8080拥有16根地址线（寄存器是16位，2的16次方=64K）， 8086拥有20根地址线(2的20次方=1M=16×64K，但它的寄存器仍然是16位)，为了兼容8080，Intel仍然让程序只使用1M里的64K字节段， 这叫内存的实模式。8088, 8086, 80286的寄存器都仍然是16位，它是使用两个16位寄存器来寻址20位，一个16位寄存器用来存放段地址，一个16位寄存器用来存放段偏移。段可以是在1M内任意以16为倍数的段地址开始，接着最大可达64K的界限。0001:0019=0001H段开始的第0019H个字节处，我们知道，一个段可能开始于实内存中所有1M字节里的任意一个16字节处，所以0001:0019等于0000:0029, 也等于0002:0009。
这这种实模式下，一个段只有64K大小，一个程序不够用，所以一般通过划分CS, DS, SS, ES等段的方式来扩大大小。
8088, 8086, 80286有4个用于存放段地址的段寄器，80386增加了2个。
CS(Code Segment)：代码段，用于存放机器指令。
DS(Data Segment): 数据段，用于存放变量和其他数据。可能会有很多数据段，但CPU一次只能使用一个。
SS(Stack Segment): 堆栈段, 一个单独的程序只能有一个堆栈
ES(Extra Segment): 附加段寄存器（结合DS使用意味着可以同时访问两个数据段），用于指定内存中某一位置的备用段。
FS和GS：是ES的克隆，命令按ES往后的F,G排列，只存在于80386(寄存位为32位）及后来的x86 CPU中。
在32位世界中，通用寄存器分为三个一般类：16位通用寄存器、32位扩展寄存器和8位的半寄存器（实际上，16位和8位寄存器只是32位寄存器内部的一块区域而已）。
有8个16位通用寄存器：AX,BX,CX,DX,BP,SI,DI和SP用于存放16位的或更少位的值。在实模式下它可以是结合段寄存器这样指定一个完整的20位地址使用：
SS:SP
SS:BP
ES:DI
DS:SI
CS:BX
后来x86体系结构将其扩展为32位时，在原有的名称前加了前缀E（EAX, EBX, ECX, EDX, EBP, ESI, EDI和ESP, 低16位仍然可以用老式不加前缀E的叫法，但不幸的是，寄存器的高16位根本没有自己的名字）。
64位系统，在原有的名称前加了前缀R(RAX, RBX, RCX, RBP, RSI, RDI, RSP)。另外添加了8个全新的64位寄存器（R8到R15)。x86-64也增加了8个128位的SSE寄存器到IA-32的8个同类寄存器中，一共有16个SSE寄存器。
上面的4个通用寄存器(EAX, EBX, ECX, EDX)的低16位(AX, BX, CX, DX)又被划分为8位的半寄存器，高位后加H，低位后加L，如：在BX中有BH和BL两个半寄存器，依此类推。
16位中叫IP, 32位中叫EIP，存放当前代码段(一个程序可能包含多个代码段）中下一段即将执行的机器指令的偏移地址。CS和IP一起，保存下一条即将执行的指令的完整地址(在实模式下，CS与IP一起工作带来20位的地址，CS由操作系统设置，IP可以跟踪64K内存段；在保护模式下，32位系统的IP可以跟踪4G内存段）。IP寄存器是唯一不能读入与写出的寄存器，它只能使用跳转指令移动。
16位中叫FLAGS，32位中叫EFLAGS,每一位都有特殊的含义，也有单独的名字，如CF, DF, OF等。
实模式因为寻址只有64K不够用，所以有段的概念。但在32位系统中，可以寻址4G的内存空间，就不需要分段了。但传统的段寄存器依然存在，只是你不能读或写它们，完全交由操作系统来做。操作系统有一个虚拟地址空间可以非常大，但32位系统的物理寻址空间最大只能是4G，操作系统从虚拟地址空间中找一块4G的内存空间作为内存寻址，那么段寄存器就被操作系统设置为这个虚拟空间下的基址。所以说，Linux没有实模式“遗留问题”需要处理，自从1992年第一次出现以来，它就一直运行在保护模式下。只有BIOS需要运行在实模式下（Linux提供软中断80H去访问BIOS)。如果多个程序同时访问一块内存，可能造成混乱，像DOS是单任务程序无此问题，多个程序通过驱动访问（驱动能隔离程序到某块内存的访问）也无此问题，保护模式可以让多个程序在同一时刻运行。
x86-64定义了三种一般模式：实模式，保护模式和长模式。实模式是兼容模式兼容16位系统，保护模式也是一种兼容模式兼容32位系统，长模式。由于64位地址过于巨大（10亿GB)，今天的x86-64 CPU一般只支持48位虚拟内存和40位物理内存地址（1000GB)。