Existe uma diferença entre dados na memória e dados no disco. Além disso, não é verdade que um sistema operacional de 32 bits armazene dados em blocos de 32 bits por digitação. É apenas um sistema operacional que pode fazer uso de otimizações em processadores de 32 bits, que são realmente otimizados para aritmética de 32 bits, portanto, pode ser mais rápido usar valores de 32 bits maiores ou menores.
Um número de 32 bits pode conter valores entre -2 bilhões e + 2 bilhões, ou entre 0 e 4 bilhões (2 ^ 32-1), dependendo se está assinado ou não. Esta limitação é o que você encontra em todos esses sistemas de 32 bits. Um sistema operacional de 32 bits pode usar no máximo 2 ^ 32 bytes de dados (4 GB), e é por isso que é inútil ter mais memória em um PC com esse sistema operacional. FAT32 não pode conter arquivos maiores que 4GB. Um disco FAT32 é dividido em blocos, mas quanto maior o disco, maiores são os blocos, já que um disco pode ser dividido em no máximo 2 ^ 32 blocos. Isso significa que, em um disco muito grande, esses fragmentos se tornam tão grandes que muito espaço em disco é desperdiçado, porque dois arquivos não compartilham um único fragmento.
As limitações do sistema de arquivos não estão diretamente relacionadas àquelas do sistema operacional. Se você formatar um disco como FAT32, ele ainda tem as limitações do sistema FAT32, independentemente do sistema operacional utilizado. Caso contrário, um sistema operacional de 32 bits pode muito bem ser capaz de usar um sistema de arquivos que permita discos e arquivos maiores que 4 GB.