且超级难以说服大家重新编译或重写20年的传统代码。这时候AMD和英特尔还真的在竞争，AMD灵机一动，说："让我们忘掉这些'解决世界上所有问题'的事情，只需要在i386上多加32根线，做一个32位兼容的64位CPU"，x86_64 CPU架构就这样诞生了。
事实上，如果你看看各大操作系统（Linux、Windows、BSD等）的内核名称和源代码，你会发现它们到处都是AMD64 CPU和AMD64架构的引用。AMD想出了一个制胜的策略，让大家转战64位世界，同时保留对32位应用的兼容性，以一种32位操作系统可以在64位硬件上运行，甚至32位应用可以在64位硬件上运行64位操作系统的方式。英特尔早早地就跟进了他们的 "英特尔EM64T "架构（与AMD64基本相同），x86/x86_64胜出，而Itanic以及MIPS64、ALPHA64等其他架构在桌面/服务器市场上已经看不到了。
tl;dr amd64 aka x86/64 CPU被设计成同时兼容32位和64位的内核和代码，但大多数64位CPU显然不是以同样的方式向后兼容。一个32位的CPU最多可以访问4GiB的内存，而一个64位的CPU可以访问惊人的16个EiBs（16×1024^6字节，或者说是4GiB内存的4亿倍）。