ATmega16是基于增強的AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。

　　為了獲得最高的性能以及并行性， AVR 采用了 Harvard 結(jié)構(gòu)，具有獨立的數(shù)據(jù)和程序總線。程序存儲器里的指令通過一級流水線運行。 CPU 在執(zhí)行一條指令的同時讀取下一條指令 （ 在本文稱為預(yù)取 ）。這個概念實現(xiàn)了指令的單時鐘周期運行。程序存儲器是可以在線編程的 FLASH?？焖僭L問寄存器文件包括 32 個 8 位通用工作寄存器，訪問時間為一個時鐘周期。從而實現(xiàn)了單時鐘周期的 ALU 操作。在典型的 ALU 操作中，兩個位于寄存器文件中的操作數(shù)同時被訪問，然后執(zhí)行運算，結(jié)果再被送回到寄存器文件。整個過程僅需一個時鐘周期。寄存器文件里有 6 個寄存器可以用作 3 個 16 位的間接尋址寄存器指針以尋址數(shù)據(jù)空間，實現(xiàn)高效的地址運算。其中一個指針還可以作為程序存儲器查詢表的地址指針。這些附加的功能寄存器即為 16 位的 X、 Y、 Z 寄存器。 ALU支持寄存器之間以及寄存器和常數(shù)之間的算術(shù)和邏輯運算。ALU也可以執(zhí)行單寄存器操作。運算完成之后狀態(tài)寄存器的內(nèi)容得到更新以反映操作結(jié)果。