некоторые операции на 386DX40 будут выполняться где-то на уровне AVR 20МГц - это 8-битные пересылки и математика в регистрах. Уже даже 16-битные будут в разы быстрее, а 32-разрядные до 10 раз и больше. Но это всё с данными в регистрах. А вот получить эти данные из внешней памяти, поддерживающей виртуализацию - это на AVR Вы и в 500 тактов вряд-ли уложитесь. Естественно, никакие времянки выдержать в такой монструозной замене не удастся