R4000
R4000は、パイプラインの段数を8段にしてひとつのステージの処理量を減らし、動作周波数を向上させた(スーパーパイプライン)。プロセッサのアーキテクチャ上の改善は実はそれだけであり、分岐予測もアウト・オブ・オーダー実行も投機的実行もレジスタ・リネーミングもこの段階では全く採用されていない。それよりも、設計上の主眼はマルチプロセッサ対応機能のサポートと64ビット化に置かれている。
細かい機能の改善点としては、以下のような点が上げられる。
branch likely 命令の追加(MIPS II で既に追加されている)。条件分岐命令では次の命令が必ず実行された上で分岐すべき状態ならば分岐していた。branch likely命令では分岐するときだけ次の命令を実行し、分岐しないときは実行しないという動作をする。これを使うと、分岐先を2命令先にしておけば、実質的に分岐で実行されるのは次の命令だけとなり、パイプラインを乱さずに条件付動作を実現できる。
浮動小数点演算では、平方根を求める命令が追加された。
TLBは 48エントリと減っているが、1エントリで物理ページを2ページマップすることができるようになっている。したがって、実質的には96エントリに増えているとも言える。
また、ページサイズが4Kバイト固定から、4K~16Mバイトまで可変となった。たとえばX Window Systemのサーバプロセスがフレームバッファを16MバイトのページでマップすることでTLBの浪費を防ぐことができる。