R4000处理机采用顺序发射乱序完成的方式控制指令流水线。如果同时从指令Cache读入IBOX的两条指令中，由于资源冲突或数据相关等原因，第一条指令能够发射，而第二条指令不能发射，则中央控制部件IBOX只发射第一条指令。如果第一条指令不能发射，这时，即使第二条指令可以发射，IBOX也不发射第二条指令，而是让流水线暂停，一直等到第一条指令可以发射时，再启动流水线。
　　在指令Cache中有一个转移历史表，它与中央控制部件IBOX中的转移预测逻辑一起实现条件转移的动态预测。在指令Cache的每个存储单元中设置有一个"转移历史位"，在执行转移指令时，把转移发生或不发生的情况记录在这个"转移历史位"中，当下次再执行到这条指令时，根据"转移历史位"中记录的信息预测是否发生。当一条转移指令第一次被执行时，它还没有转移历史的记录；这时，转移预测是根据指令本身的偏移字段的符号来决定的。如果偏移字段的符号是负的，则预测转移发生，否则预测转移不发生。当偏移字段的符号是负时，表示要向后转移，通常是转移到一个循环的开始；由于一个循环程序的循环次数一般都大于1，因此，转移发生的概率比较大。
　　整数执行部件EBOX内有一个由32个64位寄存器组成的顶点寄存器堆，这个寄存器堆有四个读出端口和两个写入端口，它可以同时把两个源操作数或结果送到整数操作部件及地址部件ABOX中。操作部件的数据宽度为64位，包括加法器、桶式移位器、逻辑部件和整数乘法器等。在EBOX内还有多条专用数据通路，可以把运算结果直接送到执行部件，而不必先写到寄存器中。
　　浮点执行部件FBOX采用流水线结构，它有两套浮点操作指令，一套是针对DEC浮点数格式的，而另一套是针对IEEE754浮点数格式的，共有36条浮点操作指令。FBOX内有一个32×64位的浮点寄存器堆，这个寄存器堆有三个输出端口和两个输入端口。另外，还有一个用户可以访问的控制寄存器FPCR；FPCR包含有舍入控制、陷阱允许和异常事故标志信息等。除了除法指令之外，FBOX每个流水线周期可以接受一条指令，执行指令的延迟时间是6个流水线周期。在FBOX内也设置有专用数据通路，当有数据相关时，可以通过专用数据通路把运算结构直接写到执行部件中。