MC68020
68020は、演算論理ユニットALUと外部データバスと外部アドレスバスの32ビット化、新たな命令とアドレッシングモードの追加、プリフェッチの強化など、68010に様々な改良を施している。また3ステージのパイプラインを導入。それによってより高いクロック周波数が実現でき、命令の実行速度が向上した。68010には「ループモード」があり小さなループを小さな命令キャッシュの保持して高速化することができたが、あまり効果はなかった。68020ではそれを普通の256バイトの命令キャッシュに置き換え、68kシリーズで初めてキャッシュメモリを内蔵することとなった。
68000と68010では、ワード(16ビット)とロングワード(32ビット)がワード境界(アドレスが偶数の位置)にあるときのみ、ワードまたはロングワードとしてアクセスできるという制限があった。68020ではこのデータ配置制限も取り除かれた。ただし整列されていないロングワードへのアクセスは、整列されたロングワードへのアクセスよりも遅い。
リアルタイムオペレーティングシステムを考慮し、従来のユーザーモード/スーパーバイザモードそれぞれのスタックポインタに加えて、割り込み用スタックポインタが追加された。割り込みの受け入れとその処理を分離できるようになり、従来のように割り込み処理中に処理を完結させる必要性が軽減された。