本节从总体上讨论AVR 内核的结构。CPU 的主要任务是保证程序的正确执行。因此它必 须能够访问存储器，执行运算，控制外设以及处理中断。

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为了得到最大程度的性能以及并行性， AVR 采用了Harvard 结构，具有独立的数据和程 序总线。程序存储器的指令通过一级流水线运行。CPU 在执行一条指令的同时读取下一 条指令( 在本文称为预取)。这个概念实现了指令的单时钟周期运行。程序存储器为可以 在线编程的FLASH。

快速访问寄存器文件包括32个8位通用工作寄存器，而且都可以在一个时钟周期内访问。 从而实现单时钟周期的ALU 操作。在典型的ALU 操作过程中，两个位于寄存器文件中的 操作数同时被访问，然后执行相应的运算，结果再被送回寄存器文件。整个过程仅需要一 个时钟周期。

寄存器文件里有6 个寄存器可以用作3 个16 位的间接地址寄存器指针以寻址数据空间， 实现高效的地址运算。其中一个指针还可以作为程序存储器查询表的地址指针。这些附加 的功能寄存器即为16 位的X、Y、Z 寄存器。

ALU支持寄存器之间以及寄存器和常数之间的算术和逻辑运算。ALU也可以执行单寄存器 操作。运算完成之后状态寄存器的内容将更新以反映操作结果。

程序流程通过有/ 无条件的跳转指令和调用指令来控制，从而直接寻址整个地址空间。大 多数指令长度为16 位，亦即每个程序存储器地址都包含一条16 位或32 位的指令。

程序存储器空间分为两个区：引导程序区和应用程序区。这两个区都有专门的锁定位以实 现读和读/ 写保护。用于写应用程序区的SPM 指令必须位于引导程序区。

在中断和调用子程序时返回地址程序计数器(PC) 保存于堆栈之中。堆栈位于通用数据 SRAM，故此其深度仅受限于SRAM 的大小。在复位例程里用户首先要初始化堆栈指针 SP。这个指针位于I/O 空间，可以进行读写访问。数据SRAM 可以通过5 种不同的寻址模 式进行访问。

AVR 存储器空间为线性的平面结构。

AVR 具有一个灵活的中断模块。控制寄存器位于I/O 空间。状态寄存器里有全局中断使能 位。在程序存储器起始处有一个中断向量表，每一个中断在此都有独立的中断向量。各个 中断的优先级与其在中断向量表的位置有关，中断向量地址越低，优先级越高。

I/O存储器空间包含64 个可以直接寻址的地址。映射到数据空间即为寄存器文件之后的地 址$20 - $5F。此外，ATmega128 在SRAM 里还有扩展的I/O 空间，位于地址$60 - $FF。 但是只能使用ST/STS/STD 和LD/LDS/LDD 指令。