¿Qué hace exactamente que un programa de 32 bits sea compatible con un sistema operativo de 64 bits?

No son necesariamente incompatibles. El problema proviene de cómo el programa aborda la memoria.

Las direcciones de memoria son números. Piense en las descripciones de bits en su pregunta como cuánto tiempo puede usar un número para describir una dirección en particular. Para simplificar la situación, si pudiera usar un número de cuatro dígitos para describir una ubicación, podría, por ejemplo, elegir 1234. Pero si un poco de información que desea usar está en la dirección de 12345, no puede acceder a ella porque solo puede usar cuatro dígitos.

Ese es el tipo de problema que surge. Un programa espera un cierto ‘espacio de direcciones’, pero el sistema operativo tiene un espacio de direcciones mucho más grande. Algunas veces esto no es un problema, ya que el programa puede funcionar en un espacio de direcciones mucho más grande, pero a veces surge un problema en el que se le pide al programa que mire una dirección que no puede leer.

La CPU en sí misma proporciona modos de ejecución de 32/64 bits y un segmento particular se puede configurar en cualquiera de los dos. No estoy seguro de si los modos de 16 bits todavía están disponibles en las CPU de tipo I3 / 5/7 recientes. Por supuesto, cualquier programa que se ejecute bajo un sistema operativo no está completo, puede necesitar bibliotecas vinculadas dinámicamente y definitivamente necesita realizar llamadas al sistema. Esto significa que el sistema operativo en sí necesita tener un subsistema completo de 32 bits para manejar estas llamadas al sistema, que también incluye la capacidad de la biblioteca de carga.

Por lo tanto, para ser completamente compatible, el subsistema de 32 bits debe implementar todas las llamadas del sistema que utiliza el programa de 32 bits y deben instalarse las bibliotecas dinámicas de 32 bits apropiadas. En un sistema operativo como FreeBSD, es posible agregar diferentes tipos de compatibilidad de 32 bits, como la emulación de Linux, en cuyo caso realmente necesita cargar la mayor parte de la distribución de Linux correspondiente para ejecutar la aplicación. Existe una situación similar para usar WINE para ejecutar programas de Windows en BSD o Linux.

Es probable que el acceso directo al hardware cause problemas, es decir, las aplicaciones que solo usan bibliotecas estándar funcionarán bien, aquellas que desean acceso directo al hardware para un mayor rendimiento tienen más probabilidades de tener problemas.